Ученые создали искусственную селезенку, очищающую кровь

18.09.201412420

Магнитные пузырьки в приборе «биоселезенка» связываются с кишечной палочкой (слева) и золотистым стафилококком (справа) и выводят их из крови. (фото: Harvard’s Wyss Institute)

Ученые разработали высокотехнологичный метод, помогающий организму в борьбе с инфекционными заболеваниями, даже если причиной их развития являются неизвестные патогены. Прибор, прототипом которого послужила селезенка, может быстро очистить кровь от любых патогенов, начиная от кишечной палочки (Escherichia coli) и заканчивая вирусом Эбола. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Medicine [1].

Вылечить человека от заражения крови может представлять собой сложную задачу, поскольку попадание патогенов в кровь может привести к развитию сепсиса, мощного ответа иммунной системы организма, сопровождающегося высокой смертностью. Более чем в половине случаев врачи не могут диагностировать причину инфекции, вызвавшей развитие сепсиса, поэтому они применяют антибиотики, атакующие широкий спектр бактерий [2]. Такой терапевтический подход не всегда эффективен и может привести к развитию резистентности к антибиотикам у бактерий.

Исследовательская команда под руководством Дональда Ингбера (Donald Ingber), биоинженера из Института Биоинженерии Уайса (Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, США), разработала прибор, выполняющий функции селезенки, который позволяет фильтровать кровь.

Основным функционирующим элементом нового прибора является модифицированный вариант манноз-связывающего лектина (mannose-binding lectin, MBL) – человеческого белка, который присоединяется к молекулам сахаров на поверхности более чем 90 различных бактерий, вирусов и грибов, а также токсинов, высвобождаемых погибшими бактериями. Именно эти токсины вызывают гиперреакцию иммунной системы при сепсисе.

Ученые покрыли магнитные нанопузырьки белком MBL. Кровь поступает в «биоселезенку» и проходит через микропузырьки, которые связывают большинство патогенов. Затем магнит, входящий в состав прибора, «вытягивает» из крови нанопузырьки и их источник. После этого кровь можно «вернуть» в организм пациента.

Прибор «биоселезенка» работает благодаря нанопузырькам, содержащим специфичный белок, и магниту, что позволяет очистить кровь от патогенов. (фото: Harvard’s Wyss Institute)

Тестирование нового прибора

Чтобы протестировать прибор, Ингбер и его команда экспериментально заразили крыс одним из двух видов бактерий – кишечной палочкой или золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus), а затем фильтровали кровь некоторых животных через биоселезенку. Через пять часов после инфицирования 89% крыс, чью кровь пропустили через прибор, остались живы. В контрольной группе, в которой крыс инфицировали патогенами, но не использовали биоселезенку, в живых осталось только 14% животных. Результаты исследований показали, что применение прибора позволило удалить более 90% бактерий из крови крыс. Кроме того, у грызунов, чью кровь пропустили через прибор, степень воспаления в легких и других органах была меньше. Полученные данные позволяют предположить, что организм этих животных был в меньшей степени склонен к развитию сепсиса.

После этого ученые решили определить, сможет ли биоселезенка очистить весь объем крови в организме среднестатистического взрослого человека, то есть около 5 литров. Для этого они пропустили человеческую кровь, содержащую смесь бактерий и грибов, через биоселезенку со скоростью 1 литр в час. Результаты исследования показали, что прибор удалил большинство патогенов из крови в течение пяти часов.

По мнению Ингбера, прибор обладает достаточной эффективностью, чтобы взять под контроль течение инфекционного процесса: после того как биоселезенка удалит большинство патогенов из крови, антибиотики и иммунная система смогут побороть оставшиеся следы инфекции в организме.

По словам Ингбера, биоселезенка может помочь в лечении пациентов, инфицированных не только бактериями и грибами, но и вирусами, например, ВИЧ или вирусом Эбола. При таких заболеваниях выживание человека зависит от возможности снизить концентрацию вируса в крови до минимальных значений. В настоящее время его исследовательская команда оценивает эффективность применения биоселезенки на свиньях.

Нигель Кляйн (Nigel Klein), эксперт в области инфекционных заболеваний и иммунитета из Университетского Колледжа Лондона (University College London, Великобритания), комментирует, что биоселезенка также может помочь специалистам по диагностике собрать образцы патогена из крови и затем культивировать их в лаборатории для идентификации болезнетворного микроорганизма и назначения пациенту лечения. По его мнению, поскольку переливание и фильтрация крови являются распространенными процедурами во врачебной практике, то уже через несколько лет могут начаться клинические испытания биоселезенки.

По материалам NatureNews

Оригинальная статья: Nature doi:10.1038/nature.2014.15917

Литература:
1. Kang, J. H. et al. Nature Med. http://dx.doi.org/10.1038/nm.3640 (2014).
2. Jones, A. E., Heffner, A. C., Horton, J. M. & Marchick, M. R. Clin. Infect. Dis. 50, 814–820 (2010).


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей