Худший ночной кошмар «черных трансплантологов» сбылся: российские ученые разработали способ длительного сохранения органов для трансплантации.
Чтобы спасти жизнь человека, часто требуется заменить органы, которые уже не работают. Обычно для трансплантации используют здоровые органы умерших доноров. Но доноров катастрофически не хватает. Больные ждут трансплантации многие месяцы, иногда, годы. По словам врачей практически каждый третий в листе ожидания на трансплантацию, не доживают до момента, когда до него дойдет очередь.
Если мы говорим о трансплантации почек, то хронической почечной недостаточностью страдают более 750 миллионов человек по всему миру, а умирают более миллиона каждый год. По мнению главного трансплантолога страны 50 000 граждан нуждаются в пересадке почки в России. Средний период ожидания донорской почки – 4,7 года. У нас в ожидании трансплантации почек более 10 тыс. человек вынуждено принимают лечение гемодиализом. Для лечения этих больных государство выделяет более 2,5 млн рублей в год на каждого человека. т.к. процедура гемодиализа, требуется таким людям трижды в неделю.
В России, как и во многих европейских странах, разрешена трансплантация трупных органов по принципу презумпции согласия: это означает, что изъятие подходящих к трансплантации органов и тканей после диагностирования смерти мозга разрешено по умолчанию, если умерший или его близкие родственники при жизни не зарегистрировали свое несогласие.
Сегодня в России в листе ожидания на трансплантацию почек зарегистрированы десятки тысяч человек, в то время, как количество посмертных изъятий трупных органов пригодных для трансплантации не превышает несколько десятков на миллион жителей в год. Изъятые органы распределяются в основном по совместимости с предполагаемым реципиентом. Определяющими факторами являются группа крови, тканевые факторы совместимости, учитываются так же антропометрические параметры.
С каждым годом в России количество людей, нуждающихся в пересадке органов, увеличивается, и это несмотря на то, что и количество операций и медучреждений, их практикующих, также растет.
На территории Москвы выполняется более 1 тыс. трансплантаций органов в год. Более 65 центров трансплантации создано в 34 регионах России. Однако в этих центрах производится не более 10 посмертных изъятий органов на миллион жителей в год.
В 2019 году было проведено более 2 400 трансплантаций, но в листе ожидания по состоянию на 2020 год находилось более 9 500 человек. Это только на трансплантацию почек. К сожалению, многие граждане не доживают до момента, когда до них дойдет очередь.
Связано это с целым рядом объективных причин: недостаточным оснащением специализированных учреждений лабораторным оборудованием, острым дефицитом квалифицированных кадров в бригадах трансплантологов, невозможностью создания резервов органов для трансплантации (банка органов) из-за отсутствия эффективных технологий для их длительного хранения.
Но главной проблемой трансплантологии на сегодняшний день является недостаточное количество органов пригодных для трансплантации. В то же время, количество операций по трансплантации трупных органов могло быть увеличено в несколько раз, если бы на вооружении трансплантологов были эффективные технологии, позволяющие производить длительную консервацию изъятых органов при сохранении их функциональной полноценности.
Существует несколько способов сохранения (консервации) донорских органов на период времени между изъятием и трансплантацией: криоконсервация - замораживание; перфузионный - постоянное промывание органа специальным раствором и бесперфузионный - орган после промывания специальным раствором сохраняется, находясь в этом же растворе при температуре не более +4°С. В настоящее время используется, в основном, бесперфузионный метод консервации донорских органов.
В качестве растворов, применяемых для промывания органа после изъятия и консервации на срок до трансплантации, в настоящее время применяются растворы, содержащие оптимальный набор электролитов, антиоксидантов и стабилизаторов клеточных мембран для сохранения жизнеспособности донорского органа. Эти растворы предназначены для консервации различных донорских органов. К сожалению, сроки консервации данным способом составляют от 24 до 72 часов при температуре +4°С. Безусловно, столь малые сроки эффективной консервации позволяют провести только транспортировку органа до места проведения трансплантации и базовые исследования по подбору пар донор-реципиент по эритроцитарным изоаптигенам (группа крови) и антигенам гистосовместимости, так как трансплантационный антигенный барьер является основным фактором, определяющим успех самой трансплантации.
Методики криоконсервации способом замораживания, применяемые сегодня, дают хорошие результаты при консервации малых биологических объектов (клеток, спермы, яйцеклеток, эмбрионов, тканевых и органных суспензий), так как именно в малых и сверхмалых объектах удается избежать
гибели клеток в процессе заморозки и оттаивания.
В процессе замораживания и оттаивания цельных органов и тканей наблюдается цепь физико-химических процессов, связанных с формированием кристаллов льда внутри клеток, приводящие к денатурации белковых структур, разрыву клеточных оболочек, множественным повреждениям внутриклеточных мембранных структур. После оттаивания, в тканях, подвергшихся глубокому замораживанию, развиваются реактивные процессы (нарушение микроциркуляции крови и тканевых жидкостей, гипоксия и ишемия, локальная эдема, выход тканевых макрофагов, развитие воспалительных и локальных иммунологических процессов), которые довершают разрушение оставшихся неповрежденных структур и приводят к формированию зоны асептического некроза, что является мощным повреждающим фактором для тканей органов. Эти деструктивные процессы не позволяют проводить криоконсервацию изъятых органов методом замораживания.
Десятки научно-исследовательских центров по всему миру ищут химические соединения (криопротекторы), применение которых позволит проводить эффективную криоконсервацию методом замораживания и увеличить сроки хранения органов и организмов любых размеров за счет предотвращения образования кристаллов льда в клетках - главного деструктивного фактора при криоконсервации. В этих лабораториях испытываются сотни химических соединений, но все они, к сожалению, при испытаниях в эффективной концентрации оказывают критическое цитотоксическое воздействие на трансплантат и не могут применяться на практике.
Российские ученые первыми в мире смогли решить эту задачу!
Сущность способа консервирования биологических органов методом гипербарической гипотермии (МБГТ), разработанного и запатентованного нашими российскими учеными основывается на аномальных свойствах воды в ее различных фазовых состояниях. В отличие от всех других химических веществ, у которых с ростом давления температура замерзания увеличивается, у воды наблюдается обратная аномальная зависимость между давлением и температурой замерзания. По мере увеличения давления, температура замерзания воды сначала снижается до -22°С, а затем начинает возрастать.
Эксперименты по криоконсервации биологических органов проводились в научно-производственной лаборатории «УНИАП» г. Славянск-на-Кубани Краснодарского края.
В качестве контрольного и опытного образцов органов были использованы почки и сердце кроликов. Контрольные образцы были обработаны перфузатом, охлаждены в три этапа постепенно, сначала до -6 - -8°С, затем до -40 - -60°С и окончательно замораживали, погружая в жидкий азот.
Опытные образцы почек и сердца животного исследователи поместили в середину специального контейнера, выполненного из особо прочной стали. Весь объем контейнера заполнялся специальным раствором. Загерметизированный контейнер помещали в холодильную камеру и охлаждали до -20°C со скоростью 0,3-0,5 град/мин. В процессе охлаждения контейнера часть воды превращалась в лед, при этом повышая давление в контейнере. Основная часть раствора в центре контейнера, куда помещались исследуемые органы оставалась в жидком состоянии. Длительность хранения органов при температуре -20оС составляла 1 месяц. Расконсервацию опытных образцов проводили постепенно, плавно повышали температуру контейнера до 0°С. После подъема температуры вскрыли контейнер и извлекли пакет с сохраняемыми образцами. Контрольные образцы извлекли из жидкого азота и также разморозили, плавно повышая температуру до 0°С.
В дальнейшем провели гистологическое исследование тканей органов после проведенной криоконсервации.
Результаты сравнительных гистологических исследований показали: в контрольном образце почки 37% клеток были повреждены за счет рекристаллизации ледяных кристаллов в процессе оттаивания, а в опытном образце целостность тканей составила 96,6%. Что касается сердца, то в контрольном образце ткани были повреждены на 45%, а в опытном образце сохранность клеток составила 96,3%.
Данными опытами было достоверно доказана возможность криоконсервации органов и тканей при температуре до -20оС под давлением без образования в их клетках кристаллов льда сохранением их функциональности для дальнейшей трансплантации.
Метод гипербарической гипотермии (МГБГТ) позволяет:
а). Эффективно проводить криоконсервацию тканей, органов и организмов любых размеров;
б). Избежать образования экстра- и интрацеллюлярных кристаллов льда внутри клеток и в межклеточном пространстве - главного деструктивного фактора при криоконсервации.
в). Отказаться от применения криопротекторов, которые оказывают цитотоксическое воздействие на трансплантат;
г). Увеличить срок криоконсервации биологических микро- и макрообъектов до нескольких месяцев и более с сохранением их функциональной полноценности;
д). В разы снизить стоимость операций по трансплантации. Сегодня пересадка почки стоит от 10 до 15 тысяч долларов (это до общего подъема цен). Послеоперационная терапия одного больного в год стоит до 7 тысяч долларов. На одну трансплантацию печени требуется до 30-35 тысяч, а реабилитация обходится в 7-8 тысяч. Трансплантация сердца - еще дороже.
Применение данного метода в трансплантологии позволит в ближайшее время создать «банки органов», позволяющие в специальных хранилищах проводить криоконсервацию изъятых для трансплантации органов в течение нескольких месяцев при температуре ниже -20оС, создавая оперативный резерв органов для трансплантологов. Это позволит преодолеть острую нехватку органов для трансплантации, проводить более тщательный подбор органов реципиентам, на порядок увеличить количество операций по трансплантации и, в итоге, сохранить жизнь многим тысячам больных.