Что такое ксенотрансплантация? По определению Food and Drug Administration (FDA), этим термином называют пересадку или другие методы введения в организм человека органов, жидкостей или тканей, содержащих живые клетки, и принадлежащие другому биологическому виду. А также органов, тканей или клеток человека, контактировавших ex vivo (то есть вне организма) с органами, клетками или тканями другого вида.
Зачем может быть нужна ксенотрансплантация, какие риски могут в ней скрываться, рассказывает Сайт.
Немного статистики
Каждый год в мире производится более 100 тысяч пересадок органов от человека человеку, и вдвое больше — тканей и клеток. Более 25 тысяч почек меняют хозяина, около 10 тысяч пациентов получают новую печень, 2-4 тысячи обретают надежду на жизнь с новым сердцем. 1,5 пересаженных легких расправляются и делают вдох в новых телах, начинают работать более тысячи поджелудочных желез.
Только в развитых странах ожидают очереди, а точнее — донорских органов, порядка 200 тысяч человек. Каждый год потребность увеличивается на 15-20%. Треть пациентов из листов ожидания не успевают получить донорский орган и умирают.
В России нуждаются в пересадке почек 9-10 тысяч человек ежегодно, но проводится около 1000 операций, то есть удовлетворяется порядка 10% от потребности. По пересадке сердца — не более 27% потребности. И только малыши, нуждающиеся в пересадке печени, получают от родственников-доноров столько органов, сколько нужно.
Что поделать, в конструкции человека не предусмотрено запасных частей. Парные запасными не считаются, они нужны оба. Случаи, когда парными органами «делится» живой донор, являются исключениями и примером самопожертвования. Поэтому и предпринимаются попытки найти способ использовать для трансплантации органы других живых существ.
Кто поделится органами?
Если для трансплантации берут органы родственного вида, то это конкордатная ксенотрансплантация. Например, мышиный орган пересаживают крысе, или обезьяний — человеку.
Если донор и реципиент принадлежат неродственным видам, как человек и свинья, или кошка и собака — это дисконкордатная ксенотрансплантация.
В России разрешено использовать только препараты, не содержащие живых клеток, это трансплантацией не считается вообще.
Первым врачом, попытавшимся пересадить человеку почки приматов, был Кит Реемтсма из Луизианы (США). Не от любопытства, а ради продления жизни пациентов. Реемтсма в 1960-х годах выполнил 13 пересадок почек шимпанзе людям. К сожалению, все пациенты скончались в течение максимум 8 недель от инфекционных осложнений или реакции отторжения чужеродных органов. Только одному больному удалось не только прожить около 9 месяцев, но даже вернуться к работе.
У пациентов Томаса Старзла после пересадки им обезьяньих почек результат был хуже: ни один из них не прожил даже 2 месяцев.
В 1964 году Джеймс Харди провел операцию по пересадке умирающему пациенту сердца шимпанзе. И эта попытка оказалась неудачной: меньшее по объёму сердце не справилось с нагрузкой, и пациент через несколько часов скончался.
В 90-е годы группой шведских врачей была выполнена пересадка островковых клеток поджелудочной железы свиньи нескольким больным сахарным диабетом. Хотя некоторые пересаженные островки прижились, в целом результат был признан неудовлетворительным.
В 1983 году Леонард Бейли пересадил маленькой девочке сердце бабуина, так как ее собственное от рождения было с пороком, который мог стать причиной гибели малышки в течение нескольких дней. Операция прошла успешно. Но через 20 дней началась реакция отторжения, и девочка умерла. Возможно, причиной неудачи стала несовместимость по группе крови.
Потом появился препарат такролимус, подаривший надежду пациентам трансплантологов. Это вещество помогало снижать реакцию иммунной системы на появление чужих белков. Однако даже применение такролимуса не помогло двум взрослым пациентам Томаса Старзла, которым в 90-е годы была пересажена печень обезьяны. Одному из них удалось прожить чуть более 2 месяцев, другой скончался намного быстрее.
А потом обезьяны перестали быть объектом интереса трансплантологов, так как попали в Красную книгу исчезающих видов. А еще были выявлены ретровирусы, вызвавшие нешуточные опасения по поводу вероятного появления новых инфекций, и все работы, связанные с пересадкой органов приматов человеку были повсеместно запрещены.
После отказа от обезьян внимание ученых сосредоточилось на свинье. Обычная хрюшка по иммунологическим показателям, конечно, не так близка к человеку, как его ближайшие эволюционные «родственники» обезьяны. Но зато с помощью генной инженерии удалось вывести свиней, клетки которых не вызывают у иммунной системы человека убийственной реакции отторжения. Опять же — разводить свиней легко, и растут они быстро. Органы у них сравнимы по размеру с человеческими, да и вообще много общего.
Но есть и существенные отличия, которые могут помешать.
Что мешает использовать органы свиньи?
Даже генная инженерия пока не может превратить свиное сердце в человеческое. Свинья живет меньше, и развивается иначе. Срок ее жизни — всего 15 лет. Как быстро будет стареть пересаженные органы — большой вопрос, на который пока нет ответа. Температура тела свиньи выше человеческой — 39°С против 36-37°С, и это тоже может каким-то образом отразиться на работоспособности органа и его «сроке годности». Неясно также будут ли работать при такой разнице температур ферменты.
Гормоны тоже отличаются. Свиной инсулин может влиять на процессы усвоения глюкозы, а другие гормоны, например, ренин и эритропоэтин свиньи, оказываются совершенно неэффективными.
В свиной печени производится более двух тысяч белков, и значительная их часть может оказаться несовместимой с организмом человека, или «не будет работать» из-за межвидового барьера.
Но все это не так важно, как главная проблема, а именно — сверхострое отторжение чужеродных тканей. Именно эту проблему и пытается решить генная инженерия. Еще одним барьером является острое гуморальное отторжение, проявляющееся в отеке, кровоизлияниях и тромбозе сосудов. И в том, и в другом случае реакцию вызывает наличие в свином трансплантате эпитопа gal (трисахаридная группа галактозил a-(1,3)-галак-тозил-β-(1,4)-N-ацетил-глюкозаминил), которого нет в организме приматов, включая человека, и который иммунная система определяет как врага, которого необходимо атаковать.
Третий барьер — клеточное отторжение, при котором не только клетки организма-реципиента могут атаковать клетки тканей донора, но и наоборот, трансплантат может «восставать» против нового «хозяина».
Однако последние эксперименты дают повод для оптимизма.
Почки генно-модифицированных свиней были пересажены людям, чей мозг умер, а жизнь тела поддерживалась системами жизнеобеспечения. В теле «пациента» Джейми Локка из Университета Алабамы почки быстро заработали и начали выделять мочу.
Комментарий экспертаПейдж Порретт, трансплантологВ рамках подготовки к клиническим испытаниям ксенотрансплантации мы выполнили двустороннюю нефрэктомию у человека с умершим мозгом, и пересадили ему две почки от генетически модифицированной свиньи. Эксперимент длился 74 часа, все это время клеточного и сверхострого отторжения не наблюдалось, почки оставались жизнеспособными. Не было обнаружено признаков трансмиссии свиных ретровирусов. Эксперимент показал, что основные барьеры для ксенотрансплантации человека преодолимы.
А вскоре в Мэриленде 57-летнему мужчине трансплантировали сердце ГМ-свиньи. И он пошел на поправку.
Риск передачи инфекций
Одной из самых серьезных угроз для человечества является риск передачи инфекций через видовой барьер.
Фермент транскриптаза, которым обладают ретровирусы, позволяет им встраивать свой геном в хромосомную ДНК хозяина, делая последнего уязвимым перед инфекцией, к которой прежде был устойчив.
«Чужие» вирусы опасны тем, что при трансплантации может возникать перекрестная инфекция. Если геном вируса животного смешается с человеческим, инфекция может стать опасной для обоих видов. Именно такие мутации, позволяющие вирусам «перешагивать» межвидовой барьер, стали причиной опасных эпидемий гриппа — «свиного», «птичьего», а два года назад и пандемии коронавируса. Так в человеческой популяции появился ВИЧ, когда обезьяньи ретровирусы адаптировались к новой среде — организму человека.
У свиней уже обнаружены эндогенные ретровирусы, способные проникать в клетки человека in vitro. Значит, нельзя отвергать и вероятность развития такого сценария и in vivo.
В Японии ученые работают над созданием генетически модифицированных свиней, у которых эндогенные ретровирусы были бы блокированы «генами молчания», это позволило бы избежать риска возникновения перекрестных инфекций.
Но существуют еще прионы, и они тоже умеют преодолевать межвидовые барьеры. Во всяком случае, случаи передачи губчатой энцефалопатии при трансплантации уже известны.
В целом, при всей перспективности ксенотрансплантации вопросов пока больше, чем ответов.
И это мы еще не затрагивали этические аспекты.
Вопросы этики: все сложно
Сама идея использования органов животных для пересадки в тело человека вызывает массу этических вопросов.
- Допустимо ли отбирать у животного органы, лишая его жизни?
- Существуют ли у животных права, нарушаемые этими действиями?
- Этично ли искусственно приближать животных к человеку, встраивая в них человеческие клетки или гены?
- Не оскорбляет ли свиное сердце или почка человеческое достоинство?
- Как отразится такая пересадка на человеке и его потомстве в дальнейшем — через много лет, в следующих поколениях?
Последний момент порождает еще одну проблему: пациент, давший согласие на ксенотрансплантацию, обязан дать однозначное, не подлежащее отзыву или оспариванию согласие на пожизненный мониторинг и выполнение определенных действий. Кроме того, он обязан информировать всех, кто находится или будет находиться с ним в контакте о факте ксенотрансплантации, и связанном с этим потенциальном риске распространения инфекций. То есть в этом случае нарушаются основополагающие права личности.
С религиозной точки зрения также непросто. В иудаизме и исламе свиньи считаются запретными животными, и ни один верующий мусульманин или иудей не согласится на пересадку свиного органа. В индуизме трансплантация вообще отвергается, так как человеческое тело должно оставаться нетронутым. Хотя формально запрета на использование частей тела животных для спасения человека не существует. Если только это животное не корова.
В общем, перспектива у ксенотрансплантологии есть, но пока очень туманная. И дело не только в чисто медицинских проблемах.
Хотя и разрешенная пересадка органов от человека человеку тоже не обходится без проблем. О некоторых из них читайте в статье «Право на органы: этика и российская реальность».
Современные достижения и исследования
Технологии клонирования органов, основанные на использовании клеток животных, позволяют создавать функциональные органы, которые могут быть использованы для трансплантации. В исследованиях также активно применяются генная инженерия и биотехнологии для модификации животных с целью получения тканей, подходящих для человеческого организма. Эти подходы помогают снизить вероятность отторжения трансплантатов и повысить успешность операций.
- Методы регенеративной медицины открывают новые горизонты в лечении травм и повреждений. Биоинженерия позволяет создавать биосовместимые имплантаты и протезы, стимулирующие рост новых тканей. Это значительно сокращает период восстановления пациентов.
- Исследования в области ксенотрансплантации продолжают делать шаги вперед. Ученые работают над созданием генетически модифицированных организмов, чьи органы и ткани могут быть пересажены человеку. Благодаря этому подходу можно существенно уменьшить дефицит донорских органов.
- Изучение стволовых клеток также приобретает широкое распространение. Эти клетки обладают уникальной способностью превращаться в различные типы тканей, что делает их незаменимыми в регенеративной медицине и лечении хронических заболеваний.
Достижения в области наномедицины открывают новые возможности для диагностики и лечения заболеваний. Биоматериалы на основе наночастиц могут быть использованы для создания высокочувствительных сенсоров и систем доставки лекарств, что повышает эффективность терапии и снижает побочные эффекты.
- Новые разработки в области иммунотерапии позволяют использовать иммунную систему организма для борьбы с различными болезнями. Иммунотерапия уже показывает значительные результаты в лечении онкологических заболеваний, и ведутся исследования для расширения её применения на другие области медицины.
- Первые успехи в области биопринтинга, где с помощью трёхмерной печати создаются искусственные органы и ткани, дают перспективы на замену поврежденных частей тела. Это позволяет надеяться на будущее, где каждый нуждающийся пациент сможет получить необходимую помощь.
- Развитие искусственного интеллекта и машинного обучения в медицинских исследованиях ставит перед учёными новые задачи по созданию усовершенствованных методов диагностики и персонализированной медицины, что значительно улучшает исход лечения пациентов.
Вместе эти современные достижения и новейшие исследования задают новые стандарты в медицине, способствуют развитию эффективных методов лечения и открывают будущее, в котором заболевания, ранее считавшиеся неизлечимыми, смогут быть побеждены.
Видео по теме:
Вопрос-ответ:
Что такое ксенотрансплантация и как она отличается от обычной трансплантологии?
Ксенотрансплантация — это процесс пересадки органов или тканей от одного вида живых существ другому виду. В контексте медицины это обычно означает пересадку органов или тканей от животных к человеку. Обычная трансплантология касается пересадки органов и тканей внутри одного вида, то есть от человека к человеку. Ксенотрансплантация рассматривается как перспективное направление из-за нехватки донорских органов для пересадки людям.
Какие животные чаще всего используются для ксенотрансплантации и почему?
Чаще всего для ксенотрансплантации используются свиньи. Это связано с рядом факторов: анатомическое и физиологическое сходство органов свиней с человеческими органами, быстрый рост и размножение свиней, а также возможность генетической модификации этих животных для снижения риска отторжения пересаженных органов. Свиньи, в отличие от приматов, также меньше вызывают этические возражения и легче выращиваются в условиях животноводства.
Какие основные риски связаны с ксенотрансплантацией, и как их планируют преодолевать?
Основные риски ксенотрансплантации включают иммунное отторжение органа, вирусные инфекции и этические проблемы. Иммунное отторжение — это реакция организма на чужеродные ткани, которая может привести к отказу органа. Чтобы минимизировать этот риск, ученые работают над генетической модификацией животных, чтобы их органы были менее «чужеродными» для человеческой иммунной системы. Вирусные инфекции являются еще одной серьезной проблемой, поскольку животные могут быть носителями вирусов, способных вызывать болезни у людей. Для борьбы с этим ученые проводят тщательные проверки животных на наличие вирусов и разрабатывают методы лечения и профилактики таких инфекций. Этические проблемы, связанные с использованием животных в медицинских целях, также активно обсуждаются, и важным аспектом является обеспечение гуманного обращения с лабораторными животными.
