Ксенотрансплантат (от греческого xenos — чужой) пересаживают от одного вида к другому, в кардиохирургии — от животного к человеку. Обычно из тканей «донора» делают протезы клапанов сердца или сосуды. В мире технология начала активно использоваться в середине XX века.Существуют операции, направленные на восстановление кровообращения в отдельных областях сердца, — например, шунтирование. Для этого происходит аутологичная трансплантация: часть сосудистого русла пациента пересаживается в другое место его же организма. Причем в таком случае не возникнет отторжения — иммунная система признает ткань как «свою».
— Всё зависит от конкретного заболевания и того, можно ли взять сосуд из какой-либо области без вреда для нее, — рассказывает заведующий лабораторией экспериментальной хирургии и морфологии кандидат биологических наук Давид Сергеевич Сергеевичев. — Например, безопасно изъять из руки артерию, потому что там их две: лучевая и локтевая. Даже одна из них обеспечит кровоснабжение пальцев и мышц рук.
Однако заменить сердечный клапан на аутологичный человеку нельзя: у организма нет для этого запасных материалов. Поэтому нужно брать их где-то еще — либо у других людей, либо у животных. Во втором случае появляются новые сложности: анатомически клапаны сердца человека и животного разные и подвергаются иным нагрузкам. Так что специалисты используют альтернативный способ: новый клапан, пригодный к пересадке, сшивают из тканей животного.
Правда, на этом трудности не заканчиваются — возникает проблема отторжения чужеродных тканей. Поэтому перед операцией ксеногенный материал необходимо «обезвредить»: у каждого организма свои особенные белки и бактериальная флора, на которые может отреагировать иммунная система. В результате возникнет воспаление, и пересаженный материал разрушится. Чтобы такого не произошло, ксеногенные ткани обрабатываются химическими веществами: в частности, глутаровым альдегидом.
— Он дезинфицирует материал и образует сшивки между белками, из которых создан соединительно-тканный каркас, — добавляет Давид Сергеевичев. — После обработки этот каркас, представляющий собой своего рода сетку из коллагеновых, эластичных и других волокон, приобретает большую прочность за счет химической модификации. Кроме того, глутаровый альдегид уничтожает, но не удаляет все клетки животного — поэтому иммунное взаимодействие между организмом-реципиентом и трансплантатом значительно снижается.
Однако и такая обработка не дает 100%-ной иммунологической совместимости. К тому же после подобного воздействия погибают фибробласты — клетки соединительной ткани организма, синтезирующие внеклеточный каркас и обновляющие его при повреждениях. Мало того, что их работу больше никто не выполняет, так они еще и освобождают место новым «квартирантам» — солям кальция. В результате в соединительно-тканной структуре начинают расти кальцификаты, а сердечные клапаны уплотняются. Постепенно, благодаря конгломератам этих солей, подвижные створки, из которых сделан клапан, становятся ригидными (плотными) и перестают нормально работать. В итоге требуется замена тканей. Это происходит у всех без исключения: у взрослых — медленнее, у детей — быстрее из-за обмена веществ.
— Мы подумали: когда уничтожаются клетки ксеногенной ткани, в полученных местах образуются соли, — делится ученый. — А что если самим провести децеллюляризацию: попробовать удалить чужеродные фибробласты из соединительно-тканного матрикса, на их место поместить биосовместимый и биоразлагаемый материал и таким образом деактивировать связывание кальция в этих отверстиях? Сотрудники Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН подсказали нам, что существует полисахарид, получаемый из панциря моллюсков, — хитин. Одним из его компонентов является хитозан — тот самый мукополисахарид, благодаря которому повысилась продолжительность действия препарата на основе ботулотоксина.
Хитозан представляет собой длинную молекулу, по физической структуре чем-то напоминающую коллаген. Более того, за счет своих химических свойств хитозан образовывает связи с белками, из которых состоит ксеноперикард. Специалисты из НИОХ СО РАН смогли получить глобулярную — в виде микроклубочков — форму хитозана (хитозоль), чтобы те по размерам соответствовали уничтоженным фибробластам.
— Для проверки мы взяли яремные вены у коров, провели децеллюляризацию и обработали хитозолем так, чтобы по максимуму заполнить пространство в ткани, — поясняет Давид Сергеевичев. — Благодаря раствору сократилось время обработки, при которой используется ультразвук, — он ускоряет проникновение молекул в ткань, но разрушительно на нее воздействует.
После обработки ученые сделали сравнительное исследование: проверили, как получившийся материал поведет себя при взаимодействии с живым организмом. Для этого использовалась подкожная имплантация обработанных и необработанных хитозолем структур — их подшивали молодым крысам возрастом в три-четыре недели. В некоторых случаях специалисты нашли уплотнения в области имплантации, в других — вообще не обнаружили свой материал. Отторжений практически не наблюдалось: модель трансплантата так скооперировалась с подкожно-жировой клетчаткой, что была пронизана сосудами и фактически стала естественной частью кожи.
— Только после гистологических исследований этих областей мы увидели, что материал имеет разную структуру, — рассказывает Давид Сергеевичев. — Значит, если взять ткани и обработать хитозолем, они не будут так быстро отторгаться организмом или подвергаться кальцификации. Отторжение, скорее всего, рано или поздно произойдет, но его можно значительно отсрочить.
Ученые подчеркивают: пока это только теория. Сейчас они работают над более масштабной моделью трансплантата и планируют поставить трубчатый протез мини-пигам. Следующий этап — сделать сердечный клапан из яремной вены: скорее всего, для легочной артерии — там меньше кровоток и нагрузка. Потом будут более «толстостенные» материалы, решение технических проблем — в общем, до клинических испытаний перспективной технологии еще очень далеко.
Алёна Литвиненко
Фото предоставлено лабораторией экспериментальной хирургии и морфологии НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина
Источники
Сибирские ученые приостанавливают отторжение некоторых трансплантатов
- Наука в Сибири (sbras.info), 27/02/2018
Сибирские ученые приостанавливают отторжение некоторых трансплантатов
- Новости сибирской науки (www.sib-science.info), 27/02/2018
