Ученые из Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB) существенно увеличили количество времени, при котором человеческая печень может храниться для трансплантации, изменив предыдущий протокол. Раньше человеческая печень была жизнеспособна в среднем в течение девяти часов, но новый метод консервации сохраняет ткани печени до 27 часов, предоставляя врачам и пациентам, занимающимся трансплантацией, гораздо более длительный период работы. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Nature Biotechnology.
Актуальность проблемы
Когда клетки замерзают, они зачастую подвергаются непоправимому повреждению. Поскольку клетки человека особенно чувствительны, донорская печень хранится при температуре не ниже 4 градусов Цельсия выше нуля. В результате человеческая печень обычно может сохраняться только в течение 9 часов, прежде чем шансы на успешную трансплантацию резко уменьшатся. Этот короткий промежуток времени становится иногда невозможным по причине далекого нахождения донора.
«Доставка жизнеспособных органов подходящим реципиентам зачастую может быть самым сложным аспектом трансплантации органов», – комментирует автор исследования Сейла Селимович (Seila Selimovic). «Если дать врачам и пациентам больше времени, это исследование может когда-нибудь поможет тысячам пациентов, ожидающих пересадки печени».
В предыдущих исследованиях были разработаны новые методы, которые продлили время, в течение которого печеночная ткань крысы может храниться при отрицательных температурах без повреждения.
Ученые смогли сделать это, добавив модифицированное соединение глюкозы, 3-OMG и PEG-35kD – ингредиент антифриза – в защитный раствор, который исследователи использовали для охлаждения печени. Соединение PEG снижает температуру, при которой клетки замерзают, а 3-OMG действует как защита от холода. С помощью этих добавок ученые смогли охладить печень крысы до 6 градусов по Цельсию, не замораживая ее – процесс, называемый переохлаждением. Однако эти методы оказались неэффективными при сохранении человеческой печени, которая в 200 раз больше. Разница в размерах значительно увеличивала риск образования кристаллов льда, что делает орган непригодным для трансплантации.
Материалы и методы обследования
В новом протоколе подробно описаны 3 шага для того, чтобы избежать образования кристаллов льда и сохранить печень на срок до 27 часов.
«С переохлаждением, когда объем увеличивается, становится экспоненциально труднее предотвратить образование льда при минусовых температурах», – объясняет Сейла Селимович.
Первым шагом было ограничение контакта жидкости с воздухом. Для сохранения печень погружали в защитный раствор для переохлаждения. Затем исследователи включили 2 дополнительных ингредиента в защитный раствор, чтобы помочь защитить гепатоциты. На втором этапе ученые добавили трегалозу, которая помогает защитить клетки, а также стабилизировать клеточные мембраны. Вторым ингредиентом был глицерин, который поддерживает защитные свойства соединения глюкозы 3-OMG, добавленного в предыдущих экспериментах. Обе добавки применялись для криогенной консервации клеток в лаборатории, но не использовались для консервации органов для трансплантации.
Результаты научной работы
На первом этапе исследователи обнаружили, что риск образования кристаллов льда значительно увеличился в местах, где раствор находился в контакте с воздухом. Чтобы устранить этот риск, ученые удалили воздух из пакета для хранения раствора перед переохлаждением, исключая вероятность самопроизвольного образования кристаллов льда на поверхности органа. Наконец, ученые разработали новый метод доставки консервирующего раствора в печень. Традиционный метод доставки защитного раствора, использованный в предыдущих исследованиях, заключается в ручной промывке консервирующего раствора через ткань. Однако новый защитный раствор более вязкий, чем традиционные растворы, и может привести к повреждению клеток, выстилающих внутренние сосуды. Кроме того, более высокая вязкость означает, что раствор зачастую неравномерно распределяется по всему органу, что увеличивает вероятность распространения кристаллов льда и замораживания печени.
Для решения этой проблемы исследователи использовали машинную перфузию – способ доставки кислорода и питательных веществ в капилляры в биологических тканях вне организма – при 4 градусах Цельсия с помощью традиционного защитного раствора. Затем ученые медленно понизили температуру, одновременно увеличив концентрацию новых защитных компонентов. Пошаговый метод позволил скорректировать время для печеночной ткани и распределиться раствору по всему органу более равномерно. Этот процесс не оказывает негативного влияния на орган.
«Благодаря дальнейшим исследованиям органы можно будет транспортировать на большие расстояния для спасения тяжелобольных пациентов, нуждающихся в трансплантации печени», – резюмирует Сейла Селимович.
Авторы другого исследования утверждают, что пересадка клеток легких повышает эффективность лечения гриппа у мышей.
