Комплекс для формирования органа для трансплантации

Предлагаемая полезная модель относится к медицине и биологии. Целью полезной модели является создание устройства для получения донорских органов из собственных стволовых клеток пациента, внедренных во временный каркас органа, заполненный фрагментами донорского органа, причем замещение чужеродных клеток в донорском органе на собственные клетки реципиента происходит постепенно в организме, иммунная система которого не отторгает клеточный материал реципиента. Предлагаемое устройство содержит временный каркас для заполнения функционально полноценными, сохранившими микроскопическую архитектонику фрагментами формируемого органа с сосудистой системой, выполненный из рассасывающегося шовного материала и воспроизводящий анатомическую форму органа на микроскопическом уровне, и снабжен сосудистой сетью для подключения к сосудам фрагмента и шунтами, при этом сосудистая сеть временного Каракаса выполнена с возможностью параллельного подключения к соответствующему органу специально выращенного промежуточного организма, того же систематического класса, но иного вида, чем реципиент, рост и созревание которого значительно опережает рост и созревание человека, в данном случае реципиента, и которому в первые дни жизни или в эмбриональном состоянии были введены антигены реципиента для создания толерантности к ним, а также комплекс содержит электростимулятор для воздействия на головной мозг промежуточного организма для выработки эндорфинов, систему жизнеобеспечения промежуточного организма, осуществляющую его парентеральное и зондовое питание и контроль состояния его жизненных функций, и систему для культивирования и насыщения фрагмента клетками сальника и специализированными клетками органа реципиента для притока их во временный каркас через шунты.

Предлагаемая полезная модель относится к медицине и биологии и может быть использована для формирования органов для трансплантации из собственных стволовых клеток организма.

В последнее время исследования в области использования стволовых клеток приобрели массовый характер. Известен ряд устройств для культивирования стволовых клеток (1).

Однако данные устройства не позволяют формировать целостный функционирующий орган из клеток того же организма, которому впоследствии он будет пересажен. Это является главным и существенным недостатком данных устройств. Эти устройства не позволяют также создать полноценную архитектонику органа, которая способствует его оптимальному функционированию.

Попытки решить проблему различных заболеваний внутренних органов посредством пересадки донорских органов наталкивается на тканевую несовместимость донора и реципиента, и использование стволовых клеток как эмбрионального, так и мезенхимального происхождения являются альтернативой, сулящей большие успехи. Для полноценного формирования органа необходимо создание пространственной структуры. Для многих целей в тканевой инженерии встраивание дифференцированных клеток в структуры более высокого порядка будет существенным для функционирования имплантантов, и приобретение адекватной трехмерной структуры может также далее направлять созревание и специализацию дифференцированных клеточных типов(1) Человеческие стволовые клетки в работах Levenberg S, huang NF, lavik E, rogers AB, itsokovitz-eldor J, langer R были дифференцированы на полимерной платформе, разработанной для поддержки комплексных тканевых структур, здесь наблюдалось формирование структур с характеристиками нервной ткани, хряща и печени, а также сети трубочек, подобных кровеносным сосудам. (2)

Однако полноценной архитектоники органа, а тем более целостного органа, подобным способом сформировать нельзя. К тому же при выращивании органа вне организма данный орган лишен гормональных, электрических, электромагнитных и прочих воздействий макроорганизма, способствующих его оптимальному и скорому формированию. Широко известно, что воздействие эндорфинов стимулирует процессы регенерации. Кроме того системы жизнеобеспечения тканей вне организма чрезвычайно дороги.

В 1953 году П.Медаваром и М.Гашеком открыто явление иммунологической толерантности. В опытах на мышах и птицах эти авторы установили, что если ввести антигены в первые дни жизни или в эмбриональном состоянии, то в течение всей жизни у этих организмов не образуются антитела на введенные антигены. Подготовленным таким методом реципиентам можно пересаживать органы от тех доноров, чьи антигены им вводили. Однако использовать данный метод в практической медицине, создав на его принципиальной основе устройство для формирования органов для трансплантации, до настоящего времени никому не удавалось (3).

Известно устройство для продуцирования и размножения стволовых клеток, включающее резервуар для продуцирования и размножения стволовых клеток, отличающееся тем, что резервуар выполнен полупроницаемым, заполнен измельченной тканью сальника и измельченной дифференцированной тканью органа, в которую стволовые клетки должны трансформироваться, и расположен в мышце целостного организма, принятое нами за прототип (4).

Однако и с помощью его нельзя сформировать полноценный орган из собственных стволовых клеток пациента, нуждающегося в трансплантации.

Целью полезной модели является создание устройства, для формирования органа для трансплантации из собственных стволовых клеток пациента, внедренных во временный каркас органа.

Данная цель достигается наличием в устройстве временного каркаса для заполнения функционально полноценным, сохранившим микроскопическую архитектонику фрагментом формируемого органа с сосудистой системой, выполненного из рассасывающегося шовного материала и воспроизводящего анатомическую форму органа на микроскопическом уровне, и снабженого сосудистой сетью для подключения к сосудам фрагмента и шунтами, при этом сосудистая сеть временного Каракаса выполнена с возможностью параллельного подключения к соответствующему органу специально выращенного промежуточного организма, того же систематического класса, но иного вида, чем реципиент, рост и созревание которого значительно опережает рост и созревание человека, в данном случае реципиента, и которому в первые дни жизни или в эмбриональном состоянии были введены антигены реципиента для создания толерантности к ним, а также комплекс содержит электростимулятор для воздействия на головной мозг промежуточного организма для выработки эндорфинов, систему жизнеобеспечения промежуточного организма, осуществляющую его парентеральное и зондовое питание и контроль состояния его жизненных функций, и систему для культивирования и насыщения фрагмента клетками сальника и специализированными клетками органа реципиента для притока их во временный каркас через шунты.

Функциональной субъединицей органа, полноценно выполняющей функции органа, является например для печени - долька, для инсулинпродуцирующего органа - островок Лангерганса, для почек - нефрон с соответствующими канальцами и т.д.

Предлагаемое устройство содержит (Фиг 1.) временный каркас (2) для заполнения функционально полноценными, сохранившими микроскопическую архитектонику фрагментами формируемого органа с сосудистой системой, выполненный из рассасывающегося шовного материала и воспроизводящий анатомическую форму органа на микроскопическом уровне, и снабжен сосудистой сетью для подключения к сосудам фрагмента и шунтами, при этом сосудистая сеть временного Каракаса выполнена с возможностью параллельного подключения к соответствующему органу специально выращенного промежуточного организма (1), того же систематического класса, но иного вида, чем реципиент, рост и созревание которого значительно опережает рост и созревание человека, в данном случае реципиента, и которому в первые дни жизни или в эмбриональном состоянии были введены антигены реципиента для создания толерантности к ним, а также комплекс содержит электростимулятор для воздействия на головной мозг промежуточного организма для выработки эндорфинов (3), систему жизнеобеспечения промежуточного организма (4), осуществляющую его парентеральное и зондовое питание и контроль состояния его жизненных функций, и систему для культивирования и насыщения фрагмента клетками сальника и специализированными клетками органа реципиента для притока их во временный каркас через шунты (5).

Устройство работает следующим образом. Специально выращивают организм того же систематического класса, но иного вида, рост и созревание которого значительно опережает рост и созревание человека, в данном случае реципиента с подавленной толерантностью к тканям реципиента (пациента, нуждающегося в пересадке органа). Для этого данному организму в первые дни жизни или в эмбриональном состоянии вводят антигены реципиента, для создания толерантности к ним, таким образом предотвращают возможность отторжения клеток и тканей данного пациента. Параллельно с одноименным органом промежуточного организма подсоединяют временный каркас органа, воспроизводящий анатомическую форму органа на макроскопическом уровне с сосудистой сетью, полостями для функциональных субъединиц органа, и шунтами для постоянного притока клеток пациента, нуждающегося в пересадке органа (он же формируемый орган для трансплантации, насыщаемый клетками сальника и специализированными клетками органа пациента, нуждающегося в пересадке органа). Временный каркас органа заполняют функциональными субъединицами - функционально полноценными, сохранившими микроскопическую архитектонику фрагментами одноименного органа третьего организма, к которому существует регулируемая реакция отторжения. Сосуды фрагментов подсоединяют к сосудам временного каркаса органа. Этот временный каркас или формируемый орган постоянно насыщают клетками сальника в смеси со специализированными клетками одноименного органа пациента, нуждающегося в пересадке органа. На головной мозг промежуточного организма производят воздействие электростимулятором выработки эндорфинов. Система жизнеобеспечения промежуточного организма обеспечивает зондовое и парентеральное питание и контроль за состоянием промежуточного органокомплекса (как то: измерение артериального давления, электрокардиография, сатурации гемоглобина кислородом, водносолевой баланс, рН среды). Так же система жизнеобеспечения контролирует уровень эндорфинов в промежуточном организме и по принципу обратной связи регулирует интенсивность воздействия электростимулятора, одновременно осуществляет контроль за функцией формируемого органа для трансплантации и регулирует скорость его насыщения клетками сальника в смеси со специализированными клетками одноименного органа пациента. Так как к клеткам пациента, нуждающегося в пересадке органа у промежуточного организма выработана толерантность, эти клетки оказываются в более выигрышном положении по сравнению с фрагментами ткани третьего организма, которыми заполнен временный каркас органа, вызывающими реакцию отторжения. Когда в органе для трансплантации произойдет полная замена клеток донора на клетки реципиента при сохранении архитектоники и функции органа, орган для трансплантации пересаживают реципиенту.

Из сведений, подтверждающими возможность получения при осуществлении полезной модели технического результата можно привести следующие объективные данные. Например, для доказательства возможности применения промежуточного органокомплекса, состоящего из органов организма иного вида, нами был поставлен следующий эксперимент.

В эксперимент были взяты 3 мыши и 10 новорожденных крыс. Спустя 4 часа после рождения новорожденным крысам были введены измельченные ткани трех мышей. Для этого по 10 мг ткани каждой из трех мышей измельчались путем растирания со стеклянным песком и к полученной массе добавлялось 10 мл физиологического раствора. Полученная взвесь вводилась новорожденным крысам подкожно в количестве 0,2 мл.

Через 30 дней под эфирным наркозом на верхнюю треть спины крысы после удаления одного квадратного сантиметра кожи был пересажен участок кожи мыши соответствующих размеров. Спустя трое суток наблюдения макроскопически реакции отторжения не отмечалось. Не произошла данная реакция и спустя 9 суток. При вскрытии отмечалась спаянность пересаженного участка кожи мыши с мышцами крысы. По окончании эксперимента был произведен забой особей с последующим вскрытием и морфологическим анализом рубца. При гистологическом изучении препаратов было выявлено, что произошла полноценная васкуляризация пересаженного участка кожи мыши. Круглоклеточная инфильтрация, отек, полнокровие сосудов и другие признаки воспаления отсутствовали. Реакции отторжения не наблюдалось.

Таким образом, нам удалось создать химеру - организм состоящий из тканей двух организмов, относящихся к тому же к разным видам.

Эксперимент продемонстрировал возможность создания комплекса для формирования органа для трансплантации, что позволяет перейти ко второй ступени эксперимента - пересадке органа.

Из теоретических обоснований воздействия электростимуляторов на головной мозг можно отметить работы В.П.Лебедева по транскраниальной электростимуляции, основанные на использовании прямоугольных импульсов с частотой 77 Гц, которые стимулируют выработку -эндорфинов. При их воздействии наблюдается репаративный, седативный и иммуномодулирующий эффект (5).

Источники информации:

1. Биологические основы и перспективы терапии стволовыми клетками. Е.Б.Владимирсая, О.А.Майорова, С.А.Румянцева, А.Г.Румянцев, Москва, Медпрактика - М, 2005 г.

2. Differentiation of human embryonic stem cells on three-dimensional polymer scaffolds. Levenberg S, huang NF, lavik Е, rogers AB, itsokovitz-eldor J, langer R - Proc. NatlAcad. Sci. USA 100. - 12741. 2003.

3. Биология с общей генетикой. А.А.Слюсарев, Москва, «Медицина», 1978 г.

4. Устройство для продуцирования и размножения стволовых клеток. Патент на полезную модель 67988. Кауров Я.В., Каурова Г.Н. Приоритет полезной модели от 02 апреля 2007 г.

5. Влияние транскраниальной электростимуляции на адаптационное состояние. Л.Д.Маркина, Е.А.Кратинова. Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова, 8, 2002 г.

Комплекс для формирования органа для трансплантации, включающий среду для культивирования стволовых клеток, отличающийся тем, что состоит из временного каркаса для заполнения функционально полноценными, сохранившими микроскопическую архитектонику фрагментами формируемого органа с сосудистой системой, выполненного из рассасывающегося шовного материала и воспроизводящего анатомическую форму органа на микроскопическом уровне, и снабженного сосудистой сетью для подключения к сосудам фрагмента и шунтами, при этом сосудистая сеть временного каракаса выполнена с возможностью параллельного подключения к соответствующему органу специально выращенного промежуточного организма, того же систематического класса, но иного вида, чем реципиент, рост и созревание которого значительно опережает рост и созревание человека, в данном случае реципиента, и которому в первые дни жизни или в эмбриональном состоянии были введены антигены реципиента для создания толерантности к ним, а также комплекс содержит электростимулятор для воздействия на головной мозг промежуточного организма для выработки эндорфинов, систему жизнеобеспечения промежуточного организма, осуществляющую его парентеральное и зондовое питание и контроль состояния его жизненных функций, и систему для культивирования и насыщения фрагмента клетками сальника и специализированными клетками органа реципиента для притока их во временный каркас через шунты.