Как известно, трансплантология – это отрасль хирургии, занимающаяся трансплантацией — пересадкой ткани или органов на другое место или в другой организм.
В трансплантологии имеется несколько направлений:
*Ксенотрансплантация – орган и/или ткань пересаживаются рецепиенту от существа другого биологического вида;
*Аллотрансплантация – от особи того же биологического вида, но, естественно, организм донора трансплантата в данном случае генетически и иммунологически чужероден(исключение составляют, разве что, монозиготные близнецы(т.н. сингенная трансплантация), и то – учитывая эпигенетические факторы…впрочем, в рамках этой статьи лучше не лезть в такие дебри)
*Аутотрансплантация – и донор, и реципиент – одна и та же особь.
*Выращивание органов из стволовых клеток(реципиента или «иммунологически близкого донора»); трансплантация стволовых клеток;
*К трансплантологии также относится и вживление искусственных органов.
Эта наука(и метод лечения) имеет давнюю историю – так, аутотрансплантация была известна и достаточно успешно применялась ещё в первой половине XV столетия, когда в Италии военный врач Бранка успешно производил операции восстановления носа, пользуясь кожей шеи и лба. В 1912 году Алексис Каррель был удостоен Нобелевской премии за работы в области пересадки жизненно важных органов, в т.ч. и сердца; российский учёный В.П.Демихов в 1951 году детально разработал пересадку донорского сердца собаке, а в 1967 году хирург Кристиан Барнард, прощедший, кстати, стажировку у Демихова, первым в мире осуществил успешную пересадку сердца человеку в Кейптауне. В России же первым провел пересадку сердца выдающийся хирург В.И. Шумаков в 1987 году.
Несмотря на то, что число жизней, спасённых трансплантологией и трансплантацией идёт, возможно, на сотни тысяч жизней, эта отрасль медицины не лишена серьёзных проблем, делающих данный метод довольно рискованным.
Главная, и, наверное, известная всем проблема – это отторжение донорского органа. Впервые это явление было досконально описано в 1963 году Брентом при пересадке кожного аллотрансплантата. Первые 4-5 дней трансплантат выглядел нормальным – но на 6-7 день появилась отёчность трансплантата, геморрагии(кровоизлияния) в ткани кожного лоскута, гистологическое исследование показало микротромбозы, лейкоцитарную инфильтрацию, деструкцию и дегенерацию тканей. Прогрессируя, эти явления приводят к гибели трансплантата на 11-14 день. При пересадке данному рецепиенту нового лоскута от того же донора реакция отторжения развивается ещё быстрее – т.н. secоnd set. Причём secоnd set развивается и при пересадке рецепиенту другого органа(или ткани) от того же донора – т.е. если после пересадки кожи, в исходе которой произошло отторжение трансплантата, пациенту пересадить от того же человека, например, роговицу, то отторжение произойдёт «по ускоренному сценарию». Это обстоятельство, равно как и инфильтрация трансплантата иммунокомпетентными клетками, прозрачно намекает на активное участие иммунной системы в процессах отторжения трансплантата.
В чём же причина столь прескобрного явления? Как это часто бывает – в генах и белках, ими «кодируемых», а именно – в генах и антигенах главного комплекса гистосовместимости – МНС(от англ. - major histocompatibility complex ).
У человека их называют HLA(Human Leucocyte Antigen – человеческие лейкоцитарные антигены, т.к. у H.Sapiens Sapiens они впервые были выделены на лимфоцитах) – выделяют HLA1 класса и HLA2 класса; первые экспрессируются на плазмолемме любых ядросодержащих клеток, вторые же – на поверхности антигенпредставляющих клеток – макрофагов(в т.ч. и тканевых), В-клеток, специализированных эпителиальных клеток, вроде М-клеток кишечника. Гены и антигены HLA обладают выраженным полиморфизмом – только для HLA1 общее число генов, по разным оценкам, составляет от десятков до сотен – а если сюда ещё добавить разные аллельные варианты, то… То получается, по законам комбинаторики, следующее – у каждого жителя планеты гены и антигены HLA будут присутствовать в уникальной комбинации(за исключением упоминавшихся выше монозиготных близнецов). И тут вот что важно – хоть их и называют антигенами, но для организма их хозяина они не обладают антигенными свойствами и не запускают иммунную «атаку», но – при попадании в другой организм неминуемо вызывают иммунный ответ. А в свете того, что у каждого человека, по существу, индивидуальные антигены HLA, отторжение трансплантата(точнее, РХПТ – реакция хозяин против трансплантата) становится практически неизбежной(хотя в трансплантологии разработаны способы борьбы с ней – но об этом позже).
РХПТ, по существу, представляет собой аллергическую реакцию 4 типа по Джеллу – Кумбсу – т.е клеточно-опосредованную. Попадание при трансплантации HLA в организм вызывает сенсибилизацию Т-лимфоцитов. Они выделяют более 30 различных медиаторов, действующих на различные клетки крови и ткани через соответствующие рецепторы. Из-за этого иммунные Т-лимфоциты даже в небольшом количестве становятся организаторами разрушения клеток с чужеродными HLA другими лейкоцитами крови. Кроме того, Т-лимфоциты сами способны «впрыскивать» в чужеродные клетки протеолитические клетки, а также уничтожать трансплантат подобно тому, как японские лётчики крушили американские суда в Пёрл – Харборе. Происходит это следующим образом: Т-лимфоциты захватывают антигены трансплантата и презентируют их на своей плазмолемме, но в крови донора циркулируют антитела к данным антигенам, которые атакуют лимфоцит. В итоге тот гибнет, а высвободившиеся при этом ферменты вызывают энзимную деструкцию трансплантата.
Впрочем, от «классической» аллергической реакции 4 типа РХПТ несколько отличается – не нужен повторный контакт с антигеном, антитела в ряде случаев не являются факторами поражения трансплантата, а напротив – в какой-то мере защищают его от иммунной агрессии со стороны иммунокомпетентных клеток донора. Это явление получило название «феномен усиления», но наблюдается оно не всегда. В отсутствие данного феномена антитела повреждают эндотелий сосудов трансплантата(что приводит к многочисленным микротромбозам и ишемии), запускают воспаление в пересаженном органе и т.д.
По времени манифестации и протекания РХПТ подразделяют на сверхострые, острые и хронические. Первые развиваются через часы или даже минуты после трансплантации, вторые – через несколько дней или месяцев, третьи – могут проявить себя даже через несколько лет, характеризуются медленно прогрессирующим фиброзом интимы сосудов трансплантата и прогрессирующей ишемией, приводящей к гибели донорского органа.
Есть ещё один вариант осложнений трансплантации, при котором уже сам трансплантат является «агрессором», а не иммунная система донора. Это состояние называется реакция трансплантат против хозяина(РТПХ), и при нём трансплантат словно бы «отторгает» организм хозяина.
Для осуществления РТПХ необходимо соблюдение некоторых условий:
• Трансплантат должен обладать иммунологической активностью.
• Рецепиент должен быть чужеродным в антигеном отношении для этого самого иммунологически – активного трансплантата.
• Реципиент должен обладать иммунологической инертностью – т.е. его иммунная система должна быть подавлена, в противном случае она убьёт трансплантат раньше, чем он начнёт атаковать донора посредством иммунных механизмов.
Про иммунологическую инертность(ИИ) можно рассказать и подробнее. Она имеет несколько форм:
*ИИ как следствие незрелости иммунной системы – у эмбрионов или новорожденных. Так, попытки введения эмбрионам экспериментальных животных аллогенного костного мозга приводили к т.н. болезни рант(англ.runt – малорослый), проявляющуюся резким отставанием в физическом развитии(карликовым ростом), диареей, геморрагическим синдромом, спленомегалией, поражением печени, иммунодефицитом и, разумеется – смертью.
*ИИ как последствие летального облучения. В данном случае трансплантат сперва приживается, оказывая на организм донора некоторое благоприятное воздействие, но затем может убить его посредством РТПХ.
*ИИ из-за НЕразвития болезни рант у организма после введения ему чужеродных клеток. Однако в этом случае повторное введение данных клеток немедленно вызовет РТПХ.
Вроде бы, просмотрев вышеизложенное, приходишь к выводу, что трансплантация органов и/или тканей в принципе невозможна, за исключением случаев, когда донор и рецепиент – однояйцевые близнецы. Однако успешных операций трансплантации произведено уже бессчетное количество. В чём же причина такого расхождения теории с практикой? Дело в том, что учёные, трудящиеся в области биомедицины, не сидели сложа руки, а разрабатывали методы противодействия РХПТ и РТПХ, причём кое-что у них даже получилось.
Для подавления РХПТ разработан ряд методов – в первую очередь, это грамотная организация самого процесса трансплантации:
*Тщательная подготовка реципиента и подбор донора по системам АВО(и ряду других группоспецифичных агглютиногенов плазмы крови) и HLA, с целью достичь максимальной совместимости.
*Применение комбинированной(несколькими препаратами) иммуносупрессивной терапии, что чем-то напоминает схемы полихимиотерапии злокачественных опухолей. Одновременное назначение нескольких иммуносупрессоров в низких дозах позволяет добиться максимального эффекта при минимуме побочных.
* Назначение вызоких доз для индукционной иммуносупрессорной терапии и низких – для поддерживающей.
*Тщательное нарушение каждого нарушения функции трансплантата – важно выяснить, что нарушило функцию – реакция отторжения, побочное действие препаратов, инфекция или сочетание этих факторов с целью подбора оптимальной схемы терапии.
*Снижение дозы либо отмена препарата в случае неоправданной величины его побочного действия.
При иммуносупрессивной терапии используются препараты, имеющие механизмы действия, связанные с подавлением иммунной системы донора, в частности, такие как глюкокортикоиды, имуран, аметоптерин, циклофосфамид, сиролимус, такролимус и др. Конечно, эти препараты отнюдь не безобидны и при их применении возникают очень неприятные и опасные побочные эффекты. Например, циклофосфамид, применяющийся при трансплантации почки, печени, сердца и других органов, среди побочных эффектов имеет нефротоксичность(!) , артериальную гипертензию(50% пациентов при пересадке почки и почти 100% - при трансплантации сердца), тремор, гиперплазию дёсен и т.д. Да и сама по себе иммуносупрессия – это как минимум повышенный риск инфекционных заболеваний для пациента. Имеются и другие подходы – например, применение поликлональных и моноклональных антител, подавляющих функционирование Т-лимфоцитов. Поликлональные антитела содержит т.н. антилимфоцитарная сыворотка(АЛС) – её получают, вводя животному Т-лимфоциты человека, а затем выделяют сыворотку крови иммунизированного таким образом животного. И при трансплантации её вводят рецепиенту. Конечно, такой способ давал меньше побочных эффектов, угнетая именно Т-лимфоциты, а не вообще иммунные реакции, однако этот препарат обладал сильным онкогенным действием. Впрочем, им в той или иной мере обладают практически все иммуносупрессоры – ведь наша иммунная система борется не только с патогенными бактериями, простейшими, вирусами и т.д. – но ещё и со злокачественными новообразованиями. Впрочем, широкое применение нашел циклоспорин А – антибиотик, блокирующий синтез цитокинов и презентацию антигенов. При этом – противоинфекционный иммунитет не повреждается, да и сам циклоспоринА способен убивать многие микроорганизмы. Однако – как он влияет на противоопухолевый иммунитет пока не ясно.
Кроме того, применяются препараты на основе моноклональных антител – например, Муромонаб –CD-3, которые «прицельно бьют» по антигенам клеток, ответственных за отторжение трансплантата, оставляя интактными «невиновные» клетки и ткани иммунной системы.
Для предотвращения РТПХ также имеются свои методы – например, если не все, то большинство людей слышало про «трансплантацию костного мозга» при лейкозах. В общем-то, название операции несколько устарело – сегодня пересадку цельного костного мозга делают редко, чаще прибегая к трансплантации стволовых кроветворных клеток, что существенно уменьшает риск РТПХ. Делают, в общих чертах, вот что:
1. В пунктате костного мозга донора проводят деплецию(уничтожение) Т-лимфоцитов, способных спровоцировать РТПХ.
2. Очищенные гемопоэтические стволовые клетки донора помещаются в питательную среду для увеличения их количества или же могут быть заморожены в жидком азоте – если трансплантацию необходимо отложить.
3. Больного лейкозом подвергают нескольким сеансам лучевой терапии, с тем, чтобы уничтожить лейкозные бластные клетки.
4. Затем больному транспортируют очищенные донорские стволовые клетки.
Естественно, эта схема крайне упрощённая и у любого врача-гематолога вызовет приступ бешенства, но она служит лишь для самого общего понимания сути данной манипуляции. На практике, конечно, всё сложнее: так, ГСК можно выделить не только из костного мозга, но и из пуповинной крови, Т-лимфоциты из костного мозга донора удаляются не всегда, т.к. в этом случае растёт вероятность рецидива опухоли и, по данным ряда исследований – вероятность отторжения трансплантата и т.д.
Тем не менее – несмотря на немалое количество осложнений при трансплантации органов и тканей, будущее у трансплантологии есть – благодаря развитию цитологии, гистологии и генетики, а также биотехнологии. Развитие клеточных технологий в медицине, терапевтического клонирования тканей и органов, генной терапии, биопечати, очень вероятно, изменит трансплантологию до неузнаваемости. При чём в лучшую сторону и в не столь уж далёком будущем. И тогда – большинство осложнений трансплантации, доставляющих немало проблем как пациентам, так и врачам, станут всего лишь вехой в истории медицины.