Как сохранить донорское сердце на месяц
Два направления консервации органов для трансплантации
Сейчас в России проводятся порядка 2 тыс. трансплантаций органов ежегодно. Ограничения на число трансплантаций накладывают как общая нехватка органов из-за отсутствия доноров, так и малая длительность хранения трансплантатов, ограничивающая их транспортировку.
Фото: Подгорчук Александр, Коммерсантъ
Используемый в клинической практике метод сохранения донорских органов — статическая холодовая консервация — обеспечивает жизнеспособность трансплантатов при сроках консервации, не превышающих 24 часа для почки, 12 часов для печени и 6 часов для сердца. При таких сроках хранения — особенно сердца — становится крайне затруднена логистика донорских органов.
Пролонгация хранения органов существенно улучшила бы ситуацию с доступностью пересадок за счет более эффективной логистики, а разработка технологии долговременного — например, месячного — хранения в перспективе способствовала бы ликвидации дефицита донорских органов за счет создания соответствующих криобанков.
Сегодня хранение органов стандартно осуществляется в специальном консервирующем растворе в гипотермических условиях при 4°С (статическая холодовая консервация).
Рассматривая же проблему долговременного хранения органов, необходимо говорить о низкотемпературном замораживании, а не о гипотермии. Скорость протекания химических реакций экспоненциально падает с понижением температуры, и чтобы остановить метаболизм на требуемый месяц, необходимо глубокое охлаждение, до –70°С и ниже. Для макрообъектов, таких как массивы тканей и целые органы, проблема глубокого охлаждения не решена.
Таким образом, можно выделить два основных направления развития технологий консервации органов: разработка новых подходов к пролонгации гипотермического хранения и разработка способа низкотемпературного замораживания для долговременного хранения.
По первому направлению в Институте биофизики клетки РАН (Пущино) проведены исследования по консервации сердца в газовых смесях различного состава при 4°С и подобраны варианты сочетанного воздействия давления смеси газов на основе монооксида углерода и органопротекторных фармакологических субстанций, обеспечивающобеспечивающие эффективное восстановление активности изолированного сердца крыс после 24 и более часов гипотермического хранения. Высокая сохранность трансплантата показана в серии гистологических анализов, а приживляемость подтверждена на модели гетеротопической пересадки сердца крысы.
Также впервые газовая консервация успешно использована для сердца мини-свиньи (вес животных — 35 кг). Достигнуто восстановление сократительной активности после 20-часового хранения при температуре 4°С как на перфузионном стенде, так и на модели гетеротопической пересадки.
Предложенный подход по нескольким критериям превосходит активно разрабатываемые сегодня в мире системы для перфузионного хранения органов, основанные на нормотермической перфузии с оксигенацией кровью, когда донорский орган сохраняется в условиях, близких к физиологическим.
По второму направлению — низкотемпературному замораживанию органов — наиболее перспективным представляется перевод внутриклеточной воды в стекловидное состояние (витрификация), когда не образуется отдельных кристаллов льда — ключевого повреждающего фактора при глубоком охлаждении.
На практике витрификация требует высоких концентраций (до 70 весовых процентов) проникающих низкомолекулярных агентов (этиленгликоль, ДМСО), для того чтобы повысить вязкость среды и достичь критической температуры стеклования. Но такие концентрации оказывают токсический эффект на живые клетки.
В институте разработана и экспериментально обоснована на клеточной, тканевой и органной моделях концепция витрификации биологических объектов, обеспечивающая замораживание без кристаллизации в условиях сниженной на 20–30% суммарной концентрации витрифицирующих агентов. С ее помощью осуществлена успешная криоконсервация клеточных суспензий, аорты крысы, а также изолированного органа — сердца травяной лягушки (Ranatemporaria). Хранение сердца осуществляли при температурах –130°С и –196°С в течение времени, варьировавшегося от одних суток до полутора месяцев, с последующим восстановлением сократительной активности на перфузионном стенде.
Владимир Тесленко, кандидат химических наук; по материалам VI съезда биофизиков России