«Ні» відторгненню трансплантатів або як гідрогель допоможе сучасній медицині

Пересічний українець, певно, знайомий з гідрогелем завдяки повсюдному захопленню наших земляків землегосподарством чи, щонайменше, вирощуванням кімнатних рослин. Гідрогель (під назвою аква- або екоґрунту) можна придбати ледь не у кожному спеціалізованому квітковому магазині. Це полімер, що характеризується унікальною здатністю поглинати й утримувати при набуханні до 2 л дистильованої води на 10 г гідрогелю або близько 0,11 л живильного розчину на 1 г речовини.

Гідрогелі бувають різних типів і видів, але всі вони є нетоксичними, абсолютно стерильними, зберігають свої властивості при високих і низьких температурах та, зрештою, повністю розкладаються – на вуглекислий газ, воду й азот. Звісно, що така чудо-речовина стає у пригоді не лише аграріям, а й фахівцям інших галузей – машинобудівної, текстильної, автомобіле-, судно- й авіабудування, і, беззаперечно, медицини. Деталі потенційного застосування полімеру в трансплантології – в адаптованому перекладі статті з ресурсу Techonolgy.org.

Гідрогель – основа біоматеріалів

Однією з основних проблем трансплантології є відторгнення пересаджених органів чи їх частин. Імунна система людини ідентифікує чужорідне тіло й працює на його знищення, тому пацієнтам доводиться приймати препарати, що пригнічують діяльність імунної системи, що, зрозуміло, призводить до ряду інших негараздів. Нещодавно група дослідників з Технологічного інституту Джорджії, Луїсвіллського університету та Мічиганського університету (всі – США) працювала над роботою, що фінансувалась Фондом дослідження діабету у неповнолітніх і Національним інститутом охорони здоров’я США, під час якої вчені «тренували» ключові клітини імунної системи приймати шматочки пересадженої живої тканини (у цьому випадку – острівні клітини підшлункової залози, що виробляють інсулін). Таким чином дослідники відкрили потенційно новий шлях для лікування діабету 1-го типу. Тестування проводились на лабораторних мишах, на разі розпочато другий етап – тестування на приматах. Якщо підхід зрештою стане успішним для людей, можна сміливо говорити про лікування діабету 1-го типу без довготривалих ускладнень, викликаних пригніченням імунної системи.

Методика, про яку повідомляє журнал Nature Materials, використовує синтетичні частинки гідрогелю для введення в організм разом з трансплантованими шматочками підшлункової залози протеїну, відомого під назвою ліганд FasL. Білок FasL потрапляє до Т-лімфоцитів, клітин, які відіграють центральну роль у здійсненні імунної відповіді, і «навчає» їх приймати трансплантат без відторгнення протягом щонайменше 200 днів. Частинки з гідрогелю з протеїном FasL просто змішуються зі шматочками живої тканини перед пересадкою в мишей, які страждають від штучно викликаного діабету. Дослідники вважають, що в майбутньому не буде необхідності персоналізувати гідрогелі, за допомогою яких білок FasL вводиться в організм, а це потенційно дає змогу створити масову терапію для трансплантації острівних клітин.

«– Нам вдалось продемонструвати, що ми можемо створити біоматеріал, який перериває бажання організму відхилити трансплантат, не вимагаючи, щоб пацієнт дотримувався постійної стандартної імуносупресії, – пояснив Хавал Ширван (Haval Shirwan), один з очільників дослідження. – Ми передбачаємо, що подальше дослідження покаже потенційне використання для багатьох типів трансплантатів, включаючи кістковий мозок і цілі органи».

Діабет і трансплантація

У Сполучених Штатах близько 1,25 млн людей страждають на діабет 1 типу, що відрізняється від більш поширеного діабету 2 типу (дані по Україні відсутні. За даними ВООЗ, кількість хворих на цукровий діабет обох типів становить 6-8% від популяції). Цукровий діабет 1 типу викликаний руйнуванням клітин панкреатичних острівців (острівців Лангерганса) підшлункової залози, які виробляють інсулін у відповідь на рівень глюкози в крові. Лікування передбачає часте введення інсуліну, щоб надати організму речовину, яку більше не виробляють острівці. Не існує довгострокового лікування цього захворювання, хоча людей з діабетом 1 типу лікували експериментально, шляхом трансплантації острівних клітин, яка майже завжди виявляється непридатною через кілька років навіть при сильному придушенні імунної системи.

«– Медикаменти, які дозволяють трансплантацію клітин панкреатичних острівців, є токсичними для них, – говорить Андрес Гарсія (Andrés García), інший вчений, учасник обговорюваного дослідження. – Клінічні випробування з трансплантацією панкреатичних острівців показали ефективність, але через кілька років трансплантати були відхилені. На цей тип лікування покладається багато сподівань, але на разі ми просто не можемо отримати постійного вдосконалення».

Серед проблем, розповідає Гарсія, можна виділити токсичність препаратів придушення імунної системи для клітин панкреатичних острівців, що також робить пацієнтів більш чутливими до інших несприятливих наслідків, як от розвиток інфекцій та виникнення пухлин.

Інший підхід

Представлене в Nature Materials дослідження спирається на цілком інший підхід. Вводячи в організм білок FasL, який є центральним регулятором клітин імунної системи, науковці можуть запобігти атаці клітин імунною системою. Здається, що після того, як дослідники «запрограмували» клітини імунної системи під час трансплантації, ці клітини не відторгають трансплантовані клітини панкреатичних острівців задовго після того, як протеїн FasL зникає.

«– Під час трансплантації ми беремо панкреатичні острівці, отримані з трупів, і просто змішуємо їх з частинками гідрогелю з протеїном FasL в операційній, а потім вводимо отриману речовину тваринам, – описує процес Гарсія. – Нема потреби змінювати острівці або придушувати імунну систему. Після лікування тварини можуть нормально функціонувати й виліковуватися від діабету, зберігаючи при цьому повну імунну систему».

Гідрогелі можна підготувати навіть за два тижні до трансплантації, і їх можна використовувати з будь-якими острівними клітинами. Ключовим технічним прогресом є сама здатність виготовляти матеріал, який блокує імунне відторгнення. Важливо те, що біоматеріали можна виготовляти в лабораторії, а потім відправляти їх у місце здійснення трансплантації. Таким чином можна створити потенційно масовий лікувальний засіб.

Експериментальним мишам острівці імплантували в нирки та в черевну жирову подушку. Якщо цей тип терапії зрештою застосовуватиметься для людей, острівці та біоматеріал, ймовірно, будуть вводитись лапароскопічно у сальник, тканину зі значною судинною системою, яка подібна на черевну жирову подушку мишей. Лабораторія, де працює Гарсія, раніше продемонструвала здатність стимулювати ріст кровоносних судин у клітини острівців, пересаджених у цю тканину, у мишей.

У майбутніх роботах дослідники хочуть з’ясувати, чи прийняття трансплантата може бути збережене в складніших імунних системах і протягом тривалішого періоду часу. Знижуючи пошкодження острівців трупів, нова методика може бути спроможною розширити кількість пацієнтів, яких можна лікувати за допомогою наявних донорських клітин. Лабораторія, де працює Гарсія, використовує частинки полімерного гідрогелю, діаметром близько 150 мкм, приблизно такого ж розміру, як і острівні клітини.

БІЛЬШЕ ПРО ІННОВАЦІЇ В МЕДИЦИНІ:

Джерело: Technology.org, переклад підготувала Ірина Гоял, спеціально для «Блог Imena.UA»