Ожидание трансплантации порой может растянуться на годы. Чтобы решить проблему нехватки донорских органов, ученые активно изучают возможности ксенотрансплантации – пересадки тканей и органов человеку от животных. Кровь5 – о неудачах и прорывах в этом направлении.

Роковое сердце

Ровно год назад состоялась сенсационная пересадка сердца, для которой донором стала генно-модифицированная свинья. Операцию выполнили хирурги Медицинской школы Университета Мэриленда (США). А реципиентом стал 57-летний американец Дэвид Беннет, страдавший серьезным заболеванием сердца. Он не попадал в лист ожидания на трансплантацию, поэтому решился на экспериментальную операцию.

После пересадки несколько недель Беннет чувствовал себя хорошо, сверхострого отторжения пересаженного органа не наблюдалось, сердце работало нормально. Тем не менее спустя два месяца он умер из-за заражения свиным цитомегаловирусом, который был обнаружен в трансплантате. Этот возбудитель относится к семейству герпесвирусов, которые вызывают у свиней заболевания разной тяжести – от ринита до пневмонии.

Анализ крови выявлял цитомегаловирус, но показатель был настолько низкий, что результат посчитали ошибочным. Тем более что донорское сердце было от свиньи, выращенной в лабораторных условиях, – предполагалось, что такие животные не содержат патогенных возбудителей.

В результате инфицирования у пациента начались воспалительные процессы в сердце, которые вызывали его отек, после чего наступила смерть. Вскрытие показало, что иммунного отторжения донорского органа так и не произошло.

Почки роста

Попытки пересадить орган от генно-модифицированного животного человеку предпринимались еще за год до роковой операции – тогда это были почки.

Первопроходцем стал Роберт Монтгомери, директор Института трансплантологии Лангоне при Нью-Йоркском университете, который пересадил почку генно-модифицированной свиньи женщине, умершей накануне. В течение нескольких часов организм поддерживался системой жизнеобеспечения, пока хирурги прикрепляли орган к кровеносным сосудам верхней части ноги – почка находилась вне тела.

А через несколько месяцев после этой операции была произведена еще одна. Ученик Монтгомери, хирург Джейми Локк вместе с исследователями Университета Алабамы пересадил две почки генно-модифицированной свиньи недавно умершему человеку. Мужчина числился в регистре доноров органов. Но его органы оказались непригодны для пересадки, и семья позволила провести экспериментальную операцию.

В этом случае почки были размещены, где им и положено быть. Несмотря на то что была констатирована смерть мозга, организм еще мог дать иммунную реакцию: она проявилась бы в виде синих пятен на теле, вызванных образованием сгустков крови.

За пересаженными почками ученые наблюдали в течение трех суток, но иммунного ответа так и не последовало. При этом почки, каждая с разной степенью интенсивности, вырабатывали мочу, однако не фильтровали креатинин, как это делают человеческие почки.

Постепенно органы стали отказывать, свертываемость крови достигла аномальных уровней, что обычно является следствием смерти мозга. По словам Локка, подобные реакции происходят и при трансплантации человеческой почки от умершего донора. Так что результат экспериментальной операции скорее можно считать многообещающим.

Так что он точно знает, как обстоит дело с пересадкой органов: их катастрофически не хватает. Это при том, что в мире ежегодно выполняется порядка 100 тысяч трансплантаций органов и свыше 200 тысяч – тканей и клеток человека. Но потребность в таких операциях увеличивается на 15% в год. Около трети пациентов, нуждающихся в пересадке, погибают, так и не дождавшись нужного органа.

По словам Монтгомери, через год после трансплантации почки 95% реципиентов живы, – ксенотрансплантации потребуется время, чтобы достичь такого же показателя.

Основы альтруизма: склонны ли животные помогать друг другу?

Роднее приматов

Эксперименты по ксенотрансплантации проводились еще в начале ХХ века. Так, известный французский хирург российского происхождения Сергей Воронов пересаживал мужчинам семенники обезьян, пытаясь таким образом омолодить их организм. А русский и советский биолог Илья Иванов и вовсе пытался вывести химеру – организм, в котором сочетаются клетки животного и человека.

Но все же первой ксенотрансплантацией в нынешнем ее понимании считается пересадка почки от шимпанзе человеку. Ее осуществил в 1963-м хирург из Университета Тулейна (США) Кит Римтсма. В общей сложности он сделал 13 операций по пересадке почек от шимпанзе людям.

Выбор был неслучаен: приматы – наиболее близкие родственники человека с эволюционной точки зрения. Но лишь один из пациентов прожил с донорской почкой девять месяцев, остальные скончались в течение одного-двух месяцев из-за отторжения органа или развития инфекции.

Тогда же исследователи из Университета Колорадо (США) провели шесть операций по пересадке почек бабуинов с таким же исходом. И это неудивительно: в то время основным инструментом, доступным врачам, были примитивные иммунодепрессанты, неспособные предотвратить отторжение донорского органа.

В 1984 году была предпринята еще одна попытка. Новорожденной девочке срочно требовалась операция на сердце. Было решено, пока ищут донорское сердце, на это время пересадить сердце от бабуина. К сожалению, и эта операция закончилась неудачей – через три недели младенец скончался.

На протяжении десятилетий ученые продолжали попытки использовать для пересадки органы шимпанзе и бабуинов, но безуспешно. Пока полностью не пересмотрели свои взгляды на ксенотрансплантацию.

Как ни странно, то обстоятельство, что в эволюционном ряду свинья находится довольно далеко от человека – намного дальше, чем приматы, – является преимуществом. Поскольку при пересадке органов от родственных организмов высок риск передачи скрытых вирусов. При ксенотрансплантации эти вирусы могут колонизировать человеческие клетки, вызывая риск развития инфекций, в том числе неизвестных прежде, которые могут достичь эпидемического масштаба.

Зато свинья близка человеку с точки зрения анатомии – те же почки и сердце у людей и этих животных сопоставимы по размерам, в отличие от приматов, чьи органы намного меньше человеческих. Правда, роль приматов нельзя сбрасывать со счетов. Благодаря их некоторому сродству с человеческим организмом приматы являются идеальными моделями для экспериментов по пересадке человеку свиных органов.

Целительные источники: где ученые ищут лекарства от рака

Шаг за шагом

В 1990-е годы появились более тонкие методы ксенотрансплантации – с применением генной инженерии.

Самое опасное – это сверхострое отторжение, когда в первые минуты после пересадки человеческие антитела окружают донорский орган, налипая на чужеродные белки клеточной поверхности и вызывая воспаление. Чтобы избежать этих проблем, необходимо подвергнуть орган обработке, которая удалит иммуногенные белки свиньи. Но эта процедура делала орган твердым и непригодным для пересадки.

В начале 2000-х Дэвид Айарес, в то время главный операционный директор шотландской компании PPL Therapeutics, использовал технологию рекомбинантной ДНК и клонирование, чтобы создать свиней, подходящих для ксенотрансплантации. Компания внесла важное изменение в ДНК своих животных: разрушила ген, производящий сахар на клеточной поверхности, под названием альфа-гал, который вызывает сильную иммунную реакцию человека.

Следующая проблема, которую ученым предстояло решить, – это исключить инфицирование человека свиными болезнями. Долгое время считалось, что вирусы, носителями которых является свинья, не могут передаваться человеку. Пока не обнаружилось, что животные являются носителями ряда эндогенных ретровирусов. Их особенность такова, что копии этих ретровирусов встраиваются в ДНК клетки и, соответственно, при пересадке попадают в организм человека.

Лишь в 2015 году биолог из Гарвардского университета Джордж Чёрч и сотрудники его лаборатории сумели с помощью технологии редактирования генома CRISPR удалить все следы вирусов и получить свиней, свободных от ретровирусов.

Тогда же ученые вырастили свинью с так называемым тройным нокаутом, удалив не только альфа-гал, но и два антигена, которые вызывают иммунное воспаление. Изменения позволили сохранить жизнь приматам в течение года после получения модифицированных почек от таких свиней.

Ряд исследователей полагают, что чем больше редактирований генома произвести, тем лучше будут результаты. Так, в 2020 году ученые из компании eGenesis сообщили о создании свиней, несущих тройной нокаут плюс девять человеческих генов, которые кодируют молекулы, подавляющие иммунитет. Компания Revivicor к исходному тройному нокауту добавила шесть таких человеческих трансгенов и дополнительный нокаут в гене рецептора гормона роста свиньи – последний направлен на предотвращение того, чтобы органы становились слишком большими для людей-реципиентов.

Ученые потратили множество лет на разработку технологии многоуровневого редактирования генов животных, но до сих пор остается открытым вопрос, сколько изменений действительно необходимо для получения долговечных ксенотрансплантатов. Некоторые исследователи говорят, что чрезмерная инженерия животных может затруднить производство согласованных органов и не исключено, что стоит сделать шаг назад, чтобы оценить вред и пользу каждого генетического изменения.

Именно эти вопросы предстоит решить в первую очередь, прежде чем эти пересадки станут возможны для людей, и то в качестве клинических исследований.