Спасение в крови: как переливание искусственных эритроцитов поможет врачам
Исследователи из Великобритании начали первое в истории медицины клиническое испытание красных кровяных телец, выращенных «в пробирке». Добровольцы, по чьим венам циркулируют созданные в лаборатории эритроциты, чувствуют себя хорошо. Если искусственные кровяные клетки окажутся столь же функциональными, как и естественные, их можно будет производить в промышленных масштабах.
Вопросы крови
Каждые две секунды в мире находится человек, нуждающийся в переливании крови или ее компонентов. Эта процедура необходима не только при кровопотере, но и при многих заболеваниях, например, анемии или лейкемии. Далеко не всегда переливается цельная кровь. Одним пациентам нужны эритроциты, другим — тромбоциты, третьим — препараты плазмы. Стандартный объем крови, забираемый у донора за один акт сдачи (донацию) — 450 мл. При правильном использовании эта доза может спасти две-три человеческие жизни.
По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), ежегодно в мире собирается около 119 млн донаций. Это не так уж много для планеты, население которой приближается к 8 млрд человек. К тому же 40% донорской крови приходится на страны с высоким уровнем дохода, где проживает 16% населения мира. И даже там ее не хватает, а уж в развивающихся странах и подавно. Последствия неутешительны: в одной только Индии от нехватки донорской крови погибает 12 000 человек в день. Особенно рискуют пациенты с редкими группами крови и отрицательным резус-фактором.
Здоровый человек может сдавать кровь каждые два месяца. Такой срок нужен, чтобы возместить потерю железа. Другие компоненты крови восстанавливаются еще быстрее. Несложно подсчитать, что за 50 лет донор мог бы сдать 135 л крови и спасти до 900 человек без ущерба для собственного здоровья.
Увы, далеко не во всех странах отлажена система сбора и использования донорской крови. И даже самые совершенные институты бессильны перед равнодушием потенциальных доноров. К примеру, 37% населения США имеет юридическую и медицинскую возможность сдавать кровь, но менее 10% делает это хотя бы раз в год. При этом 17% никогда не сдававших кровь американцев отмечают, что им просто не приходило в голову стать донором, а 15% — что у них нет на это времени. Между тем вся процедура от порога до порога клиники занимает около часа, а непосредственно забор крови — 10–15 минут.
Впрочем, есть проблемы, которые не решит даже донорская щедрость. При некоторых болезнях (например, серповидно-клеточной анемии) переливания требуются так часто, что организм больного вырабатывает антитела на донорские клетки. Иммунная система ничего не знает о рекомендациях гематологов и воспринимает чужеродный биоматериал как угрозу.
Между тем заменить донорскую кровь просто нечем. Искусственные кровезаменители существуют, но они неполноценны. Их функция — экстренная помощь, когда нужно, скажем, связать попавший в организм токсин или дать пациенту продержаться до переливания настоящей крови.
Однако биологи упорно работают над тем, чтобы у донорской крови появилась альтернатива. И в последнее время появились многообещающие результаты, связанные с использованием стволовых клеток.
Ствол жизни
Большинство клеток нашего тела навсегда определились с «профессией» для себя и своих потомков. При делении мышечной клетки может получиться только мышечная, и так далее. Да и делятся они не более 50 раз за всю жизнь (предел Хейфлика) из-за укорочения теломер. А некоторые клетки, например, нервные и кровяные, вообще не способны делиться. И если нейрон может прожить столь же долгую жизнь, как его обладатель, то век эритроцита короток: примерно четыре месяца.
Организм выходит из положения при помощи стволовых клеток. Сами эти клетки не делают ничего полезного: не сокращаются, не проводят нервные импульсы, не переносят кислород. Зато они умеют восстанавливать теломеры, поэтому теоретически могут делиться сколько угодно раз. А клетки-потомки, получившиеся при делении, могут прекратить быть стволовыми и развиться в клетку, имеющую «профессию».
Есть несколько типов стволовых клеток. Из некоторых могут получиться практически любые клетки, хоть мышечные, хоть нервные. Таковы, например, клетки эмбриона. Именно благодаря их универсальности и отсутствию для них предела Хейфлика из одной оплодотворенной яйцеклетки развивается целый организм.
Другие стволовые клетки более специализированы. Например, маленькие труженики костного мозга производят клетки крови, в том числе вышеупомянутые эритроциты.
Теоретически этот процесс можно перенести из живого костного мозга в лабораторию, а из лаборатории — на фармацевтическую фабрику. На практике, конечно, это не так просто. Команда из Бристольского университета работает над этим с 2009 года. Ученые соорудили искусственный костный мозг: полусантиметровый куб из полистирола, имитирующий структуру живого органа. Сюда высаживаются донорские стволовые клетки. Исследователи тщательно воссоздают биохимические сигналы, подталкивающие клетки делиться и развиваться в эритроциты.
Биологи надеются, что искусственно выращенные эритроциты будут функционировать так же хорошо и долго, как и естественные. Так ли это, покажет только эксперимент. Кровяные клетки «из пробирки» прошли доклинические исследования на культурах тканей и на животных. И вот теперь их впервые внедрили в кровеносную систему человека.
Планируется, что в первой фазе исследования примут участие как минимум десять здоровых добровольцев. Двое из них уже получили переливание. Не менее чем через четыре месяца, когда внедренные кровяные клетки успеют погибнуть, испытуемым предстоит еще одна процедура. На этот раз им перельют обычные донорские эритроциты. Потом ученые сравнят результаты.
Красная дорожка в будущее
Если лабораторные эритроциты начнут производиться в промышленных масштабах, с дефицитом донорского материала будет покончено. Кроме того, это будет очень хорошая новость для пациентов, которым требуются регулярные переливания.
Эритроциты живут четыре месяца, но переливания приходится делать чаще, поскольку в донорской крови присутствуют не только молодые, но и старые клетки. Частые процедуры повышают риск иммунных реакций, передозировки железа и других осложнений. А вот «из пробирки» выходят новенькие с иголочки эритроциты. И если только их срок жизни таков же, как у естественных собратьев, то и переливания можно будет делать раз в четыре месяца.
Но до появления новинки в процедурных кабинетах еще далеко. Едва началась первая фаза клинических испытаний. Ее главная задача — установить безопасность и переносимость процедуры. Поэтому эксперимент и проводится на здоровых добровольцах.
Во второй фазе, если дело до нее дойдет, будут участвовать пациенты с «профильными» патологиями. Здесь будет проверяться не только безопасность, но и эффективность лечения. Наконец, третья фаза — это проверка на очень большой выборке испытуемых. На этой стадии окончательно подтверждается безопасность и эффективность, вылавливаются редкие побочные эффекты и вообще собирается вся информация, необходимая для применения препарата.
Испытания делятся на три фазы именно потому, что лекарства и методы лечения регулярно «срезаются» то на первой фазе, то на второй, то на третьей.
И даже если препарат с блеском выдержит все проверки, нужно будет наладить его промышленное производство. Сантиметровую установку нельзя превратить в метровую, просто механически увеличив все компоненты. Она либо не будет работать вообще, либо обойдется слишком дорого. Даже в обычной химии, не говоря о биотехнологиях, промышленные решения настолько отличаются от лабораторных, что их подчас приходится разрабатывать чуть ли не с нуля.
Так что в ближайшие годы единственным источником кровяных клеток для тех, кто в них нуждается, будут вены доноров. Стоит помнить об этом, проходя мимо пункта сдачи крови.