Важные моменты, на мой взгляд, я выделал красным. Каменев С.Ю.
Юрий Свидиненко Хакер, номер #099, стр. 046 metamorph@yandex.ru
Прошлое, настоящее и будущее трансплантологии
10 апреля 1679 года. Париж. Ночь. В залу, задрапированную черным сукном, вводят статную даму. Ее оборванное платье было когда-то роскошным нарядом. Идет сессия «Огненной палаты», чрезвычайного трибунала Франции…
Подсудимая – Катрин Монвуазьен. В саду ее дома в Сен-Жермене откопали 2,5 тысячи детских трупов и эмбрионов.
Детей покупали в кварталах бедняков за 5-6 ливров. А потом в заброшенной часовне начиналась черная месса. Здесь властвовал некий аббат Гибур. Для совершения сатанинской мессы он добавлял младенческую кровь в облатки. Ее использовали и для омоложения богатых клиентов. Гибур брал с них по 100 тысяч ливров. Чтобы продлить жизнь, черной магии, а затем и науке всегда нужен был труп…
Давным-давно…
Профессия врача-хирурга издавна окружена кровавыми штампами и бородатыми анекдотами. И ведь не на пустом месте! Если так подумать, эти ребята в белых и зеленых халатах каждый день ковыряются в нас, что-то режут, что-то пришивают и, что самое интересное, никогда не говорят конкретно что, как, естественно, и не дают гарантии на выполненные работы.
Такая традиция пошла с врачевателей древних греков, которые узаконили ковыряние в человеческих телах, назвав его модным словом «хирургия». Во времена Гиппократа уже умели делать трепанацию черепа и лечили несложные переломы костей.
А первые трансплантологи, как ни странно, появились не в прошлом веке, а еще в Древнем Египте. Фараонам зачем-то проводили трепанацию черепа, аортокоронарное шунтирование и вставляли искусственные зубы. Одной дамочке из высших кругов общества даже сделали глазной протез, инкрустированный золотыми нитями, имитирующими радужку.
Примерно к тому же периоду археологи относят найденный ими череп с имплантированной в него алмазной пластиной. Видно, люди издавна считали, что починить организм – раз плюнуть, и не особо заморачивались на этот счет. В более позднее время магическая формула «бог дал, бог взял» запросто объясняла, почему с виду успешная пересадка ноги раба-мавра богатому хозяину с гангреной заканчивалась смертью последнего.
В конце XIX – начале XX веков ученые совершили ряд существенных прорывов в области пересадок. Но и тут образовался ворох проблем, которые будут решаться не одно десятилетие…
Советский reanimator
Первым «адским доктором» можно считать Э. Ульмана из Вены, который в январе 1902 года представил на совете Королевского общества хирургов козу с пересаженной ей на шею почкой собаки. Это делалось не просто из научного любопытства (хотя, конечно, куда без него 
), а для исследования биологии и хирургии сосудистых швов. Операция прошла успешно; чудо прожило три недели, после чего, естественно, двинуло копыта от отторжения органа. Для ученых отторжение органов было неожиданным сюрпризом.
После этого хирурги 10 лет проводили аналогичные операции на животных, но так и не добились успехов. Техника сшивания сосудов была отточена, но о биохимии совместимости тканей врачи только начали узнавать.
До советских 1950-х в трансплантологии ничего существенно не менялось. Но вот в пятидесятых на научном симпозиуме хирургов СССР было продемонстрировано настоящее чудо – живая голова собаки без туловища.
Она была укреплена на тележке, на которой стоял насос, перегоняющий кровь и снабжающий мозг кислородом. То, что осталось от бедного животного, с удивлением рассматривало присутствующих и даже пыталось лаять. Этого добился знаменитый ученый-трансплантолог профессор Владимир Петрович Демихов, который впоследствии написал первую в мире монографию о трансплантологии. Ею пользуются хирурги до сих пор.
Еще в 1937 году, будучи студентом-третьекурсником, Демихов разработал и собственными руками изготовил первое в мире искусственное сердце и вживил его собаке. Собака жила 2 часа.
После того как ученый убедился, что отдельные части тела могут существовать от организма независимо, он серьезно начал думать о создании биологических конструкций. Так, часть туловища собаки с головой он пришил другой собаке. Естественно, монстр долго не прожил (1 месяц – Каменев С.Ю.), но до самой смерти выглядел нормальным здоровым животным. Голова-донор реагировала на внешние события, лаяла и даже принимала пищу.
На хирургическом столе лежит человек, сплошь покрытый швами. Диктор поясняет: это существо изготовлено из различных частей мертвых людей. Оно как бы слеплено из «запчастей». Жуткие кадры продолжаются: ученые запихивают в ногу титановый сустав. Диктор: такой сустав позволяет безболезненно спрыгнуть с высоты 20 метров. Все это пригодится «идеальному солдату», над созданием которого трудятся советские ученые. Такой солдат будет бессмертным.
Вот хирургически разбираются и собираются вновь, но уже в ином порядке, мышцы и сухожилия руки. За основу берутся знания физиологии древних боевых искусств, практикуя которые боец, зацепившись двумя, тремя пальцами за выступ в стене, мог держаться несколько минут.
У такого сверхсильного и сверхвыносливого существа должен быть поистине «пламенный мотор». На наших глазах в него вставляется клапан сердца свиньи.
Дальше – больше: перед нами биоробот, голова которого тщательно фиксируется. Управляющие импульсы должны попасть в нужную точку мозга. Включается рубильник. Руки и ноги приходят в движение…
Но, как ты понимаешь, результатов советский Франкенштейн не добился. Демихова постиг бич Эриха Ульмана – отторжение, и подобные опыты оказались бесперспективными. Проводились такие манипуляции в сверхсекретной Экспериментальной лаборатории органического моделирования, в которой Владимир Петрович с 1949-го по 1965 годы руководил работами.
Ученик Демидова доктор Кристиан Барнард из ЮАР был в советское время на стажировке у профессора. Это первый доктор в мире, которому удалось осуществить пересадку сердца человеку (эта трансплантация до сих пор носит его имя – операция Барнарда). Сейчас он имеет собственную клинику.
Так что успехами наших ученых нужно гордиться. Кроме того, именно Демихов впервые на собаках провел знаменитое аортокоронарное шунтирование и вплоть до своей смерти в 1998 году работал над пересадкой головы.
Франкенschool
Сегодня же, после полной пересадки лица, думает о пересадке головы и мировое сообщество трансплантологов!
Первая в мире операция по пересадке донорской руки была проведена в 1998 году знаменитым французским хирургом Жан-Мишелем Дюбернаром. С тех пор было проведено около 30 пересадок одиночных рук.
А недавно одной испанке врачи из больницы Ла Фе в Валенсии трансплантировали целых две руки! Женщина потеряла обе руки выше локтя около 30 лет назад после взрыва в химической лаборатории. Операцию, состоявшуюся 30 ноября 2006 года, проводили 10 хирургов более 10 часов. Донором стала женщина, погибшая в результате автомобильной аварии.
Основная задача врачей была титанической – нужно было правильно присоединить кости, связки, сосуды и нервы донорских рук к телу пациентки.
Подвижность и чувствительность пересаженных конечностей будет восстановлена в течение следующих пяти или шести месяцев, но уже сейчас испанка может шевелить пальцами новых рук.
В период с 2000-го по 2007 год в мире было проведено 6 успешных двойных пересадок рук.
Тем же Дюбернаром в 2005 году была проведена частичная пересадка лица. 38-летней француженке Изабель Динуар, изуродованной в результате нападения домашней собаки, пересадили новые губы, части щек и нос. После этого Дюбернар и его коллеги сделали еще несколько пересадок фрагментов лица разным пациентам.
Однако пересадку головы целиком даже самые опытные хирурги делать пока опасаются. И связано это не только с отторжением, а, главным образом, с трудностями соединения разорванного спинного мозга головы и тела-донора. Связать воедино тысячи нервных окончаний этого жизненно важного органа пока не под силу даже самой «тонкой» технике. Таким образом, если собственно пересадка и удастся, то человек будет в лучшем случае парализован.
Правда, в последнее время в медицинских кругах появляются сообщения о составах на основе наночастиц и стволовых клеток, способных «включать» регенерацию нервной ткани. Возможно, в недалеком будущем восстановление разорванных нервных окончаний станет реальностью, и тогда до пересадки головы останется один шаг…
CyberАйболит
Если с чужими органами возникают проблемы, то почему бы не сделать для человека запчасти? Органы из пластика, металла или стекла? Они не вызывали бы отторжения и в то же время работали бы как часы, не старея и не болея.
Ты, наверняка, понимаешь, что пока мы находимся на таком уровне развития техники, что не можем сделать 100%-но работоспособную «механическую» замену глаза или, скажем, желудка. Но органы, функции которых попроще, можно заменить тоже несложными аналогами.
Взять, к примеру, мочевой пузырь – его заменители теперь можно встретить довольно часто. Пока это обычные полиэтиленовые пакеты с трубками, которые находятся снаружи, но ученые уже могут искусственно выращивать «новые» органы. Так, 2 года назад в Бостонской детской больнице ученые провели пересадку мочевых пузырей шести собакам, и те не только нормально прижились у животных, но и функционируют как положено.
Для создания замены мочевого пузыря ученым пришлось сначала взять образец клеток из «естественного» органа собаки, затем культивировать мышечные и эпителиальные клетки на специальных средах. Грубо говоря, ученые вырастили «ковер» из клеток, а затем придали ему нужную форму с помощью полимерных шариков.
Конечно, ткань мочевого пузыря достаточно проста – в ней всего 2 слоя. Поэтому этот орган был выращен в первую очередь. Сложнее дела обстоят с органами, которым нужно выполнять какие-либо жизненно важные функции. Причем выполнять активно, а не пассивно, как это делает тот же мочевой пузырь.
Например, обычная искусственная почка – это агрегат размером со шкаф со сложной системой циркуляции жидкости в ней. Отказ почек у врачей называется «спиралью смерти», потому что без подсоединения этого девайса у пациента до могилы остается неделя, максимум две. Каждый день больные с нарушенными функциями почек на 3-4 часа «ложатся» под искусственную почку. Если этого не делать, токсины попадают в кровь и начинается воспаление. Через день-два оно распространяется по кровеносной системе. Кровяное давление падает, начинается кислородное голодание, а затем последовательно отказывают легкие, печень и другие органы…
Естественно, трудно представить себе жизнь с необходимостью каждый день по 3 часа «лежать под почкой». Тем более что диализная машина (так еще называют этот агрегат) вытягивает влагу из организма, из-за чего больные начинают в буквальном смысле сохнуть. Но если такую махину уменьшить до приемлемых размеров 5х7х4 сантиметра, то можно было бы хоть как-то облегчить жизнь больным.
В связи с этим врачи-экспериментаторы предложили биосинтетический гибрид этого жизненно важного органа. Как ни крути, но благодаря биосинтетической почке выжили шестеро из десяти пациентов, шансы на жизнь которых врачи оценивали в 10-20%. Биосинтетическая почка представляет собой пластиковый картридж, внутри которого в 4 тысячах пластиковых волокон располагается 1 миллиард живых почечных клеток.
Фактически это вполне работоспособная почка, просто упакованная в пластиковую коробку. Придумали такой гибрид все те же доктора из Бостонской детской больницы. По их мнению, альтернативой большим почечным машинам являются натуральные клетки почек, которые мгновенно реагируют на изменения в организме.
Сейчас разработкой биосинтетической почки занимается компания Nephros Therapeutics, созданная выходцами из Мичиганского университета. Сотрудники компании полагают, что окончательный вариант такого устройство будет готов уже через 3 года.
Конечно, главный вопрос, стоящий перед учеными, — откуда брать живые клетки почек для биосинтетических органов. То, что сейчас используют врачи, – это недозрелые клетки, полученные из донорских органов, которые были признаны непригодными для пересадки. Для того чтобы клетки формировали в пластике целый орган, ученые применяют специальные пластиковые волокна, в которых эти незрелые клетки растут и размножаются, образуя в итоге специальные канальцы, как в натуральной почке. Пластиковые волокна защищают эти клетки от иммунного сопротивления со стороны белых кровяных телец. Так имитируется работа настоящих почек.
Первое испытание биосинтетической почки было проведено 15 мая 2001 года.
Кроме работы над почками, Nephros Therapeutics занимается заменой печени. В отличие от других органов, важнейшие функции печени воспроизвести в «машинном» исполнении пока невозможно. Однако реально повторить отдельные ее жизненно необходимые функции. Например, выработку инсулина. Биореакторы из живых клеток скоро отменят больным диабетом необходимость делать ежедневные инъекции.
Немного проще дело обстоит с ногами и руками. Разработать биомеханический протез сегодня можно, но это обойдется в копеечку. Пока существуют только прототипы механических рук.
Чтобы их создать, инженерам и врачам потребовалось около 20 лет, в течение которых они смогли добиться миниатюризации двигателей и элементов питания, находящихся внутри протеза.
Протез содержит 2 микродвигателя и управляется сигналами, поступающими из мозга пациента в предплечье и далее, через вживляемые электроды к протезу. При помощи протеза пациенты могут совершать самые разные операции: открывать дверь, держать книгу, переворачивать страницу, держать пакет с чипсами.
А вот проект компании Victhom Bionics, в случае удачного завершения, станет настоящей революцией в области биомеханики и протезной техники. Power Knee™ – именно так называется прототип, который является первым активным протезом ноги с микропроцессорным управлением. Первый пассивный биомеханический протез C-Leg® был создан в 1999 году и получил самое широкое применение в протезировании.
Ноу-хау проекта – система управления Sound-Side Sensory-Control (SSSC), которая реализует кинетику и кинематику движения в соответствии с биомеханическими процессами человека. Интеллектуальное управление позволяет значительно уменьшить расход энергии при подъеме по лестнице или ходьбе на большие расстояния. Система Power Knee™ собирает информацию о траектории и динамических характеристиках ходьбы человека, измеряя силы, моменты и углы суставов. Высокая частота измерения (до 1350 раз в секунду) дает возможность достижения полного симбиоза протеза и человека. Ты не поверишь, но Power Knee™ не нужно «подключать» к нервной системе! Благодаря датчикам он идеально «вживается» в биомеханику тела.
Биомеханические и электронные протезы других органов сделать труднее, поэтому не стоит ждать от инженеров чудес в ближайшие годы. Пока они не могут на 100% повторить результаты матушки Природы.
Клонирование, печатание и выращивание
Как ты понял, хирурги не просто так до сих пор пересаживают «обычные» органы. Ученые, конечно, стараются, но все же не могут полностью воспроизвести все функции жизненно важных комочков плоти «в железе».
Но и с пересадкой не все гладко: реакция естественного отторжения чужеродных органов – вечный враг всех трансплантологов – не сдает позиции даже под воздействием самых современных иммунносупрессоров. Если же побеждает подавитель иммунной реакции, то вылезают его побочные эффекты – начинают оказывать почки или же воспаляться суставы.
Естественно, при пересадках органов от близких по геному доноров этих проблем меньше. А при пересадках от родственников их вообще нет. Так, один пациент с почкой брата прожил еще 58 лет после операции! И без всяких признаков отторжения органа!
С самого начала «клонической революции» особенно хитрые хирурги предложили выращивать нужные органы или даже использовать клонов, идентичных по генотипу, в качестве «запчастей». Но тут вылез вопрос морали. Если с клонами животных еще можно смириться, то как смириться с твоей копией, которая, по сути дела, такой же человек, как ты, но существует только в качестве «запчастей»? Ладно, если бы клоны были умственно отсталыми или абсолютно не имели личности. Так ведь нет! Это точно такой же организм. Можно, конечно, искусственно затормозить процесс формирования мозга, но тогда клон не будет жить и, естественно, не даст тех нужных для пересадки органов. (Тут всё зависит от того насколько сильно и как затормозить. Если затормозить до уровня животного, то всё будет ОК – Каменев С.Ю.).
Медицинское простое решение проблемы отторжения наткнулось не только на стену моральных ограничений. Оказалось, это еще и трудно сделать!
Выращивание химерных животных с тканями и органами, пригодными для пересадки человеку, не лучший путь для трансплантации. Такие работы, конечно, имеют определенную научную ценность, и менее аморальны, чем средневековые попытки переливания человеку крови животных или нынешнее использование для трансплантации органов, полученных у человеческих трупов (пересадка органов от живых людей, даже небезвозмездная, не вызывает отторжения сразу).
В соответствии с законами природы клон кого бы то ни было (в том числе и тебя) будет полноценным человеческим младенцем. Под влиянием факторов внешней среды твой клон будет отличаться от тебя внешним видом (первая клонированная кошка по кличке Копирка и исходная особь похожи не больше, чем родные сестры). И его личность будет формироваться в совершенно других условиях. А о переносе информации (личности, памяти, души) в нейроны клона сейчас могут рассуждать только фантасты или сниматься голливудские фильмы.
Теоретически когда-нибудь можно будет заранее сделать копию человека «на запчасти», но это обойдется намного дороже, чем выращивание запасных органов по отдельности. Такие органы, как минимум, не придется десятилетиями кормить, поддерживать в них физическую форму и выносить за ними судно; и их можно будет выращивать прямо на месте, не подвергая пациента опасностям, связанным с пересадкой.
Из мезенхимных стволовых клеток уже сейчас напрямую, без клонирования, делают первые «протезы» тканей.
Отдельная ветвь клеточной трансплантации – фетальная терапия. Ее суть заключается во введении «вытяжек» из тканей эмбриона в организм людей. До определенного времени этот метод, помогающий восстановить не только здоровье, но и молодость, был доступен только богатым из-за высокой стоимости. Процесс изготовления готового препарата из эмбриона долог и сложен.
Альтернативным путем является печать органов с помощью специальных струйных принтеров, использующих в качестве чернил клетки. При этом печать «на плоскости» — лишь одна из сторон технологии, разрабатываемой, главным образом, для фантастической, как сейчас кажется, трехмерной печати полноценных человеческих органов.
В качестве бумаги выступает специальный термообратимый гель, не так давно созданный учеными. Этот материал при температуре ниже 20 градусов по Цельсию является жидкостью, а при нагреве выше 32 градусов затвердевает. И, конечно, он совместим с биологическими тканями.
Экспериментаторы печатали на стеклянной основе множество последовательных слоев геля и клеток, показав, что таким путем можно буквально поклеточно создавать трехмерные биологические объекты. Клетки, напыляемые принтером, через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля не мешают им в этом и в то же время придают конструкции прочность до того момента, как все будет закончено.
Авторы исследования полагают, что трехмерная печать листов кожи, различных органов (вплоть до сердца) — это путь, который сможет обеспечивать больного, нуждающегося в пересадке органа, всем необходимым в кратчайшее время. Разумеется, исходные клетки для культивирования «живых чернил» будут взяты у самого пациента, так что проблемы с отторжением быть не должно.
Сложные органы состоят из разного вида клеток. Поэтому для их воссоздания нужно использовать несколько печатающих головок. Правда, по прогнозу ученых, путь печатающих органы принтеров от лабораторий в клиники займет несколько лет.
Голова профессора Доуэля
Как видишь, ближайшие 10-20 лет хирургам придется работать по старинке. А нам – ожидать все более частого упоминания об «охотниках за органами». Пока у людей есть деньги и техническая возможность делать пересадки, число случаев криминала в стиле «Джек-потрошитель» будет только расти.
Подлинной революцией, конечно, станут вживляемые биосинтетические органы, клетки которых смогут получать питательные вещества прямо от организма, а сам орган будет защищен от атак со стороны иммунной системы. Но до таких биомеханических устройств еще далеко. Возлагаются надежды на наномедицину, биотехнологии, генную инженерию, но, повторюсь, в ближайшие 20-30 лет резать и пришивать будут хоть и с помощью новой техники, но проверенными «дедовскими» методами нашего соотечественника Владимира Петровича Демихова.
Organ Care System
Американская компания Transmedics по праву претендует на революцию в деле перевозки органов. Ее «Система заботы об органе» (Organ Care System) переворачивает с ног на голову привычные представления о такой ответственной операции.
Идея в основе системы заключается в том, что орган «не должен заметить» смену хозяина. Все время — от момента, когда орган изымается у донора, до момента, когда хирург начинает его вживлять реципиенту, — он продолжает функционировать так, будто и не покидал тела. Все это время орган живет в сложнейшей машине, заменяющей ему человека. Только представь: ждущие пересадки сердца бьются, почки производят мочу, а печень – желчь! Через них прокачивается теплая кровь. Все как положено.
Это настоящая фантастика. И это реальность. Подобная машина создана и уже готова к клиническим испытаниям в ряде стран. Organ Care System поддерживает здоровье изъятого органа. Это устройство значительно увеличивает время, в течение которого орган может оставаться вне тела. Более того, с Organ Care System хирурги могут оценить и потенциально даже улучшить функцию органов, тем самым увеличив количество пригодных для пересадки трансплантатов.
В аппарате реализован целый ряд новых технологий, которые моделируют условия человеческого тела и позволяют органу функционировать так, как он это обычно и делает.
Выращенные глаза
В ходе эксперимента группа ученых, возглавляемая профессором биологии Токийского университета Макото Асашимо, вырастила глазное яблоко из недифференцированных эмбриональных клеток лягушки и вживила их в глазную полость головастика, у которого предварительно удалили левый глаз.
Через неделю после операции симптомы отторжения отсутствовали, а анализ показал, что новый глаз полноценно интегрировался в нервную систему и способен передавать нервные импульсы.
Профессор Асашимо тогда утверждал, что аналогичным образом возможно создание любого органа — кожи, мышечных тканей, органов слуха. Эта медицинская технология открывает новую эру для людей с ограниченными возможностями, страдающих от несовершенства современных протезов и отторжения трансплантированных органов.
Первые аналоги ушей и глаз были выращены в пробирке, и вот теперь один искусственный глаз заработал.
Государственная поддержка программы оценивается ни много ни мало в $22 миллиона.
Искусственная кровь
Шведские ученые из института Karolinska впервые успешно использовали искусственную кровь. В отличие от настоящей крови, имеющей срок годности всего 42 дня, порошок на ее основе может храниться в течение нескольких лет. Когда необходимо, порошок искусственной крови приобретает жидкую форму и может немедленно использоваться, что особенно ценно, независимо от группы крови пациента. Для создания порошка ученые используют человеческие кровяные тельца, но делают это, скорее, по этическим причинам. Производство заменителя вполне возможно из крови млекопитающих вроде коровы.
По словам доктора Пьера, если мировое здравоохранение одобрит искусственную кровь, человечество сделает такой же шаг вперед, каким была высадка на Луне.