Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Московской области

Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования Московской области
«Сергиево-Посадское медицинское училище (техникум)»
Учебно-исследовательская работа студентов
по теме: «Проблемы и перспективы трансплантации внутренних
органов»
Выполнили студенты
группы 21-13 СД:
Дурнева Н.
Новикова Д.
Сумер В.
Научный руководитель:
Кузнецова Н.И.
Сергиев Посад
2015 год
Содержание
Введение ................................................................................................................... 3
Глава 1. Трансплантология .................................................................................... 4
Глава 2. Основные группы доноров ...................................................................... 6
Глава 3. Правовые аспекты .................................................................................. 10
Глава 4. Организация донорской службы........................................................... 11
Глава 5. Проблемы совместимости ..................................................................... 12
Глава 6. Перспективное направление в развитии трансплантологии - 3Dпечать органов ....................................................................................................... 14
Выводы ................................................................................................................... 20
Заключение ............................................................................................................ 21
Список литературы .............................................................................................. 22
Приложение №1………………………………………………………………….23
2
Введение
Актуальность проблемы
Значительный прорыв в медицинской науке, произошедший в последние
десятилетия, открыл уникальные возможности для человечества по пересадке
органов. За период чуть более 50 лет трансплантология смогла пройти путь
от «демонстрации хирургического чуда» до проведения плановых операций
по спасению жизни сотней тысяч пациентов.
Современная ситуация ставит новые проблемы перед развитием этой
области медицины. Из-за нехватки донорских органов остаются практически
нереализованными возможности врачей по проведению сложных операций
неизлечимым пациентам. По экспертным оценкам в России потребность в
пересадке органов удовлетворена лишь для десятой части нуждающихся.
Проблема дефицита органов для пересадки на сегодняшний день крайне
остро стоит практически во всех странах мира, однако их соотношение с
численностью населения значительно варьируется от страны к стране. Так,
лидером по количеству выполненных донорских пересадок органов на
миллион жителей является Испания - 86,4, средние показатели по странам
Европы в разы превосходят показатели России – 39,34 против 9,0.
Цель: Провести обзор научной литературы по проблемам
трансплантации внутренних органов и перспективным направлениям в
развитии трансплантологии.
Задачи:
1. Изучить медицинский, морально-этический и правовой аспект
трансплантации внутренних органов, используя литературные данные.
2. Выявить проблемы, связанные с трансплантацией внутренних органов.
3. Сформулировать перспективные направления в развитии
трансплантологии.
Положение: повышение уровня знаний студентов и осведомленность в
морально-этическом и правовом аспектах по данной проблеме,
ознакомление с перспективными направлениями в трансплантологии,
имеющими огромное значение для развития современной медицины.
3
Глава 1. Трансплантология
Развитие медицины и хирургии в частности привело к тому, что
подавляющее большинство заболеваний либо излечимо полностью, либо
возможно достижение длительной ремиссии. Однако есть патологические
процессы, на определённой стадии которых ни терапевтическими, ни
обычными хирургическими методами восстановить нормальные функции
органа невозможно. В этой связи встаёт вопрос о замене, пересадке органа из
одного организма в другой. Этой проблемой занимается такая наука, как
трансплантология.
Трансплантология (англ. transplantation - пересадка) - наука, изучающая
теоретические предпосылки и практические возможности замещения
отдельных органов и тканей органами или тканями, взятыми из другого
организма.
Донор - человек, у которого забирают (удаляют) орган, который в
последующем будет пересажен в другой организм.
Реципиент - человек, в организм которого имплантируют донорский
орган.
Трансплантация - операция по замещению органа или тканей пациента
соответствующими структурами, удалёнными из другого организма.
Трансплантация состоит из двух этапов: забора органа из организма
донора и имплантации его в организм реципиента. Трансплантация органов и
(или) тканей может быть осуществлена только в том случае, когда другие
медицинские средства не могут гарантировать сохранения жизни реципиента
или восстановления его здоровья. Объектами трансплантации могут быть
сердце, почки, лёгкое, печень, костный мозг и другие органы; их перечень
утверждён Министерством здравоохранения Российской Федерации
совместно с Российской академией медицинских наук [5]. В этот перечень не
включены органы, их части и ткани, имеющие отношение к воспроизводству
человека (яйцеклетка, сперма, яичники или эмбрионы), а также кровь и её
компоненты [5].
Классификация трансплантаций:
1. По типу трансплантатов:
Все операции трансплантации разделяют на пересадку органов или
комплексов органов (трансплантация сердца, почки, печени, поджелудочной
железы, комплекса «сердце-лёгкие») и пересадку тканей и клеточных
4
культур (пересадка костного мозга, культуры β-клеток поджелудочной
железы, эндокринных желёз и др.).
2. По типу доноров:
В зависимости от взаимоотношения между донором и реципиентом
выделяют следующие виды трансплантаций:
1. Аутотрансплантация - пересадка органа в пределах одного организма
(донор и реципиент – одно и то же лицо)[4].
2. Изотрансплантация - пересадку осуществляют между двумя генетически
идентичными организмами (однояйцовыми близнецами). Подобные
операции редки, так как количество однояйцовых близнецов невелико, кроме
того, они часто страдают схожими хроническими заболеваниями [4].
3.Аллотрансплантация (гомотрансплантация)
пересадка
между
организмами одного и того же вида (от человека человеку), имеющими
разный генотип. Это наиболее часто используемый вид трансплантации.
Возможен забор органов у родственников реципиента, а также у других
людей[4].
4.Ксенотрансплантация (гетеротрансплантация) – орган или ткань
пересаживают от представителя одного вида другому, например, от
животного человеку. Метод получил крайне ограниченное применение
(использование ксенокожи - кожи свиньи, клеточной культуры β-клеток
поджелудочной железы свиньи) [4].
3. По месту имплантации органа:
Все трансплантации делят на два вида: орто- и гетеротопические.
Ортотопическая трансплантация: донорский орган имплантируют на то
же место, где находился соответствующий орган реципиента. Таким образом
осуществляют пересадку сердца, лёгких, печени.
Гетеротопическая трансплантация: донорский орган имплантируют не на
место нахождения органа реципиента, а в другую область. Причём
неработающий орган реципиента может быть удалён, а может и находиться
на своём обычном месте. Гетеротопическую трансплантацию выполняют при
пересадке почки, органной пересадке поджелудочной железы. Почку,
например, пересаживают на подвздошные сосуды.
Операции по пересадке органов достаточно сложны, для них необходимо
специальное оборудование. Но в современной трансплантологии вопросы
технического выполнения операции, анестезиологического и
реанимационного обеспечения принципиально решены. Постоянное
совершенствование медицинских технологий в целях трансплантологии
значительно расширило практику трансплантации и увеличило потребность в
донорских органах. В этой области медицины, как ни в одной другой, остро
стоят вопросы морально-этического и правового порядка.
5
Глава 2. Основные группы доноров
Проблема донорства – одна из важнейших в современной
трансплантологии. Для подбора наиболее иммунологически совместимого
донора каждому реципиенту необходимо достаточное количество доноров,
отвечающих соответствующим требованиям по качеству органов,
используемых для пересадки.
Выделяют две основные группы доноров: живые доноры и
нежизнеспособные доноры (в данном случае речь идёт только об
аллотрансплантации, составляющей основную массу всех операций по
пересадке органов).
1. Живые доноры:
У живого донора могут быть изъяты для трансплантации парный орган,
часть органа и ткань, отсутствие которых не влекут за собой необратимого
расстройства здоровья.
Для осуществления подобной трансплантации необходимо соблюдение
следующих условий:
• донор свободно и сознательно в письменной форме даёт согласие на
изъятие своих органов и тканей;
• донор предупреждён о возможных осложнениях для его здоровья в связи с
предстоящим оперативным вмешательством;
• донор прошёл всестороннее медицинское обследование и имеет
заключение консилиума врачей-специалистов для изъятия у него органов и
(или) тканей;
• изъятие у живого донора органов возможно, если он находится с
реципиентом в генетической связи, за исключением случаев пересадки
костного мозга.
2. Нежизнеспособные доноры:
Ключевые понятия, необходимые для понимания правовых и
клинических аспектов органного трупного донорства и порядка действия
персонала, следующие:
• потенциальный донор;
• смерть мозга;
• биологическая смерть;
• презумпция согласия.
6
А)Потенциальный донор – пациент, признанный умершим на
основании диагноза смерти мозга или в результате необратимой остановки
сердечной деятельности. К этой категории доноров относят больных с
констатированной смертью мозга или установленной биологической
смертью. Разграничение этих понятий объясняется принципиально
различным подходом к операции изъятия донорских органов.
Б) Доноры, забор органов у которых осуществляют
работающем сердце после констатации смерти мозга.
при
Смерть мозга наступает при полном и необратимом прекращении всех
функций головного мозга (отсутствии кровообращения в нём),
регистрируемом при работающем сердце и ИВЛ. Основные причины смерти
мозга:
• тяжелая черепно-мозговая травма;
• нарушения мозгового кровообращения различного генеза;
• асфиксия различного генеза;
• внезапная остановка сердечной деятельности с последующим её
восстановлением – постреанимационная болезнь.
Диагноз смерти мозга устанавливает комиссия врачей в составе
реаниматолога-анестезиолога, невропатолога, могут быть включены
специалисты по дополнительным методам исследований (все с опытом
работы по специальности не менее 5 лет). Протокол установления смерти
составляет заведующий реанимационным отделением, при его отсутствии ответственный дежурный врач учреждения. В состав комиссии не включают
специалистов, принимающих участие в заборе и трансплантации органов.
«Инструкция по констатации смерти человека на основании диагноза смерти
мозга» не распространяется на установление смерти мозга у детей.
Диагноз смерти мозга может быть достоверно установлен на основании
клинических тестов и дополнительных методов обследования
(электроэнцефалографии, ангиографии магистральных сосудов головного
мозга).
При смерти мозга к моменту изъятия кровообращение в органах
сохраняется, что улучшает их качество и результаты операции пересадки.
Изъятие при бьющемся сердце донора даёт возможность пересаживать
реципиентам сердце, печень, лёгкие и т.д., т.е. органы, обладающие низкой
толерантностью к ишемии.
7
В) Доноры, изъятие органов и тканей у которых осуществляют после
констатации смерти:
Биологическую смерть устанавливают на основании наличия трупных
изменений (ранние признаки, поздние признаки). Органы и ткани могут быть
изъяты у трупа для трансплантации, если существуют бесспорные
доказательства факта смерти, зафиксированного консилиумом врачейспециалистов.
Для констатации биологической смерти назначают комиссию в составе
заведующего реанимационным отделением (при его отсутствии ответственного дежурного врача), реаниматолога и судебно-медицинского
эксперта.
При биологической смерти изъятие органов проводят при неработающем
сердце донора. Доноров с необратимой остановкой сердечной деятельности
называют «асистолическими донорами». В таком случае возможен забор
таких резистентных к ишемии органов, как почки. Экспериментальные и
клинические данные свидетельствуют об относительной резистентности
почек к тепловой ишемии в течение 10-60 мин.
В настоящий момент во всём мире доноры с «небьющимся сердцем»
составляют не более 1-6% всех доноров. В России работа с такой категорией
доноров становится ежедневной практикой. Большинство донорских почек,
полученных реципиентами за последние 5 лет в Москве и Санкт-Петербурге,
от асистолических доноров [6].
3. Детское донорство:
Вопросы развития детского донорства и пересадки органов являются
наиболее сложными в морально-этическом плане для всей трансплантологии
в целом. Основная проблема данной области трансплантологии связана с
необходимостью решения вопроса о становлении донорами лиц, не
достигших совершеннолетнего возраста.
Сложность ситуации в детской трансплантации в отличие от взрослой,
где решение о распоряжении своими органами (как при жизни, так и после
смерти) лежит на усмотрении самого человека, то в отношении детей этот
вопрос требует законодательного определения круга лиц, ответственных за
принятие данного решения.
На сегодняшний день в нашей стране забор органов от
несовершеннолетних доноров не осуществляется. Данный факт обусловлен
несформированностью институциональных и организационных структур,
направленных на регламентацию действий врачей и законных
представителей детей в этом вопросе. В России нет действующих
8
регламентов по констатации смерти мозга детей младше 18 лет, что не дает
право медицинским специалистам рассматривать таких пациентов в качестве
потенциальных доноров. Второй момент связан с отсутствием института по
практике получения разрешения на забор органов от детей. В связи с тем, что
дети не могут выражать собственное волеизъявление о судьбе своих органов
в случае смерти, этим правом наделяются родители (или законные
представители) ребенка. Такая практика, закрепляющая принцип
«испрошенного согласия», требует организационной работы трансплант
координаторов, которые выполняли бы функцию установления контакта с
родителями умерших детей.
Возможность реализации детского донорства базируется на высоком
общественном осознании необходимости введения подобных программ. В
этом отношении немало важную роль играет степень доверия врачебному
сообществу и системе трансплантологии в целом. Как показывают опросы
населения, россияне не имеют четко сформированного мнения по тематике
донорства, что тесно переплетается с высокой настороженностью к
деятельности трансплантологов в целом. В настоящее время дети становятся
главными участниками программ донорского туризма, которым возможно
проведение операций по пересадке детского органа за рубежом. Вместе с
тем, детям могут пересаживать органы, в том числе от посмертных взрослых
доноров, если биометрические данные органа ребенка и донора совместимы.
С недавнего времени (сентябрь 2012 года) был законодательно закреплен
приоритет детей на получение органа при поступлении донорского
материала от некрупных взрослых доноров [6]. Иными словами, детская
трансплантация ограниченно, но реализуется в России, поскольку есть
возможность пересадки детям органов от кровных родственников или
посмертных взрослых доноров. Разрешение забора органов у детей при
отсутствии строго контроля над злоупотреблениями и незаконными
практиками делает уязвимыми данную категорию граждан. При отсутствии
выработанных институтов и несовершенстве функционирования механизмов
взрослого донорства, принятие поспешных решений без подготовленной
законодательной и общественной почвы, такие программы могут скорее
навредить действующей неокрепшей системе взрослого посмертного
донорства.
9
Глава 3. Правовые аспекты
Деятельность медицинских учреждений, связанная с забором и
трансплантацией органов и тканей человека, осуществляется в соответствии
со следующими документами:
 "Основы законодательства РФ об охране здоровья граждан".
 Закон РФ "О трансплантации органов и (или) тканей человека".
 Федеральный закон №91 "О внесении дополнений в Закон РФ "О
трансплантации органов и тканей человека".
 Приказ МЗ РФ №189 от 10.08.1993 "О дальнейшем развитии и
совершенствовании трансплантологической помощи населению РФ".
 Приказ МЗМП РФ №58 от 13.03.1995 "О дополнении к приказу №189".
 Приказ МЗ и РАМН №460 от 17.02.2002, вводящий в действие
"Инструкцию по констатации смерти мозга человека на основании
смерти мозга". Приказ зарегистрирован Министерством юстиции РФ
№3170, 17.01.2002.
 "Инструкция по определению критериев и порядка определения
момента смерти человека, прекращения жизни человека, прекращения
реанимационных мероприятий", введённая приказом МЗ №73 от
04.03.2003, зарегистрированным в Минюсте РФ 04.04.2003.
Основные положения закона о трансплантации:
• органы могут быть изъяты из тела умершего человека только в целях
трансплантации;
• изъятие может производиться, когда нет предварительных сведений об
отказе или возражениях изъятия органов от умершего или его родственников;
• врачи, удостоверяющие факт смерти мозга потенциального донора, не
должны непосредственно участвовать в изъятии органов у донора или иметь
отношение к лечению потенциальных реципиентов;
• медицинским работникам запрещается любое участие в операциях по
пересадке органов, если у них есть основания полагать, что используемые
органы стали объектом коммерческой сделки;
• тело и части тела не могут служить объектом коммерческих сделок.
10
Глава 4. Организация донорской службы
В крупных городах существуют центры трансплантации (например, в
Москве - Научно-исследовательский институт трансплантологии и
искусственных органов), при них организованы центры забора органов.
Такие центры могут быть созданы и при крупных многопрофильных
стационарах.
Представители
центров
забора
контролируют
ситуацию
в
реанимационных отделениях региона, оценивая возможность использования
находящихся в критическом состоянии пациентов для забора органов. При
констатации смерти мозга пациента переводят в центр трансплантации, где
осуществляют изъятие органов для пересадки, или на место выезжает
специальная бригада, выполняющая изъятие органов в стационаре, где
находится пострадавший.
Учитывая большую потребность в органах для пересадки, а также
дефицит доноров, наблюдаемый во всех экономически развитых странах,
после констатации смерти мозга обычно осуществляют комплексное изъятие
органов для их максимального использования (мультиорганный забор).
Правила изъятия органов:
• изъятие органов осуществляют при строжайшем соблюдении всех правил
асептики;
• орган изымают вместе с сосудами и протоками с максимально возможным
их сохранением для удобства наложения анастомозов (почечные сосуды
выкраивают вместе с участком стенки аорты и нижней полой вены и т.д.);
• после изъятия орган перфузируют специальным раствором (в настоящее
время для этого используют раствор Евро-Коллинз при температуре 6-10 оС);
• после изъятия орган сразу же имплантируют (если параллельно в двух
операционных идут операции по забору органа у донора и доступ или
удаление собственного органа у реципиента) или помещают в специальные
герметичные пакеты с раствором Евро-Коллинз и хранят при температуре
4-6 оС.
11
Глава 5. Проблемы совместимости
Проблему совместимости донора и реципиента считают важнейшей для
обеспечения нормального функционирования трансплантата в организме
реципиента.
В настоящее время подбор донора осуществляют по двум основным
системам антигенов: АВ0 (антигены эритроцитов) и HLA (антигены
лейкоцитов, получившие название антигенов гистосовместимости).
1. Совместимость по системе АВ0:
При трансплантации органов оптимально совпадение группы крови
донора и реципиента по системе АВ0.
Совместимость по резус-фактору между донором и реципиентом
учитывают индивидуально для трансплантации сердца и комплекса «сердцелёгкие» при проведении искусственного кровообращения и использовании
гемотрансфузии.
2. Совместимость по системе HLA:
Совместимость по антигенам HLA считают определяющей при подборе
донора. Комплекс генов, контролирующих синтез основных антигенов
гистосовместимости, расположен в VI хромосоме. Полиморфизм антигенов
HLA весьма широк. В трансплантологии основное значение имеют локусы А,
В и DR.
3. Перекрёстное типирование:
В присутствии комплемента проводят тестирование нескольких взятых в
разное время проб сыворотки реципиента с лимфоцитами донора.
Положительным считают результат, когда выявляют цитотоксичность
сыворотки реципиента по отношению к лимфоцитам донора. Если хотя бы в
одном случае перекрёстного типирования выявлена гибель лимфоцитов
донора, трансплантацию не проводят.
В 1994 г. в клиническую практику широко внедрён метод
перспективного генотипирования реципиентов «листа ожидания» и доноров
[5]. Селекция доноров - важная предпосылка для эффективности
клинических трансплантаций. «Лист ожидания» - сумма всей информации,
характеризующей заданное количество реципиентов, из неё формируют банк
информации. Основное назначение «листа ожидания» - оптимальный подбор
донорского органа конкретному реципиенту. Учитывают все факторы
селекции: АВ0-групповая и желательно резус-совместимость,
комбинированная HLA-совместимость, перекрёстное типирование,
серопозитивность по цитомегаловирусной инфекции, гепатиту, контроль на
ВИЧ-инфекцию и сифилис, конституциональные особенности донора и
реципиента.
12
В настоящее время в Европе действует несколько банков с данными о
реципиентах (Евротрансплантат и др.).
При появлении донора, у которого планируют изъятие органов, проводят его
типирование по системам АВ0 и HLA, после чего выбирают, с каким
реципиентом он наиболее совместим. Реципиента вызывают в центр
трансплантации, где находится донор или куда доставляют в специальном
контейнере
донорскую
почку,
и
выполняют
операцию.
Пересадку почки обычно проводят при совместимости по системе АВ0,
совпадении 2-4 антигенов по системе HLA и отрицательном результате
перекрёстной пробы.
Несмотря на предпринимаемые меры по подбору каждому реципиенту
наиболее генетически близкого донора, добиться полной идентичности
генотипа невозможно, у реципиентов после операций может возникнуть
реакция отторжения.
Отторжение - воспалительное
поражение
пересаженного
органа
(трансплантата), вызванное специфической реакцией иммунной системы
реципиента на трансплантационные антигены донора.
Отторжение происходит тем реже, чем более совместимы реципиент и
донор.
Выделяют сверхострое (на операционном столе), раннее острое (в
течение 1 недели), острое (в течение 3 месяца) и хроническое (отсроченное
во времени) отторжение. Клинически отторжение проявляется ухудшением
функций пересаженного органа и его морфологическими изменениями (по
данным биопсии). Резкое ухудшение состояния реципиента, связанное с
повышением активности иммунной системы по отношению к
трансплантированному органу, получило название «криз отторжения».
Для профилактики и лечения кризов отторжения больным после
трансплантации назначают иммуносупрессивную терапию в течение всей
жизни.
13
Глава 6. Перспективное направление в развитии трансплантологии 3D-печать органов
3D-печать человеческих органов совсем недавно была научной
фантастикой, а сегодня это научное достижение, которое применяется в
медицине. На первый взгляд сама идея производства органов «на заказ» с
помощью 3D-печати кажется сюжетом для фантастического фильма. Тем не
менее, в настоящее время разработано техническое оборудование, способное
создавать живые человеческие ткани, замещать жизненно важные органы и
быстро залечивать открытые раны. 3D-печатные органы уже используются в
качестве учебных пособий для будущих хирургов, чтобы отточить их навыки
перед столкновением с реальными оперативными вмешательствами.
Успешно пересаживают 3D-печатные замены кости, но печать живых тканей
станет следующим шагом в развитии этой новаторской технологии.
Как и в любой другой 3D-печати, объект печатается слой за слоем, но в
отличие от 3D-технологий PLA или ABS, для создания живой ткани
используются живые клетки, которые находятся в гелеобразной массе. После
этого клетки растут и развиваются, превращаясь в живую ткань, кости и даже
целые органы. Перспективы того, что эта технология может сделать для
человечества, поистине огромны. В мире острая нехватка донорских
органов, и 3D-биопечать могла бы стать решением этой проблемы.
К марту 2015 года российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions
первой в мире напечатает на трехмерном биопринтере живой орган —
щитовидную железу [3]. Для начала не человеческую, а мышиную.
1. Технология 3D-биопечати:
«Сердце» лаборатории биотехнологических исследований 3D Bioprinting
Solutions — трехмерный биопринтер Fabion, который разработчики гордо
называют первым российским коммерческим биопринтером, — «бьется» в
специальном стерильном боксе в самом дальнем кабинете лаборатории. За
стеклом стоит компактное, размером с кофемашину, устройство с
разноцветными форсунками, в которые вставлены стеклянные картриджи. На
первый взгляд, биопринтер мало чем отличается от обычного 3D-принтера.
Это не удивительно: работает он по схожему принципу и частично собран из
тех же компонентов. Ткани или части органов биопринтер печатает послойно
по заданной цифровой трехмерной модели. Для печати требуются
«биочернила» — так называемые тканевые сфероиды, «шарики» диаметром в
250 микрон, в которых содержится до тысячи живых клеток. Их в
лаборатории получают заранее, заливая клеточную суспензию в
14
предварительно подготовленные силиконовые формы. За сутки клетки
самостоятельно формируют необходимые «строительные блоки». Другой
важный компонент — «биобумага», специальный гидрогель, который
скрепляет тканевые сфероиды и удерживает в единой структуре. Нанося
«чернила» на «бумагу» слой за слоем, биопринтер создает живой трехмерный
объект — тканевый конструкт, некий прообраз будущего органа. Правда, до
момента, когда этот орган можно будет пересаживать в живой организм,
предстоит выполнить еще множество операций — в частности дать органу
«дозреть».
2. Ранние разработки 3D-биопечати:
Технология 3D-биопечати пока еще не готова для использования в
коммерческих целях, но ее применение уже сейчас приносит огромные
результаты. С помощью 3D-принтера RepRap группа биоинженеров из
Университета Пенсильвании создала работающие кровеносные сосуды.
Биоинженеры всего мира уверенно движутся к тому, что в скором будущем
напечатать органы можно будет из клеток пациента, но на этом тернистом и
сложном пути все еще достаточно трудностей и проблем, которые только
предстоит преодолеть.
Научные лаборатории по всему миру научились печатать прототипы
частей тела и элементы отдельных органов. В Корнелльском университете
(США) с помощью биопринтинга получили ушную раковину, в Институте
регенеративной медицины Уэйк Форкст (США) разработали биопринтер для
печати кожи. В Гарварде удалось напечатать сосудистые структуры. Проще
всего печатать плоские органы, например, кожу. Немного сложнее —
тубулярные, то есть имеющие трубчатую форму, структуры (трахею,
мочеточник, уретру). Еще труднее справиться с полыми органами сложной
формы — мочевым пузырем, маткой. Но настоящим «твердым орешком» для
ученых остаются органы нетривиальной формы — с разветвленным
сосудистым руслом и сложной нервной сетью: почки, печень, сердце. До
момента, когда такие органы можно будет массово печатать и
трансплантировать в клинических условиях, пройдет, по оценкам экспертов,
не менее десятка лет.
3. Технологические и клинические достижения в 3D-биопечати:
Хирург Энтони Атала (директор института регенеративной
медицины WakeForest) и его команда сделали значительный шаг вперед в 3Дпечати органов. Используя живые клетки, Атала работает над 3D-печатью
почек для трансплантации. И хотя все еще находится на ранней стадии,
15
команда Атала уже достигла значительного прогресса на пути к решению
одной из самых больших проблем, стоящих перед трансплантацией –
нехваткой донорских почек во всем мире.
Рынок клеточных технологий (и биопечати в том числе) уже вошел в
стадию активных исследований, апробации и преклинических, а в некоторых
странах и клинических испытаний. В Японии осенью 2014 года 70-летней
пациентке пересадили сетчатку глаза, выращенную из стволовых клеток.
Этот орган учатся печатать на трехмерных биопринтерах, так что в случае
успешных результатов подобные операции могут поставить на поток.
Печать почки – цель лаборатории 3D Bioprinting Solutions, которую ее
научный руководитель Владимир Миронов поставил перед командой с
момента открытия учреждения в сентябре 2013 года [3]. Путь к заветному
органу лежит через щитовидную железу: именно она будет напечатана
первой, к весне 2015 года. Щитовидная железа — один из самых простых по
форме и структуре органов, на котором компания сможет отточить свои
навыки в биопринтинге. Несмотря на относительную простоту строения,
железа выполняет важную задачу по снабжению организма группой
жизненно необходимых гормонов. Главным из них является тироксин, для
которого разработаны фармакологические заменители. Собственно говоря,
из-за наличия лекарств-заменителей ученые долго не обращали внимания на
щитовидную железу: зачем печатать орган, дефицит которого можно
спокойно заместить препаратами? «Между зависимостью от синтетических
лекарств и возможностью жить с «родной», напечатанной из собственных
клеток пациента железой существует огромная разница, — урезонивает
скептиков Юсеф Хесуани (врач и исполнительный директор лаборатории 3D
Bioprinting Solutions). — К тому же массовая печать и трансплантация
щитовидной железы может оказаться настолько дешевой, что пациент
навсегда избавится от приема препаратов» [3]. На первом этапе
строительным материалом для печати железы станут мышиные стволовые
клетки. Получив орган, ученые поместят его в организм мыши, проверят на
функциональность и в случае удачи переключатся на более крупных
животных. Только после этого пойдет речь о печати щитовидной железы,
предназначенной для реального пациента, из клеток человека. В качестве
сырья ученые используют стволовые клетки двух видов происхождения.
Одни выделены из эмбрионов мышей. Другие, так называемые
индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, получены из взрослых
организмов грызунов по методике, которую предложил японский ученый
Синъя Яманака. За это открытие в 2012 году он удостоился Нобелевской
16
премии. Эмбриональные клетки человека, в отличие от мышиных, для
производства органов использовать нельзя: их применение во всем мире
считается неэтичным и запрещено.
Биопринтер удалось построить за рекордные сроки — всего за полгода. В
его основу легли разработки Владимира Миронова. Миронов — автор одной
из первых публикаций о технологиях биопечати, вышедшей еще в 2003 году,
профессор Университета штата Виргиния, совмещающий работу в Москве с
проектами в Сингапуре, Гонконге и Южной Америке. Для него это уже
четвертое устройство подобного рода: два сконструированных им
биопринтера установлены в Канаде, еще один — в Бразилии. Российский
принтер, по его словам, с точки зрения функциональности в настоящее время
превосходит все мировые аналоги. В отличие от существующих на рынке
моделей, Fabion позволяет использовать разные методы печати: гелем с
клетками, гелем с тканевыми сфероидами, только тканевыми сфероидами. В
сентябре лаборатория подала заявку на патентную защиту дизайна
устройства.
В России планируется создать и внедрить в клинические испытания
устройства BioPen — миниатюрного биопринтера, который выглядит как
ручка (или пистолет) и может использоваться хирургом для замещения
определенных дефектов кожи, хрящей или костей с помощью гидрогеля и
тканевых сфероидов [3]. На пациента возможно будет поставить «заплатку»
— причем напечатанную из его же собственных клеток. Трехмерную
компьютерную модель такого тканевого пистолета ученые 3D Bioprinting
Solutions уже разработали. Следующий шаг — напечатать модель на
обыкновенном трехмерном принтере и дать ее в руки хирургам для оценки
удобства и эргономичности будущего устройства.
Всего же в мире над проблемами биопечати работает около 80 научных
групп. Наладить серийное производство Fabion для них, по мнению Хесуани,
не составит особого труда. Российская лаборатория планирует освоить всю
технологическую платформу биопечати, от получения исходного клеточного
материала (получать стволовые клетки из жировой ткани здесь уже
научились) до разработки биореактора и собственного гидрогеля.
В дальних планах лаборатории 3D Bioprinting Solutions – биопечать
почки к 2030 году, для чего уже сейчас инженеры и дизайнеры работают над
созданием микрофлюидного устройства получения почечных нефронов –
клетки, основные функции которой – фильтрация и реабсорбция. Первый
этап этой работы – разработка искусственного нефрона на чипе.
17
Главные надежды ученые связывают с созданием полноценных органов,
которые в будущем смогут решить проблему дефицита донорского
материала. Понятно, что напечатанные органы тоже будут довольно
дорогими, однако их стоимость, по прогнозам ученых, даже на первых этапах
будет сопоставима с ценой на теневом рынке. В дальнейшем, с
возникновением автоматизированных массовых биофабрик, производство
органов станет еще дешевле.
Помимо трансплантации органов, 3D-биопечать может быть
использована в различных сферах медицины. Это поможет не только
производить донорские органы, но и обеспечить лучшее заживление ран и
уменьшить сроки пребывания пациентов в стационаре, а также повысить
уровень образования медицинских специалистов и студентов. Практические
примеры применения 3D-биопечати:
1. Органы:
Наиболее очевидное использование 3D-печатных органов: пересадка.
Невозможно
переоценить
способность
создавать
новые органы
непосредственно из собственных клеток пациента. Это может спасти десятки
тысяч жизней каждый год.
2. Поддержка скелета:
Изготовление сложных и подробных объектов - одна из сильных сторон
3D-печати, поэтому 3D-принтеры уже используются для создания
биоразлагаемых структур для поддержки скелета, чтобы помогает и
облегчает исцеление больного и рост тканей.
3. Замена костей:
В сочетании с 3D-сканированием 3D-принтеры могут создавать кость,
например, бедренную, что идеально подходит для тех, кто нуждается в новой
костной ткани. Создание замены костей специально подобранных для
каждого пациента в значительной мере снижает дискомфорт для пациента и
улучшает подвижность после пересадки.
4. Практика операций:
Используя 3D-печатные органы, будущие хирурги могли бы выполнять
десятки или даже сотни операций до того, как проведут данную операцию
пациенту. Применение 3D-печати органов будет способствовать повышению
профессиональной квалификации хирургов, даст возможность многократно
18
оттачивать технику операции, тем самым на проведение операции
понадобиться меньше времени.
5 . Тестирование лекарственных препаратов:
Помимо ученых, 3D-биопечатью интересуются фармкорпорации. Дело в
том, что сейчас доклинические испытания новых препаратов на токсичность
проводятся в несколько этапов: вначале на монослойных, двумерных
клеточных структурах (это относительно дешево), затем на трехмерных и в
организмах животных. Поведение клеток в двумерном и трехмерном
пространстве нередко разнится, и результаты, полученные на втором этапе,
могут оказаться совершенно неожиданными. Препарат, вначале проявивший
себя как нетоксичный, потом обретает токсичность. Биопринтер же
позволяет проводить всего один этап исследования, причем сразу на
трехмерных структурах человеческих клеток, напечатанных с его помощью.
Американская компания Organovo, лидер в области биопечати, активно
развивает это направление: она подписала ряд соглашений с
фармакологическими корпорациями и тестирует на небольших конструктах
печени воздействие различных медикаментов. Кроме этого, принтер дает
возможность создавать трехмерные модели различных заболеваний и
проверять на них эффективность лекарств.
На пути биопечати к клиническому применению могут встать
юридические барьеры. В настоящее время российского законодательства о
клеточных технологиях не существует, и научно-производственные
лаборатории, в том числе при клиниках, по сути, работают в «сумеречной»
— с юридической точки зрения — зоне [3]. Законопроект «Об обращении
биомедицинских клеточных продуктов» ходит по кабинетам уже четыре
года. За последние 2 года в России не была зарегистрирована ни одна новая
клеточная технология и не выведен на рынок ни один новый препарат.
Судьба законопроекта прямо отразится на отрасли биопечати, поскольку та
имеет дело с производством стволовых клеток.
19
1.
2.
3.
4.
5.
Выводы
Трансплантация внутренних органов представляет одну из важных
морально-этических
и
медицинских
проблем
современного
здравоохранения.
Она требует высокого профессионального мастерства хирургов и
материального обеспечения.
Трансплантация внутренних органов не может развиваться без
поддержки общества и участия населения в донорстве органов.
Правительству
Российской
Федерации
необходимо
создать
законопроект, регулирующий вопросы клеточных технологий, в том
числе, связанных с производством стволовых клеток.
3D-биопечать является перспективным направлением в современной
трансплантологии, оперативной хирургии, клинической фармакологии
и профессиональном медицинском образовании.
20
Заключение
Трансплантация внутренних органов представляет одну из важных
морально-этических и медицинских проблем современной медицины.
Являясь одним из самых сложных видов медицинской помощи, требует
высокого уровня профессионального и материального обеспечения и не
может развиваться без поддержки общества и участия населения в
становлении донорами органов. Неэффективность действующих правовых
российских норм требует внедрения новых законодательных проектов,
способствующих развитию донорства на массовом уровне и регулирующих
вопросы о клеточных технологиях, в том числе, связанных с производством
стволовых клеток.
Наука не стоит на месте, примером тому является сенсационная операция
по трансплантации сетчатки глаза, а так же первая удачная модель сердца с
искусственным желудочком. В планах российской лаборатории – биопечать
почки к 2030 году. Биоинженеры всего мира уверенно движутся к тому, что
в скором будущем напечатать органы можно будет из клеток пациента, но на
этом тернистом и сложном пути все еще достаточно трудностей и проблем,
которые предстоит преодолеть.
21
1. Коваленко П.П..
университета, 1975.
Список литературы:
Основы трансплантологии.
Изд.
Ростовского
2. Мур Ф. История пересадок органов. Москва "Мир", 1973.
3. «Фабрика жизни». - Бизнес-журнал, М., 2014, № 11, с. 50-54.
4. Филатов А.Н., Берингер Ю.В. Пересадка и замещение тканей и органов. Л.,
Медицина, 1990.
5. Под редакцией В. И. Шумакова. Трансплантология. Медицинское
информационное агентство, 2006.
6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Трансплантология.
22
Приложение №1
Терминология
1. Трансплантология (англ. transplantation пересадка)
наука,
изучающая теоретические предпосылки и практические возможности
замещения отдельных органов и тканей органами или тканями,
взятыми из другого организма.
2. Донор - человек, у которого забирают (удаляют) орган, который в
последующем будет пересажен в другой организм.
3. Реципиент - человек, в организм которого имплантируют донорский
орган.
4. Трансплантация - операция по замещению органа или тканей пациента
соответствующими структурами, удалёнными из другого организма.
5. Аутотрансплантация - пересадка органа в пределах одного организма
(донор и реципиент – одно и то же лицо).
6. Изотрансплантация пересадку осуществляют
между двумя
генетически идентичными организмами (однояйцовыми близнецами).
Подобные операции редки, так как количество однояйцовых близнецов
невелико, кроме того, они часто страдают схожими хроническими
заболеваниями.
7. Аллотрансплантация (гомотрансплантация)
пересадка
между
организмами одного и того же вида (от человека человеку), имеющими
разный генотип. Это наиболее часто используемый вид
трансплантации. Возможен забор органов у родственников реципиента,
а также у других людей.
8. Ксенотрансплантация (гетеротрансплантация) – орган или ткань
пересаживают от представителя одного вида другому, например, от
животного человеку. Метод получил крайне ограниченное применение
(использование ксенокожи - кожи свиньи, клеточной культуры
β-клеток поджелудочной железы свиньи).
23