Сердце из нейлона. Как ученые пытаются заменить главный насос человеческого тела искусственным
Недавно в Украине состоялось неординарное событие — львовские хирурги успешно пересадили сердце 13-летнему подростку. До 2019-го трансплантации сердца в Украине не проводились уже полтора десятилетия. В 2020-м их сделали 8, но это все равно мало — необходимо около 500 в год.
hromadske ранее рассказывало, почему у нас проводится так мало пересадок сердца и других органов и как эта проблема решается. Однако дефицит донорских органов касается не только Украины, но и всего остального мира. Его невозможно преодолеть, просто наладив процессы и приняв законы. Донорских органов физически не хватает, поэтому нужно найти, откуда взять новое сердце для человека, который уже не может его ждать.
Сегодня мы рассказываем о перспективах и успехи науки в создании искусственных сердец.
Химеры
Существует несколько различных подходов к созданию искусственных органов и, в частости, сердца. Во-первых, можно спроектировать их механические аналоги: что-то вроде протеза руки или ноги, только для сердца. Во-вторых, людям можно пересаживать сердца (или другие органы) от животных. А в-третьих, можно попробовать вырастить человеческие органы в теле другого животного — например, свиньи или овцы, чтобы потом пересадить их человеку.
С последнего и начнем. Исследователи в разных странах уже много лет работают над созданием химер. Этим вполне научным термином называют организм, содержащий в себе клетки другого организма. Например, свинья с сердцем человека.
Чтобы такая химера появилась на свет, нужно взять эмбрион животного, которое станет своеобразным «инкубатором», заблокировать в нем развитие нужного нам органа (в нашем случае сердца) и ввести в этот организм стволовые клетки человека. Это так называемые неспециализированные клетки, из которых могут развиваться любые другие: клетки сердечной мышцы, нервные, костные и тому подобное. Если у эмбриона свиньи не хватает собственного сердца, то оно будет развиваться именно из человеческих клеток. Это, конечно, упрощенная схема, а создать на практике подобную химеру куда сложнее.
В этом году подобным образом американские исследователи создали свиней с человеческими мышцами. Животным не дали вырасти до взрослого возраста, а остановили развитие эмбрионов на стадии нескольких недель, как это делается в других подобных экспериментах. Одна из главных причин — этическая.
Дело в том, что мы еще достаточно мало знаем, как может развиваться такой причудливый организм. Допустим, что мы хотим создать свинью с человеческим сердцем, печенью или почкой. Но человеческие клетки в организме свиньи могут сформировать не только нужные нам органы, но и попасть в мозг, где превратятся в нервные. Если одна, две или десять — не большая беда. Но если их будет больше, то на определенном этапе встанет вопрос: этот мозг все еще свиной, или, возможно, уже «достаточно человеческий»? Мы все еще можем относиться к животному так, как привыкли относиться к свинье или уже нет?
Поэтому сегодня в большинстве стран эксперименты по созданию химер жестко регламентируются. Исследования продолжаются, их результаты публикуют важные научные журналы, но до того, чтобы получить таким образом готовые человеческие органы для пересадки, еще далеко. Впрочем, сегодня можно предположить, что в будущем, когда этические и научные проблемы удастся решить, сердца от химерных организмов смогут заменить донорские органы от умерших людей.
«Чужие» органы в человеческом теле
Этот подход предполагает, что человеку можно пересадить сердце другого животного. Например, той же свиньи, ведь по строению ее сердце довольно похоже на наше. Трансплантацию органов между различными видами ученые называют ксенотрансплантация («ксенос» в переводе с греческого означает «чужой»).
Одна из проблем на этом пути — в том, что наши тела вообще неохотно принимают органы даже других людей: иммунная система справедливо считает их чужими и пытается с ними бороться. А к органам свиней или других животных она точно не будет более дружественной. Но можно создать генетически модифицированных животных, чьи сердца или другие органы не будут такими «чужими» с точки зрения нашей иммунной системы.
Кожу генетически модифицированных свиней уже несколько лет испытывают на людях. С пересадкой же свиных сердец людям все пока значительно сложнее. В то же время несколько лет назад американские исследователи пересадили сердца генетически модифицированных свиней пяти павианам.
Собственные сердца приматов продолжали работать на своих местах. А донорские поместили в брюшную полость, чтобы проверить, как хорошо они «приживутся» в чужом организме. Одно из таких животных прожило после операции два с половиной года, а в среднем они жили больше года.
Успешные эксперименты на приматах дают основания надеяться: однажды людям при необходимости можно будет пересаживать «очеловеченные» свиные органы.
Первое в истории механическое сердце
До сих пор мы рассказывали о смелых и обнадеживающие исследованиях, но в ближайшее время они вряд ли будут применяться в клинической практике. А вот механические сердца уже не один год бьются в телах пациентов.
Первые попытки создать механическое сердце предпринимались еще в первой половине прошлого века. В 1957 году Виллем Колф, которого считают пионером Очистка крови с помощью «искусственной почки»гемодиализа и создания искусственных органов, установил механическое сердце собаке, прожившей с ним полтора часа.
В 1970-х годах разработанные его командой искусственные сердца несколько раз успешно пересаживали телятам, а в 1981 году теленок с таким протезом прожил 268 дней. Уже в следующем году очередную модель из этого ряда под названием Jarvik 7 впервые в истории пересадили человеку. Устройство назвали в честь Роберта Джарвика, который руководил проектом с момента его создания.
Пациентом стал дантист из Сиэтла по имени Барни Кларк, который прожил с искусственным сердцем 112 дней. Второй пациент с таким же сердцем показал большие успехи и прожил уже 620 дней.
Следует сказать, что первое в истории искусственное сердце, кроме внутренней части, расположенной в теле человека, имело и внешнюю — пневматический компрессор массой 180 килограммов. Конечно, это ограничивало свободу передвижения людей с таким аппаратом.
Модель Jarvik 7 продолжала развиваться, и сегодня две модели ее «преемников» выпускает американская компания SynCardia. Современные модели сходны между собой, но предназначены для людей с различными размерами тела. Оба устройства официально одобрены в США, Европе и Канаде. Но предназначены они не для постоянной замены человеческого сердца, а как временный орган, пока человек ждет донорское сердце. Это устройство также имеет внешнюю часть, но весит она всего 6 килограммов и позволяет человеку вести активную жизнь за пределами больницы.
По данным компании, ее искусственное сердце получили 1700 пациентов в разных странах мира.
Тем временем в Европе
Другой успешный пример искусственного сердца — марка Aeson® от французской компании Carmat. В июле этого года его впервые после клинических испытаний установили пациенту в Европе — за деньги. За несколько дней до этого такое же сердце получил пациент в США, но в рамках клинических исследований. После их завершения американский регулятор FDA (Управление по продовольствию и медикаментам) решит, разрешать использовать это устройство на американском рынке.
Как и искусственное сердце от SynCardia, у этого аппарата есть внешняя часть весом 4 килограмма. Среди прочего, в ней расположены батареи, обеспечивающие сердцу 4 часа автономной работы.
AbioCor, или все внутри
Были и другие модели искусственного сердца, разработанные различными производителями. Но по разным причинам их разработки остановились, а устройства не получили широкого применения.
Например, компания из Массачусетса AbioMed создала устройство AbioCor. Это искусственное сердце заметно отличалось от двух упомянутых моделей тем, что у него не было внешней части, и оно полностью находилось внутри тела пациента. Это значит, что провода или шланги не выходят из тела наружу, благодаря чему уменьшаются шансы подхватить какую-нибудь инфекцию. Устройство было относительно большим (больше обычного человеческого сердца), поэтому подходило далеко не всем. Его получили 15 пациентов, один из которых прожил 512 дней — это лучший показатель для данной модели.
Планировали создать подобное устройство меньших размеров, которое подходило бы более широкому кругу пациентов. Но в 2012 году умер главный разработчик AbioCor Дэвид Ледерман, и компания отказалась от дальнейших разработок.