Система перекрестной реперфузии, в которой донорские легкие присоединяют к кровеносной системе свиньи, восстановила поврежденные части легких, в том числе микроструктуру тканей, и вернула им функциональную активность: в них нормализовался газообмен.
Хотя она и вызвала инфильтрацию легких иммунными клетками свиньи, они не повредили их структуру. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
В среднем, донорское легкое получат лишь 20-30 процентов пациентов, которым оно необходимо. Одной из главных причин такого положения считают трудности с сохранением этого органа при доставке и подготовке к операции – клетки быстро начинают погибать, и легкие становятся непригодными для пересадки. Кроме того, не каждое легкое можно пересадить: орган должен быть практически здоровым. В последние годы распространяется метод перфузии легких ex vivo, когда орган подключают к механистической системе, качающей жидкость с кислородом – перфузат, – и он дольше остается жизнеспособным и функциональным. Часто в роли перфузата выступает свиная кровь, однако с ее использованием связан ряд проблем.
Во-первых, такие перфузаты не могут поддерживать все сложные биохимические, метаболические, эндокринные и многие другие процессы, которые происходят в работающем организме. Во-вторых, часто встает вопрос об иммунологической совместимости клеток свиной крови и человеческих легких. Предыдущие исследования показывали противоречивые результаты иммунологической толерантности.
Чтобы решить первую проблему, группа ученых под руководством Вэй Ву (Wei K. Wu) из Медицинского центра Вандербильтского университета разработала в 2017 году систему перекрестной реперфузии крови. Ее концепция состоит в том, что к легочной артерии донорского легкого пришивают правую внутреннюю яремную вену свиньи, а легочную вену – к левой внутренней яремной вене. К легким подключают вентиляционный аппарат, а к легочной артерии – дополнительный насос.
Предыдущие исследования показали, что такая система не только поддерживает жизнеспособность легких в течение нескольких дней, но и позволяет восстанавливать поврежденные ткани легких, которые признали непригодными для трансплантации. Теперь ученые исследовали, иммунологические последствия такой процедуры для тканей легких.
Легкие были «подключены» к свинье на протяжении суток, животному предварительно провели курс иммуносупрессивной терапии. Всего в исследовании участвовало четыре донорских органа. Один из доноров при жизни страдал от эмфиземы легких (стаж курения – 48 пачко-лет), у остальных доноров при жизни в разных долях легких отмечались признаки консолидации. На протяжении всех процедур среднее давление притока крови к легочной артерии составляло 13,3 ± 8,8 миллиметра ртутного столба. Средняя частота сердечных сокращений у свиньи составляла 98 ± 16 ударов в минуту, температура – 38,3 ± 0,9 градуса Цельсия, а рН 7,41 ± 0,11.
По истечении суток в донорских легких ученые наблюдали инфильтрацию свиными лейкоцитами. Проточная цитометрия показала, что среди найденных мононуклеарных клеток встречались клетки как миелоидного, так и лимфоидного ряда. При детальном анализе ученые обнаружили, что среди лейкоцитов были нейтрофилы (самая распространенная популяция), моноциты/макрофаги, натуральные киллеры, CD4+ Т-лимфоциты, CD8+ Т-лимфоциты, γδ+ Т-лимфоциты и В-лимфоциты; ученые не обнаружили Тregs-лимфоцитов. При иммуногистохимическом окрашивании наблюдалась инфильтрация свиными иммуноглобулинами G и M.
При анализе крови всей системы перекрестной реперфузии ученые количественно оценивали профиль цитокинов. Больше всего в начале реперфузии увеличилась концентрация интерлейкина-6, фактора некроза опухоли альфа, интерлейкина-8 и антагониста рецептора интерлейкина-1. Однако к концу эксперимента уровни всех цитокинов вернулись к первоначальным значениям. Примечательно, что уровни интерферона-гамма (IFN-γ) (р = 0,02) и интерлейкина-12 (р < 0,0001) снижались на протяжении всей процедуры. Уровни цитокинов в тканях легких не показали существенных изменений.
Функцию газообмена ученые оценивали, как по давлению воздуха в легких, так и по парциальному давлению кислорода в приводящих и отводящих сосудах. Нормальный газообмен свидетельствовал бы о морфо-функциональном восстановлении легких. Кроме того, о нем также свидетельствовала меняющаяся масса донорского органа и показатели лактата в венозной крови. К концу эксперимента все эти показатели соответствовали показателям нормально функционирующих легким.
Морфологически через 24 часа после реперфузии легкие соответствовали практически здоровым: бронхоскопия показала нормальные дыхательные пути без признаков воспаления и восстановление консолидированных сегментов. Архитектоника тканей сохраняла альвеолярную структуру с неповрежденным аэро-гематическим барьером.
Таким образом, это исследование демонстрирует иммунологическую безопасность и совместимость человеческого легкого в системе перекрестной реперфузии со свиной крови, несмотря на инфильтрацию тканей легкого свиными иммунными клетками и иммуноглобулинами. Кроме того, эта система позволяет восстанавливать поврежденные легкие, которые обычно не подходят для трансплантации. Дальнейшие исследования необходимо направить на изучение иммунологического ответа свиньи при более длительной реперфузии.
Ученые пытаются разрабатывают самые разнообразные способы сохранения органов для трансплантации. В прошлом году, например, они придумали систему, которая восстанавливает и в течение шести часов поддерживает кровоснабжение органов у свиней через час после смерти. При этом в тканях обнаружили маркеры активного метаболизма.
Автор: Слава Гоменюк