27 березня, 2015
Трансплантология: вчера, сегодня, завтра
Идея замены пораженных патологическим процессом органов и систем человека возникла много тысячелетий назад. Однако техническое несовершенство хирургических методов и анестезиологического обеспечения не позволяли осуществить этот замысел. В то же время кровь, не требующая особых технических средств для забора и пересадки (переливания), используется очень давно. Еще в «Одиссее» Гомера (XII-VIII в.в. до н.э.) есть указание на использование крови с лечебной целью. В Древнем Египте военачальники, отправляясь в поход, брали с собой стада баранов, кровь которых использовали для лечения раненых воинов. Первый исторически достоверный факт переливания крови, осуществленного французом Жаном Дени от ягненка человеку, зафиксирован в 1666 году. Ж. Дени выполнил четыре таких переливания, из них два – успешно.
Развитие хирургической техники позволило предпринимать попытки пересадки отдельных наружных частей тела – пальцев, носа и даже конечностей, но все они заканчивались неудачно.
Началом современной эпохи в истории пересадки органов и тканей стало открытие в 1900 году австрийским микробиологом и иммунологом Карлом Ландштейнером групп крови, а позднее вместе с А. Винером – резус-фактора (Rh). Сегодня очевидно, что не только кровь, но и весь организм обладает той или иной групповой принадлежностью, так как групповые антигенные структуры свойственны всем тканям и биологическим средам организма (слюна, сперма и другие).
В начале ХХ века Каррель и Гутри успешно пересадили сердце и почки животным, но пересаженные органы через некоторое время перестали функционировать. Проанализировав операции, Алексис Каррель пришел к выводу, что нельзя рассматривать возникшие расстройства как вызванные хирургическими факторами: их нужно расценивать как вызванные хозяином, то есть биологическими факторами. Понимание природы этих «биологических факторов» пришло гораздо позже, когда иммунологи сумели выяснить различные аспекты взаимоотношений «хозяина» и трансплантата.
Механизмы иммунологической толерантности
В 1949 году Фрэнк Бернет разработал общую теорию иммунитета – теорию клональной селекции. Ее суть сводится к тому, что способность клеток отличать свое от чужого не является врожденной, а развивается в течение эмбриональной жизни, и к тканям, которые в то время были представлены, как свои, вырабатывается иммунологическая толерантность. По мнению Бернета, эта теория позволяет предсказать экспериментальную возможность вызвать иммунологическую толерантность – терпимость к чужеродному антигену, неспособность взрослого организма вырабатывать антитела, если чужеродный антиген вводили в период его внутриутробной жизни. Эту блестящую гипотезу сумел доказать Питер Медавар. Он вводил клетки селезенки мышей одной породы (доноров) мышам другой породы (реципиентам) в период эмбрионального развития и обнаружил, что впоследствии при пересадке кожи реакция отторжения не развивается.
Формирование естественной толерантности происходит следующим образом. Вначале незрелые формы лимфоцитов подвергаются высокодозовой антигенной атаке. После специфического взаимодействия антигены перемещаются к одному из полюсов клетки и образуют «шапочку», которая поглощается лимфоцитом. В результате наступает функциональный паралич клетки: утрачивается способность синтезировать специфические рецепторы, и, в конечном итоге, наступает ее гибель. В 80-е годы прошлого века было выяснено, что иногда способность к ресинтезу специфических рецепторов сохраняется, но при повторном «нашествии» антигенов просто не реализуется. Существует еще один механизм формирования иммунологической толерантности. В этом случае происходит увеличение популяции лимфоцитов-супрессоров, которое приводит к подавлению активности популяций лимфоцитов-хелперов и эффекторов. Вследствие перераспределения субпопуляций лимфоцитов формируется иммунологическая толерантность.
Конечно, естественная толерантность очень важна для нормального функционирования организма, но заветная мечта специалистов-трансплантологов – сформировать у реципиента толерантность к антигенам донора. Задача не из простых. Формирование толерантности во многом зависит от генетической предрасположенности. Чтобы доказать это, ученые вывели линии животных с повышенной толерантностью к различным антигенам. Индуцировать приобретенную толерантность могут только антигены или, как их еще называют, толерогены, наделенные определенными свойствами, к примеру, растворимые антигены, не обладающие способностью к образованию агрегатов. Причем, вводить их надо в малых количествах, не превышающих иммунную дозу. Толерогены изначально не ассоциируются с антигенами главного комплекса гистосовместимости человека ІІ класса и из-за этого не могут быть презентированы Т-лимфоцитам, а через них и В-лимфоцитам. При первой встрече с антигеном иммунная система с помощью клеток иммунной памяти как бы создает программу под названием толерантность, реализует ее при повторных встречах с толерогеном в виде отмены или ослабления иммунного ответа. Такое реагирование иммунной системы – идеальный вариант при пересадке органов, но, к сожалению, реальная ситуация далека от идеала. Организм реципиента стремится избавиться от чужеродных органов, отторгая их, а в иммунном ответе всегда участвует главный комплекс гистосовместимости (HLA – от английских слов Human leucocyte antigens).
Классификация антигенов главного комплекса гистосовместимости
Молекулы, или антигены HLA, подразделяются на три класса. В настоящее время выяснено, что гены системы HLA первого класса включают локусы В, С, Е, А, G, F. Часть из них – локусы В, С, А – относят к так называемым классическим, кодирующим хорошо изученные трансплантационные антигены. Что касается недавно открытых локусов Е, G, F, то биологическая функция их самих и их продуктов еще уточняется. Молекулы первого класса обнаружены практически во всех тканях. Генетиками выявлено 40 аллелей локуса А, 60 – локуса В и 20 – локуса С. Словом, локус А может обеспечить синтез 40 различных вариантов молекул, локусы В и С – 60 и 20 соответственно. Получается, что число комбинаций только АВС составляет 48 000! Молекулы HLA второго класса кодируются тремя локусами – DP, DQ и DR. В норме эти молекулы продуцируются весьма ограниченным числом клеток: профессиональными антигенпрезентирующими клетками, макрофагами и В-лимфоцитами, активированными Т-лимфоцитами. Третий класс объединяет белки системы комплемента, белки теплового шока, опухольнекротизирующий фактор (ТNF).
Реакция отторжения
При несоответствии антигенов главного комплекса гистосовместимости донора и реципиента развивается реакция отторжения. Различают три вида отторжения трансплантата – раннее, позднее и гипериммунное. Раннее отторжение обусловлено клеточным звеном иммунного ответа, который очень похож на туберкулиновую пробу. Такая форма иммунного ответа вызывает разрушение трансплантата в течение нескольких дней, хотя иногда процесс затягивается на несколько месяцев. Позднее отторжение, как правило, наблюдается у реципиентов с иммунодефицитом, когда события развиваются по сценарию: трансплантат против хозяина. В этом случае в патологический процесс вовлекается эндотелий сосудов, который начинает интенсивно пролиферировать, в результате чего происходят сужение просвета сосудов, ишемия и некроз трансплантата. И, наконец, гипериммунное отторжение. Оно проявляется в тех случаях, когда антигены трансплантата уже попадали в организм реципиента (к примеру, при переливании крови или предыдущей трансплантации). Реакция, опосредованная гуморально, развивается очень бурно, в течение нескольких часов (а иногда и минут): возникают тромбоз сосудов, инфаркт трансплантата, лизис клеток на границе «трансплантат-хозяин».
Предупредить развитие реакций отторжения все-таки можно. Для этого нужно подобрать совместимую пару донор – реципиент. Поскольку наиболее сильные реакции отторжения связаны с различиями по антигенам главного комплекса гистосовместимости, то, прежде всего, необходимо провести типирование именно этих антигенов. До начала 90-х годов методы типирования HLA ограничивались серологическими реакциями в виде лимфоцитотоксического теста. По мере прогресса молекулярно-биологических методов и, прежде всего, благодаря разработке полимеразной цепной реакции (ПЦР) появилась возможность быстрой оценки полиморфизма HLA на уровне ДНК. Практика показала, что наибольшее значение для приживления пересаженного органа имеет совместимость по антигенам трех локусов – DR, B и А, антигены остальных локусов HLA гораздо меньше влияют на эффективность приживления.
Важную роль в развитии реакции отторжения играет совместимость по антигенам эритроцитов, поскольку пересечение этого важного барьера гистосовместимости приводит к плачевным результатам.
Ксенотрансплантация в решении проблем морально-этического
и правового порядка
Таким образом, сегодня типирование тканей производят по HLA (DR, B и А), АВО и Rh системам. Стратегическая задача в будущем заключается в подборе полностью совместимых пар донор – реципиент. Однако нет другой такой области медицины, где бы так остро проявлялись проблемы морально-этического и правового порядка. При кажущейся доступности донорских органов предложения в этой сфере никогда не были адекватными существующим потребностям. Поэтому не удивителен факт возникновения и процветания нового вида бизнеса – нелегальной торговли человеческими органами. Предметом широких дискуссий является вопрос о праве человека на свое тело после смерти и как часть этой проблемы – вопрос о праве на изъятый орган. Необходима гарантия права индивида отдать орган после смерти, одновременно сохраняя его право на отказ. Здравоохранение развитых стран основывается на принципе универсального медицинского обслуживания, то есть все больные граждане имеют равные права на высококвалифицированную медицинскую помощь. Необходимы юридические гарантии для исключения ситуаций, когда преимущество в доступе к трансплантационной программе или в получении органа может определяться финансовым или социальным статусом больного.
По словам профессора хирургии Висконсинского университета Ханса Солингера, в США при настоящем положении вещей с донорами восемь из десяти людей умирают, потому что не получают вовремя нужный орган.
Ближайшие перспективы принципиального улучшения ситуации в трансплантологии – ксенотрансплантация и выращивание в лабораторных условиях человеческих тканей и органов.
При поисках новых источников донорских органов ученые остановили выбор на свиньях по нескольким соображениям. По мнению профессора экспериментальной хирургии, педиатрии и иммунологии университета Дьюка в Дурхеме Джефри Платта, органы свиньи имеют размеры, идеально подходящие для человека. Другое преимущество свиней – в их чрезвычайной плодовитости. Кроме того, нет лобби, которое бы так защищало свинью, как и приматов. Ученые университета и сотрудники компании «Nextran» из Нью-Джерси решили «сконструировать» свинью с заданными иммунологическими параметрами. Дело в том, что в крови человека циркулируют «разведчики» иммунной системы – белки-комплементы. Они отыскивают и атакуют чужака, помечая претендента на уничтожение. Другие белки, мембранный кофактор (МСР) и фактор ускорения распада (DAF) защищают от разрушения собственные ткани организма, блокируя присоединение к ним комплемента. Учитывая вышеперечисленные обстоятельства, компания «Nextran» методом генной инженерии создала свиней, органы которых содержат человеческие иммунные белки МСР и DAF.
Другой метод в ксенотрансплантологии разработали российские ученые. Известно, что ксенореактивные антитела человека способны распознавать широкий спектр ксеноантигенов, при этом более 80% этих антител выбирают в качестве мишени углеводa – галактозу, отсутствующий у человека. С помощью иммуноферментного метода производится количественная оценка содержания этих антител в крови человека, а затем их удаление с помощью иммуносорбции на колонке. Разрабатывается метод избирательной элиминации В-лимфоцитов, продуцирующих данные антитела. Это позволит перейти к межвидовой трансплантации органов.
Некоторые ученые весьма скептически относятся к самой идее пересадки органов от животных человеку, а правительство Великобритании даже ввело мораторий на исследования по ксенотрансплантации, мотивируя такое решение тем, что при операции возможна передача вирусов (в том числе и неизвестных на сегодняшний день) от животного человеку.
Совершенствование методов консервации органов
Немаловажной проблемой трансплантологии является проблема консервации и хранения органов. Главным препятствием на пути создания надежных способов длительной консервации является малая продолжительность выживаемости клеток и органов в условиях ишемии. Для борьбы с ишемическим повреждением изолированных органов и тканей используют три группы методов.
1. Методы биологической перфузии, предусматривающие поддержание исходного уровня метаболической активности в органах путем перфузии их кровью в нормотермическом режиме или близком к нему (34-38°С).
2. Методы гипотермической консервации, основанные на обеспечении сниженной, но адекватной метаболической активности трансплантата путем хранения его при температуре 8-12°С (гипотермическая перфузия) или при температуре 2-4°С (фармакохолодовая бесперфузионная консервация).
3. Метод глубокого охлаждения (криоконсервация), основанный на обеспечении условий для максимально полного обратимого прекращения метаболической активности в трансплантатах путем хранения их при температуре ниже 0°С.
Дальнейшее совершенствование методов консервации органов необходимо для того, чтобы добиться сохранения изолированных органов на неопределенно длительное время и создать банк органов.
Применения иммуносупрессоров
Конечная задача трансплантационной иммунологии – преодоление тканевой несовместимости. При полной совместимости донора и реципиента, как в случае однояйцовых близнецов, создаются идеальные условия для приживления органа. Однако в большинстве случаев без применения иммуносупрессоров трудно обойтись.
Кроме традиционных иммуносупрессоров (азатиоприн, стероидные гормоны), в последнее время используются такие препараты, как циклоспорин А, такролимус (FK506). Однако они обладают широким спектром действия на иммунную систему, что может привести к развитию иммунологической недостаточности. Так, циклоспорин А и FK-506 оказывают ингибирующее действие на всю Т-систему, глюкокортикоиды подавляют выработку антител. Это диктует необходимость поиска узкоспецифичных иммуносупрессоров. В последние годы наметились два основных направления: разработка новой генерации экзогенных иммунотропных средств и создание биологических иммуносупрессоров. В первом случае большие надежды связывают с возможностью целенаправленно влиять на функционирование лимфоцитов, активируя или ингибируя киназы. Сейчас известны три киназы – тирозиновая, серотониновая и треониновая, без которых невозможна передача сигналов, запускающих каскад реакций, что, в конечном итоге, приводит к активации лимфоцитов.
Под биологическими иммуносупрессорами обычно подразумевают моноклональные антитела (OKT-3, JOR-3), способные блокировать определенные звенья межклеточных взаимодействий при иммунном ответе, например, антигены главного комплекса гистосовместимости, рецепторы Т-лимфоцитов, цитокины или рецепторы к ним.
Клеточная трансплантология
Перспективное направление трансплантологии – клеточная трансплантология. Достигнуты определенные успехи в трансплантации островковых клеток поджелудочной железы. Осуществляются попытки нейротрансплантации, то есть замещение дегенерировавших нейронов в мозге больного гомологичными нейронами плода человека. Как показали многочисленные исследования, только на ранних стадиях дифференцировки эмбриональные нейроны могут прижиться в мозге реципиента. После этого они начинают вырабатывать недостающие нейромедиаторы и усиленно продуцировать ростовые (нейротрофиче-ские) факторы, стимулирующие репаративные процессы в очаге поражения при нейродегенеративных заболеваниях ЦНС (в частности, при болезни Паркинсона). Однако 90% пересаженных нейронов все-таки подвергаются дегенерации в мозге реципиента. Предположительно это объясняется либо отсутствием необходимых ростовых факторов эмбрионального или плацентарного происхождения, либо отторжением, которое может возникать по двум причинам. Во-первых, клетки нервной ткани плода в возрасте 6-9 недель начинают продуцировать антигены гистологиче-ской совместимости первого и второго классов, которые играют одну из главных ролей в развитии реакции отторжения. Во-вторых, при нейротрансплантации происходит механическое повреждение сосудов головного мозга, а значит, и временное нарушение гематоэнцефалического барьера. Этим «пользуются» антитела и активированные лимфоциты. В итоге, начинается отторжение пересаженных нейронов. Пока ни одно из этих предположений экспериментально не доказано, проводятся эксперименты на животных с использованием модифицированных нейронов, в геном которых вносят гены факторов роста. Зато с полным основанием можно говорить о зарождении тройственного союза, объединяющего трансплантацию, иммунологию и генную инженерию.
Новый этап клеточной трансплантологии начался в 1998 году, когда американские исследователи Джеймс Томпсон и Джон Беккер выделили эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) из человеческого зародыша, что открыло возможность как для непосредственной пересадки ЭСК, так и для выращивания из них тканей и органов благодаря уникальному свойству ЭСК – тотипотентности. Сегодня результаты экспериментов в этой области начинают применяться в клинической практике.
Нельзя обойти вниманием использование в трансплантологии искусственных органов – аналогов органов человека, способных заменить их функцию на некоторое время. Есть искусственные почка, сердце, но нет аналога такому сложному в функциональном отношении органу, как печень. Проводятся работы по созданию имплантируемого искусственного легкого.
Таковы в общих чертах состояние проблемы пересадки органов сегодня и пути развития трансплантологии в будущем.
Литература
1. Бутенко Г.М. Імунофармакологія. Сучасний стан та перспектива розвитку//Фармакологічний вісник, 1997, № 3, с. 25-27.
2. Денисов В.К. Трансплантологія. К., Наукова думка, 1998.
3. Дранник Г.Н. Клиническая иммунология и аллергология. Одесса, Астро Принт, 1999.
4. Ивашкевич Г.А. Преступление без наказания. Л., Край, 1995.
5. Новости FDA//http:// provisor.kharkov.ua/
archive/#15/fda.html
6. Иммунология//http://www.sno.msmi. minsk.by/referat/all/ imm/m.html
7. Резник И.Б. Введение в общую иммунологию для врачей. http://www.mmm.spb.ru./
Protect/allerg/4/art10.html
8. Трансплантат. Предотвращение отторжения //http://obl. mg.ru/humblo/immunology/00044c76.html
9. Органы, взятые от свиньи, помогают людям //http://on.wplus.net/doctor/medspase/ru/1251/info/artorgan.html
10. Угрюмов М. Клиническая нейротрансплантация и «русское чудо»/Наука http:/www.rusmedserv.com/mg/1999/18/nau.html
11. Пересадка почки: кpаткое введение/http://
doctor.ru/doctor/ ren/petr2.html
12. Шумаков В.И. Трансплантация органов и тканей//Вестник Российской АМН, 1999, № 9, с. 46-47.