For første gang i Moskva-regionen, i MONIKI, dukkede et unikt apparat op - "Kunstig lever". Med sin hjælp kan du hjælpe en person selv i tilfælde, hvor leveren ikke længere er modtagelig for lægemiddelbehandling: med fulminant leversvigt, alvorlige former for cirrose, forgiftning, toksisk hepatitis. Nu findes en sådan enhed kun på tre hospitaler i Moskva: N.N. A.N. Bakulev, N.V. Sklifosovsky Research Institute for Emergency Medicine og i Main Military Clinical Hospital opkaldt efter akademiker N.N. Burdenko.

Problemet med behandling af kroniske leversygdomme er meget stort, da der fra år til år er en stigning i forekomsten af ​​alvorlige former for akut viral hepatitis såvel som giftig alkoholskade og medikamentleverskade. Indtil for nylig havde sådanne patienter ikke andet valg: enten transplantation eller død. Det er dog meget vanskeligt at give alle dem i nød en levertransplantationsprocedure på grund af manglen på donororganer, høje omkostninger og lange ventetider. En kunstig leverenhed er en effektiv måde at midlertidigt udskifte leveren på og kan være en "bro" til transplantation. Desuden kan erstatningsterapi med en kunstig leverenhed 48 timer før levertransplantation reducere mulige komplikationer betydeligt..

- Leveren er et unikt organ, der ikke kun har et stort antal funktioner, men også evnen til at regenerere og gendanne funktionelt med midlertidig udskiftning af dets funktioner med hardware uden for kroppen. Derfor kan brugen af ​​det kunstige leverapparat reducere dødeligheden hos patienter med leverinsufficiens betydeligt og hjælpe dem med at vente på transplantation, og i nogle tilfælde, når leverfunktionerne er genoprettet, for fuldstændigt at slippe af med dette behov - sagde cheftoksikologen i Moskva-regionen, chef for afdelingen for kirurgisk hæmokorrektion og afgiftning MONIKI Alexander Fomin.

Apparat til ekstrakorporal blodrensning - "Biokunstig lever"

Forsknings- og designarbejde udført af Miass Plant of Medical Equipment (generaldirektør V.I. Suprun) i samarbejde med laboratoriet "Kunstige organer og celler" fra SUNTS RAMS (leder af laboratorieprofessor V.E. Ryabinin) og Center for Cellular Technologies ved Regional Clinical Hospital, tilladt at nærme sig udviklingen af ​​en ny ekstrakorporal metode til afgiftning og normalisering af metaboliske processer ved hjælp af en udvekslingsanordning til apparatet til ekstrakorporal blodrensning "Biokunstig lever". Modeleksperimenter og dyreforsøg har vist den høje effektivitet af metoden, som manifesteres i lægemidlets evne fra svinelever (biodialysat) til at aktivere afgiftningsprocesser, reducere intensiteten af ​​patologiske processer og normalisere indholdet af forskellige blodkomponenter. Desuden er der i processen med kontakt med blod (gennem en semipermeabel membran) fra leverpræparatet ind i blodet ved hjælp af almindelige diffusionsstoffer, der er nødvendige for vital aktivitet: aminosyrer, vitaminer, glukose, energisubstrater osv. Dette indikerer, at den foreslåede metode ikke kun inkluderer potentialet for implementering af afgiftningsprocesser, men også for udførelse af erstatningsterapi efter typen af ​​transfusionsbehandling. Det aktive princip i biodialyse er det mikrosomale afgiftningssystem og biologisk aktive metabolitter: aminosyrer, ATP, ascorbinsyre og andre komponenter. Teknologien til anvendelse af biodialysat adskiller sig væsentligt fra brugen af ​​en konventionel dialysatløsning, som udgjorde nye tekniske udfordringer for udvikleren af ​​udstyret.

Sammenlignet med de enheder, der hidtil er udviklet, har det foreslåede system følgende fordele og funktioner:

  • systemet gør det muligt at erstatte ikke kun afgiftningen, men også leverens metaboliske funktion;
  • systemet giver hurtig udførelse af operationer, som gør det muligt at bruge det i tilfælde af massetab, naturkatastrofer, terrorangreb osv.;
  • systemet er softwarestyret og gør det på baggrund af algoritmerne udviklet i projektet muligt fleksibelt at ændre driftstilstanden i overensstemmelse med det problem, der løses.

De tekniske løsninger til prototypeanordningen fremstillet på basis af hæmodialyseanordningen indeholder flere grundlæggende forskelle fra den traditionelle hæmodialyse:
- det hydrauliske system, hvori biodialysatet bevæger sig, minimeres i volumen og er åbent, bundet til atmosfæren i biodialysatlagertanken;
- processen med termisk stabilisering er ikke forbundet med forbruget af biodialysat.

Disse tekniske løsninger giver:

  1. en lang række volumener af det anvendte biodialysat, hvis mindste mængde er 1000 ml
  2. en bred vifte af bio-dialysatforbrug, som giver dig mulighed for at optimere patientens kropsrensningsregime;
  3. muligheden for at kombinere virkningerne af et biodialysat med alle kendte typer af hæmodialyse, ultrafiltrering, hæmofiltrering og hæmosorption.

Softwaren oprettet i MS DOS-miljøet blev testet og debugget på en specialiseret arbejdsplads under fremstillingen af ​​en prototype af enheden. Kontrol- og måleinstrumenter og en personlig computer som en del af en specialiseret arbejdsplads til fremstilling af en prototype af det leverede apparat:

  • Skrivning og redigering af algoritmen for apparatets funktion.
  • Indtastning af den programmerede algoritme i mikroprocessorers skrivebeskyttede hukommelse.
  • Test og fejlretning af elektriske elementer og mikroprocessor kontrolenhed;
  • Bænktest af apparatets funktion.

Efter fejlretning blev softwaren installeret i maskinstyringssystemet, hvis centrum er den industrielle computer PPC - 57S - SA - T med en berøringsskærm.
Brug af et kombineret display og tastatur forenklede styringen af ​​enheden og gjorde det muligt at koncentrere operatørens opmærksomhed på den integrerede visning af et sæt parametre, der karakteriserer tilstanden. Derudover var brugen af ​​et grafisk display af strukturelle og økonomiske årsager mere berettiget.

Særlige undersøgelser har vist muligheden for at anvende albumindialysemaskiner og udføre plasmafereseoperationer, hvilket væsentligt øger dets potentielle terapeutiske effekt. Hvis vi analyserer de aktuelt fremstillede apparater til ekstrakorporal blodrensning, er den nærmeste analog af "Bioartificial Liver" -enheden efter formål og funktionalitet den "Mars" -enhed fra det tyske firma Teraklin AG. Det skal især bemærkes, at "Mars" -enheden ikke er en enkeltstående enhed, den kan kun fungere sammen med en hæmodialyse-enhed, og selv da ikke med alle. "Bioartificial Liver" -apparatet er derimod en fuldstændig autonom enhed. "Mars" -enheden kan kun arbejde med sit eget sæt forbrugsvarer, og det er meget dyrt. Indtil i dag har "Bioartificial Liver" -apparatet implementeret tre forskellige typer terapier, mens "Mars" -apparatet kun har en. Samtidig gør tilstedeværelsen af ​​et tilstrækkeligt sæt sensorer, aktuatorer (pumper, ventiler, varmeapparater osv.) Og en kraftig panelcomputer i "Bioartificial Liver" -apparatet det let at øge antallet af behandlinger, der udføres på apparatet. Ved kun at ændre softwaren til panelcomputeren på enheden "Biokunstig lever" vil det være muligt at udføre hæmosorption og plasmaforese.

Enhedens prototype med hensyn til let vedligeholdelse og ergonomi opfylder generelt moderne krav til hæmodialyse-enheder. Funktionen af ​​prototypen under eksperimentel forskning viste sig at være tilfredsstillende. Enhedens prototype svarer til opgaven.

I øjeblikket er designdokumentationen for enhedens prototype frigivet, indkøb af materialer og købte produkter er afsluttet.

Forsknings- og udviklings- og udviklingsarbejde samt udarbejdelse af design- og ingeniørdokumentation har vist muligheden for at samle sådanne enheder og fremstille lægemidlet hos virksomhederne i Chelyabinsk-regionen.
Potentiel tilvejebringelse af tekniske ressourcer og animalsk væv indikerer tilstrækkelig tilgængelighed af råvarebasen i vores land.

Den tekniske gennemførelse af projektet planlægges udført på basis af Aseptiske medicinske systemer CJSC og Miass Medical Equipment Plant (Miass, Chelyabinsk-regionen), som har den relevante licens og erfaring i produktionen af ​​medicinske produkter. Personalet i disse virksomheder er bemandet med erfarne, højt kvalificerede specialister..

Produktionsprocessen er ikke forbundet med dannelsen af ​​skadelige eller giftige stoffer, og produktionsstadierne af lægemidlet fra svinenes lever kontrolleres i overensstemmelse med de eksisterende produktionsregler.

Implementeringen af ​​projektet vil reducere dødeligheden markant hos patienter med leversvigt (i øjeblikket er det 80-90%), normalisere metaboliske processer ved kroniske leversygdomme, forskellige forgiftninger og skader og forbedre patienternes livskvalitet. Gennemførelsen af ​​arbejdet vil gøre det muligt at udfylde en tom niche på markedet for medicinsk udstyr og sikre Ruslands prioritet på dette område. Det er også muligt at oprette bærbare systemer, der kan bruges i marken under militære operationer med massiv indlæggelse af patienter efter naturkatastrofer og terrorhandlinger..

Flere millioner mennesker dør hvert år af leversvigt og forgiftning af forskellig oprindelse over hele verden. Kun 10% af det samlede antal patienter, der har behov for levertransplantation, får tilstrækkelig kirurgisk behandling. De høje omkostninger ved sådanne operationer (200.000 amerikanske dollars), den lave tilgængelighed af donororganer og en konstant stigning i sygelighed viser imidlertid, at det er umuligt at løse problemerne med organ- og celleterapi med gamle midler i ethvert land, selv de rigeste. Derfor er der en enorm efterspørgsel efter enheder af denne type både i Rusland og i udlandet. I fremtiden kan regionale, by- og regionale hospitaler udstyres med lignende enheder og teknologi. Et vigtigt forbrugselement til apparatets funktion er et frysetørret (tørret) præparat fra svinelever, som kan anskaffes og opbevares i lang tid (mindst et år) inden brug. I fremtiden forventes konstant vækst og udvikling af markedet under hensyntagen til den øgede efterspørgsel og vækst i eksportpotentialet til udviklingslandene.

Under fremstillingsprocessen er det muligt at modernisere og forbedre designet, især oprettelsen af ​​bærbare enheder med henblik på nødsituationsministeriet og forsvarsministeriet. At etablere serieproduktion reducerer prisen på produkter med 25-30% og øger rentabiliteten i produktionen.

Indretningen til ekstrakorporal blodrensning "Biokunstig lever" er beregnet til behandling af sygdomme ledsaget af alvorlig leverskade med udvikling af leversvigt (konsekvenser af hepatitis, cirrose osv.), Akut forgiftning og endogen forgiftning af forskellig art, støtte fra patienter, der er på ventelisten inden levertransplantation og efter transplantation. Kan bruges i hepatologi- og toksikologicentre, afdelinger for kirurgi og transplantologi, intensivpleje, tyngdekirurgi osv..

MARS-terapi (albumindialyse)

Afgiftning afdeling

MARS-systemet blev udviklet i 1993 og blev først anvendt i klinisk praksis i 1996. MARS-terapi er i øjeblikket den mest almindelige metode til at opretholde leverfunktion..

Vores afdeling var en af ​​de første, der anvendte albumindialyse (MARS-terapi) hos patienter, der led af leversvigt. I 9 års arbejde er der samlet en betydelig erfaring med brugen af ​​albumindialyse (MARS-terapi). MARS-terapi anvendes ved akut leversvigt og forværring af kronisk leversvigt. Metoden giver dig mulighed for hurtigt og effektivt at stoppe kliniske og laboratorie manifestationer af leversvigt, gendanne effektiviteten af ​​lægemiddelterapi, dvs. skabe en vis kompensation for den underliggende sygdom og forbedre livskvaliteten for patienter i sygdommens slutfase, reducere dødeligheden, i nogle tilfælde undgå levertransplantation eller udsætte operationen.

Behandlingen udføres i afdelingen:

Afgiftning afdeling

Plasmaferese, kaskadeplasmafiltrering, erythrocytopherese, hæmodialyse, hæmofiltrering, selektiv plasmaferese med højt volumen, albumindialyse (MARS-terapi); hemoquantum-behandlingsprocedurer: UV-bestråling af blod- og ozonbehandling; automatisk donation osv..

En kunstig lever blev opfundet i Rusland

Et eksperiment på rotter gav et fantastisk resultat

09/04/2014 kl. 16:36, visninger: 15679

En fornemmelse i husholdningsmedicin - forskere har endelig skabt en kunstig lever! Indtil den er transplanteret i stedet for patienten, "celle-engineering" strukturen "kun" placeres kun ved siden af ​​den, men resultaterne er forbløffende: selv med alvorlig leversvigt gendanner organet sine tidligere funktioner fuldstændigt, og patienten kommer sig. Forfatteren af ​​en unik teknik, direktør for Federal Scientific Center for Transplantology and Artificial Organs opkaldt efter V.I. Akademiker V.I. Shumakova, akademiker for RAS Sergei GOTIER.

Behovet for behandling af kronisk leversygdom er stort. Indtil for nylig havde sådanne patienter ikke andet valg: enten transplantation eller død. En levertransplantation fra en sund person er forbundet med mange tilstande: donoren skal have et godt helbred, være en slægtning til patienten osv. Generelt er det ikke tilfældigt, at det årlige behov for transplantation af dette vitale organ i gennemsnit kun er opfyldt med 50 procent..

I vores land, i slutningen af ​​sidste år, blev forsvarsministeriet uventet bekymret over dette emne og annoncerede et bud på oprettelse af en kunstig lever på ekstremt kort tid. Det var omkring flere måneder. Alle, der var involveret i dette emne, diskuterede derefter levende denne escapade og kom til den konklusion, at en sådan periode var urealistisk. Militæret trak til sidst ansøgningen tilbage.

I mellemtiden var der på Transplant Center arbejdet på at skabe en bio-kunstig lever, som det kun blev muligt at annoncere i dag. Forskere har brugt 3 år på oprettelse af et stof og testet det på forsøgsdyr.

- Vi tænkte, kunne vi ikke først skabe en kultur af leverceller, der kunne udføre et organs funktion? - minder Gaultier om. - Separat formeres leverceller - hepatocytter og fungerer ikke. For at gøre dette skal du placere dem i en speciel "ramme", skabe en tissue-engineering struktur og derefter flytte denne struktur til det syge organ.

- Først oprettede du en bio-kunstig masse, der havde leverfunktioner?

- Ja, vi skabte den på basis af knoglemarvsstamceller og leverceller samt specielle materialer, der hjælper en fremmed masse med at slå rod i kroppen. Hun viste sig at være fuldt funktionel - hun udførte alle leverens grundlæggende funktioner. Dette renser kroppen for allergener, giftstoffer og andre toksiner, afgiftende overskydende hormoner og vitaminer.

- Hvordan kontrollerede du det?

- Prækliniske tests blev udført på laboratorierotter, hvor leveren tidligere blev praktisk taget ødelagt. Hvad der var tilbage af det, introducerede vi vores stof med fungerende celler. Som et resultat, 90 dage efter transplantationen af ​​den biokunstige analog af leveren, fandt vi levedygtige hepatocytter og nye spirede kar i den tidligere, næsten døde lever af rotten. Det vil sige, vi registrerede "revitalisering" af leveren og den tilhørende opsving af vores patient. Hun levede og havde det godt et år efter transplantationen, hvilket næppe ville have været muligt med hendes første diagnose..

- Du gav håb til mange.

- Måske, men bemærk venligst - vi forsøger ikke at helbrede levercirrhose. Vi kan enten opretholde orgelet i normal tilstand, som vist i vores eksperiment med gnavere, eller fjerne det og transplantere et nyt..

- Og denne fase er langt væk?

- Det er kun et spørgsmål om tid, og vi har til hensigt at prøve i den nærmeste fremtid at dyrke en hel rotterlever adskilt fra sin krop i en bioreaktor. Til dette bestilles biomasse, det vil sige, som om det er lagt ud i lag, det organ, vi har brug for, dannes og dyrkes i en bioreaktor. Nå, hvis denne oplevelse viser sig at være en succes, vil det efter rotter være muligt at fortsætte med transplantationen af ​​et kunstigt organ til en person..

Avisoverskrift: Grow, Liver, Big and Small
Udgivet i avisen "Moskovsky Komsomolets" nr. 26616 dateret 5. september 2014

masterok

Murske.zhzh.rf

Vil du vide alt

Forskere fra Shumakov Federal Scientific Center for Transplantology and Artificial Organs (FNT'er) for første gang i Rusland har skabt en bio-kunstig lever baseret på cellulære teknologier. Succesrige prækliniske forsøg er allerede bestået. Leder af Institut for Eksperimentel Transplantologi og Kunstige Organer i Center Murat Shagidulin talte om dette på I All-Russian Symposium "Latest Cell Technologies in Medicine" afholdt i Novosibirsk Academgorodok.

Teknikken blev udviklet af FSC-teamet under ledelse af direktøren, akademiker for det russiske videnskabsakademi Sergei Gauthier (han er også den vigtigste transplantatolog i Rusland).

Hvordan blev det nye kunstige organ skabt? Læser...

Der blev taget en leverbioframe, hvorfra alle væv blev fjernet ved hjælp af en speciel teknologi, og kun proteinstrukturerne i blodkar og andre organkomponenter var tilbage. Derefter blev denne "armatur" koloniseret af sine egne dyrkede celler i knoglemarv og lever og implanteret i leverparenkymet eller stænk i tyndtarmen.

Som et resultat fandt vævsregenerering sted, den beskadigede lever blev fuldstændigt genoprettet. Prækliniske forsøg med rotter med akut eller kronisk leversvigt har været ret succesrige. Et år efter transplantationen døde ikke et enkelt forsøgsdyr - mens halvdelen af ​​rotterne i kontrolgruppen døde.

Menneskelige kliniske forsøg er stadig langt væk. Imidlertid har skaberne af den nye bio-kunstige lever store forhåbninger for deres afkom. Ifølge Federal Scientific Center. Akademiker V.I.Shumakov, leversvigt, hvis hovedårsag er levercirrhose og viral hepatitis, er syvende blandt årsagerne til handicap, og levercirrhose er den fjerde dødsårsag hos mennesker over 40 år.

Forfatteren af ​​en unik teknik, direktør for Federal Scientific Center for Transplantology and Artificial Organs opkaldt efter V.I. Akademiker V.I. Shumakova, akademiker for RAS Sergei GOTIER.

Behovet for behandling af kronisk leversygdom er stort. Indtil for nylig havde sådanne patienter ikke andet valg: enten transplantation eller død. En levertransplantation fra en sund person er forbundet med mange tilstande: donoren skal have et godt helbred, være en slægtning til patienten osv. Generelt er det ikke tilfældigt, at det årlige behov for transplantation af dette vitale organ i gennemsnit kun er opfyldt med 50 procent..

I vores land, i slutningen af ​​sidste år, blev forsvarsministeriet uventet bekymret over dette spørgsmål og annoncerede et bud på oprettelse af en kunstig lever på ekstremt kort tid. Det var omkring flere måneder. Alle, der var involveret i dette spørgsmål, diskuterede derefter levende denne escapade og kom til den konklusion, at en sådan periode var urealistisk. Militæret trak til sidst ansøgningen tilbage.

I mellemtiden var der på Transplant Center arbejdet på at skabe en bio-kunstig lever, som det kun blev muligt at annoncere i dag. Forskere brugte 3 år på oprettelsen af ​​et stof og testede det på forsøgsdyr.

- Vi tænkte, kunne vi ikke først skabe en kultur af leverceller, der kunne udføre et organs funktion? - minder Gaultier om. - Separat formeres leverceller - hepatocytter og fungerer ikke. For at gøre dette skal du placere dem i en speciel "ramme", skabe en struktur for vævsteknik og derefter flytte denne struktur til det syge organ.

- Først oprettede du en bio-kunstig masse, der havde leverfunktioner?

- Ja, vi skabte den på basis af knoglemarvsstamceller og leverceller samt specielle materialer, der hjælper en fremmed masse med at slå rod i kroppen. Hun viste sig at være fuldt funktionel - hun udførte alle leverens grundlæggende funktioner. Dette renser kroppen for allergener, giftstoffer og andre toksiner, afgiftende overskydende hormoner og vitaminer.

- Hvordan kontrollerede du det?

- Prækliniske tests blev udført på laboratorierotter, hvor leveren tidligere var praktisk taget ødelagt. Hvad der var tilbage af det, introducerede vi vores stof med fungerende celler. Som et resultat, 90 dage efter transplantationen af ​​den biokunstige analog af leveren, fandt vi levedygtige hepatocytter og nye spirede kar i den tidligere, næsten døde lever af rotten. Det vil sige, vi registrerede "revitalisering" af leveren og den tilhørende opsving af vores patient. Hun levede og havde det godt et år efter transplantationen, hvilket næppe ville have været muligt med hendes første diagnose..

- Du gav håb til mange.

- Måske, men bemærk venligst - vi forsøger ikke at helbrede levercirrhose. Vi kan enten opretholde orgelet i normal tilstand, som vist i vores eksperiment med gnavere, eller fjerne det og transplantere et nyt..

- Og denne fase er langt væk?

- Det er kun et spørgsmål om tid, og vi har til hensigt at prøve i den nærmeste fremtid at dyrke en hel rotterlever adskilt fra sin krop i en bioreaktor. Til dette bestilles biomasse, det vil sige, som om det er lagt ud i lag, det organ, vi har brug for, dannes og dyrkes i en bioreaktor. Nå, hvis denne oplevelse viser sig at være en succes, vil det efter rotter være muligt at fortsætte med transplantationen af ​​et kunstigt organ til en person..

"Du sidder allerede i min lever!" - vi siger normalt for at "få" en person. Men leveren blev slet ikke givet til os, så ”nogen ville sidde” der hele tiden - dette vigtigste organ udfører beskyttende funktioner i kroppen. Leveren er som et kraftigt filter, der er designet til at neutralisere de giftstoffer, der dannes som et resultat af metaboliske reaktioner: det omdanner forskellige giftige forbindelser, fjerner og ødelægger bakterier. Men ikke kun leveren er involveret i at beskytte kroppen mod invasionen af ​​ubudne "agenter". Dette største indre organ kan med rette kaldes det menneskelige legems hovedlaboratorium, hvor der udføres op til 20 millioner (!) Kemiske reaktioner pr. Minut. I leveren sker nedbrydning og syntese af proteiner, der er nødvendige for vores krop, her glykogen syntetiseres og akkumuleres delvist ikke mindre nødvendigt for os, fedt fordøjes her. Ud over glykogen lagrer leveren mange vitaminer og jern. Biokemiske processer i leveren gør det muligt at opretholde en normal kropstemperatur.

Leveren er et så vigtigt organ i kroppen, at det ofte kaldes "det andet hjerte". Hvis funktionsfejl begynder, begynder tarmene straks at arbejde dårligt, søvnen forstyrres, nervøsiteten øges, og binyrens funktionelle aktivitet falder. Desuden - selv skjoldbruskkirtlen kan reduceres.

Indtil dette tidspunkt har forsøg på at skabe en kunstig lever ikke været vellykket, og mange troede, det var usandsynligt, at det nogensinde ville være. Fjernelse af leveren resulterer i død inden for maksimalt fem dage. Sandt nok har dette unikke organ en bemærkelsesværdig evne til at regenerere - leveren er i stand til at komme sig, selv når den fjernes med mere end 70%. Det er klart, at uden en normalt fungerende lever er det meget vanskeligt, hvis ikke umuligt, at opnå succes inden for bodybuilding. På grund af problemer med dette organ vil du ikke kunne spise ordentligt, og ernæring er grundlaget for succes inden for bodybuilding. Søvn forstyrres, hvilket betyder, at det er umuligt at komme sig fuldstændigt tilbage efter stress. Forstyrrelser i leveren kan føre til hypothyroidisme, hvilket gør det vanskeligt at tabe sig, får dig hurtigere til at blive træt. Leverfejl kan føre til en mangel eller et overskud af østradiol i mænds blod, og både det første og det andet for dig og mig er meget uønskede fænomener, der direkte "rammer" muskelmasse.

Noget andet interessant om medicinske emner for dig: her for eksempel 18 myter om den menneskelige krop, som du troede på i årevis, men et virus, som der ikke er nogen kur mod, eller for eksempel vidste du, at kobber dræber ?

MARS-terapi til behandling af leversvigt.

Betydning og funktion af leveren

Leveren tilhører absolut vitale organer, den udfører flere vitale funktioner. På engelsk er ordene "live" og "liver" praktisk taget homonymer: henholdsvis "live" og "liver". På russisk skyldes ordet "lever" sin oprindelse til det faktum, at temperaturen i leveren er højere end kroppens gennemsnitstemperatur, fra ordet "ovn". Det kasakhiske ord for lever henviser til en nær, kær person. Blandt Krim-tatarerne plejede elskere at kalde hinanden "min lever" for at understrege, at de ikke kan leve uden ham eller hende. Det var leveren, der hakkede i Prometheus, som var lænket til en klippe af en ørn sendt af Zeus for at straffe ham for at overføre ild til mennesker..

Leverens hovedfunktioner:

  • Neutralisering og eliminering af giftige forbindelser, især omdannelse af giftig ammoniak til urinstof,
  • Opretholdelse af normale blodsukkerniveauer. Leveren indeholder lagre af polysaccharidglykogen, når niveauet af glukose i blodet falder, glykogen nedbrydes, og monosaccharidglucosen dannes, som er tilgængelig til absorption af kroppens celler og trænger ind i hjernen
  • Opretholdelse af den krævede sammensætning af aminosyrer og blodproteiner. I leveren forekommer syntesen og nedbrydningen af ​​mange proteiner, især albumin, globuliner osv..

Galdesyntese. Samtidig har selve galden flere vigtige funktioner.

  • Syntese af koagulationsfaktorer. I leversygdomme forekommer blodpropper, oftere efter blødningstype
  • Assimilering af "energibærere" i kroppen (fedtstoffer)
  • Deltagelse i udveksling af hormoner. I leversygdomme, hormonelle lidelser, behandling og udskillelse fra kroppen af ​​stoffer, giftige stoffer, alkohol osv..

Leveren deltager således i metabolismen af ​​proteiner, fedtstoffer, kulhydrater, vitaminer, er et depot, hvor disse stoffer "opbevares" i tilfælde af behov..

En tilstand, hvor en leversygdom forringer leverfunktionen kaldes leversvigt. Dens vigtigste mulige manifestationer er: gulhed i huden og slimhinderne, en forøgelse af maven på grund af ophobning af væske, flatulens, diarré, tyngde i maven, dårlig fordøjelse af fede fødevarer, forstørrede vener i underlivet, især i navlen, lugten af ​​acetone, en kraftig forringelse af tilstanden, neurologiske lidelser (leverbetændelse) encephalopati) og i slutningen af ​​sygdommen leverkoma.

Årsager til leversygdom

Forskere har allerede gjort nogle fremskridt med behandling af viral leverskade (hepatitis), men forekomsten af ​​viral hepatitis er fortsat deprimerende høj. WHO anslår, at 240 millioner mennesker er kronisk inficeret med hepatitis B-virus, og 130-150 millioner mennesker lider af hepatitis C.

Med den udviklede levercirrhose er lægemiddelbehandling ineffektiv, og levertransplantation er en kompleks og dyr operation, der er utilgængelig for de fleste mennesker i nød. Ud over vira kan leveren påvirkes af forskellige toksiner (alkohol, giftige svampe, skadelige fødevarekomponenter, erhvervsmæssige farer og miljøfaktorer), overskydende jern og kobber i kroppen. Leversygdomme kan udvikles som et resultat af autoimmune lidelser, kredsløbssygdomme.

Behandlingsmetoder

I medicin, hvis et organs funktion ikke kan gendannes, forsøger de at erstatte det. Dette er de såkaldte ekstrakorporale metoder, dvs. "uden for kroppen". Du kender til kunstige nyreanordninger (hæmodialyse), kunstig lungeventilation og blodcirkulation, som reddede eller forlængede livet, gjorde det mere behageligt for millioner af patienter. Det viste sig at være det sværeste at skabe noget lignende i forhold til leveren i betragtning af dens anatomiske struktur og multifunktionalitet..

Hvad er MARS?

Forsøg på at rense blodet fra giftige stoffer i henhold til princippet om en kunstig nyre var mislykkede, fordi de fleste toksiner i dette tilfælde ikke er opløselige i vand, men har tendens til at binde sig til proteiner. Derfor har forskere ledt efter de nødvendige stoffer til dialyse i mange år. Som et resultat af disse søgninger blev der oprettet et moderne innovativt system MARS, et molekylært adsorbentgenvindingssystem. I den engelsksprogede litteratur bruges det lignende udtryk MARS. Hvad betyder disse ord?

M - Albuminmolekyler binder giftige stoffer, der er uopløselige i vand

A - disse stoffer adsorberes (dvs. "trækkes") fra patientens blod. Adsorption er en proces, der finder sted ved grænsen til to medier (fast og flydende, flydende og luftformigt).

P - præfikset "Re" betyder, at cyklussen gentages flere gange

MARS-systemet bruger albumin, et stort blodprotein fra sunde donorer, som en dialysevæske. Blodet fra en patient med leversvigt cirkulerer i kapillærer (rør med lille diameter) i et specielt filter (hæmofilter), og uden for disse rør er der en albuminopløsning. Denne eksterne albuminopløsning absorberer toksiner fra patientens blod. Dette skyldes, at den membran, som hemofilteret er fremstillet af, er halvgennemtrængelig, dvs. giftige stoffer kan kun bevæge sig i én retning - fra blod til albuminopløsning.

I fysik er der et koncept - koncentrationsgradienten. Koncentrationen af ​​skadelige stoffer i patientens blod er høj, i dialysevæsken - det er de ikke. På grund af forskellen i koncentration overføres derfor toksiner fra blodet til dialyseopløsningen (diffusion) og kombineres med albuminmolekyler. Albuminopløsningen passerer kontinuerligt cyklisk gennem en anionbytterharpiks, et sorbent (filter med ubestrøget aktivt kul) og et specielt hæmofilter. Harpiks fjerner bilirubin fra albumin, aktivt kul - fra galdesyrer og hæmofilter - fra vandopløselige toksiner. Derefter føres den oprensede dialyseopløsning igen ind i det eksterne dialysekredsløb..

MARS-systemet har således klare fordele: en lukket sløjfe, dvs. blodet kommer ikke i kontakt med systemets rengøringselementer, og der er derfor ingen risiko for, at patogene mikroorganismer passerer fra blodet til systemet, og at filterkomponenten passerer ind i patientens blod. Kun stoffer med en lille molekylvægt kan passere gennem filtermembranen fra blodet ind i dialysevæsken.

En anden fordel er selektivitet, dvs. selektivitet. Ved hjælp af MARS fjernes kun skadelige stoffer fra kroppen, alle andre blodkomponenter vender tilbage til blodbanen i modsætning til plasmaferese, hvor en del af patientens plasma fjernes.

Under hensyntagen til den høje effektivitet og sikkerhed ved proceduren anbefaler specialister fra Hadassah Ein-Kerem-klinikken og udfører MARS-behandling med succes for patienter med leversvigt. Albumindialyse forbedrer patientens tilstand og analyser markant, giver dig mulighed for at få tid til at vælge en kompatibel donor til levertransplantation.

Det første kunstige leverapparat i SNG blev installeret i Gomel

På Gomel Regional Specialized Clinical Hospital (GOSKB) er der installeret en kunstig leverenhed "Prometheus". Hviderusland blev den første i SNG og det syvende land i verden med sådant udstyr. Leder af Afdelingen for nefrologi og dialyse ved det statlige kliniske hospital Andrei Vorushchenko fortalte BelTA om dette.

Ifølge ham er installationen af ​​udstyr og dets test afsluttet. Den 20. januar forbindes den første patient til enheden. Metoden anvendt til behandling af den kaldes korrekt "fraktioneret plasmaferese med separation og adsorption i kombination med høj permeabilitet hæmodialyse". Det kan udføres på verdens eneste apparat kaldet "Prometheus".

Faktum er, at det er ekstremt vanskeligt at skabe en passende kunstig erstatning for den menneskelige lever. Når alt kommer til alt, forsyner dette organ ud over at fjerne toksiner fra kroppen nyttige stoffer: proteiner, hormoner, aminosyrer, vitaminer og andre. Det viste sig at være ekstremt vanskeligt at kombinere disse funktioner i en enhed..

I dag er der kun to kunstige leverenheder på verdensmedicinske marked - "Prometheus" og "Mars". De blodrensningsmetoder, der anvendes i hver af dem, er fundamentalt forskellige. Til driften af ​​"Mars" anvendes biologiske stoffer, nemlig donoralbumin. Én session kræver 600 ml 20% donoralbumin. Du kan få denne mængde stof fra 60 donorer. Dette gør behandling med enheden ekstremt dyr. Derudover kommer fremmed og ikke beslægtet materiale ind i patientens krop..

Enheden "Prometheus" er unik, fordi den ikke kræver brug af biologiske stoffer. Desuden kombinerer det dialyse- og adsorptionsprocedurer. Det vil sige, i apparatet passerer patientens blod gennem et specielt filter, der tilbageholder blodlegemer og store proteinmolekyler. På dette tidspunkt passerer blodplasma sammen med albumin og mindre proteinmolekyler gennem to adsorptionskolonner. Det er her toksinerne adskilles fra albuminet. Derefter kombineres blodplasma og oprenset albumin med blodlegemer og dialyseres. Sidstnævnte er nødvendigt for at fjerne de resterende vandopløselige toksiner. Det rensede blod returneres derefter til patienten.

Det kunstige leverapparat er designet til at behandle et stort antal patienter. Først og fremmest - til patienter med akut leversvigt, især i tilfælde af dets kombination med nedsat nyrefunktion. Anvendelsen af ​​enheden vil også være effektiv til akut og kronisk hepatitis.

Selvom "Prometheus" overalt i verden hovedsageligt bruges til at forberede patienter til levertransplantation. For eksempel et stykke tid, indtil vi kan finde en donor. Levertransplantationer udføres endnu ikke i Hviderusland. Men de forbereder sig aktivt på deres implementering. Køb af landets første kunstige leverapparat er et af trinnene. Den næste vil være installationen af ​​den samme enhed i det republikanske center for transplantation og cellulær bioteknologi, der er baseret på det 9. bykliniske hospital i Minsk. "Prometheus" har allerede været her til kliniske forsøg (læger udførte 9 sessioner) og beviste dens effektivitet. Efter afslutningen af ​​alle juridiske formaliteter vil apparatet blive "registreret" i centret permanent. Om foråret går en gruppe transplantationsspecialister fra Minsk til en praktikplads ved universitetet i Essen, Tyskland, hvor de vil være i stand til at hjælpe med transplantationsoperationer, herunder levertransplantationer. Derefter er læger fra Tyskland klar til at komme til Minsk og hjælpe kolleger med at udføre de første transplantationer af dette organ i Hviderusland..

Udvikling af bioreaktorer til understøttelse af ekstrakorporal leverfunktion

Udviklingen af ​​effektive ekstrakorporale systemer til understøttelse af leverfunktioner ved akut og kronisk leversvigt til løsning af transplantationsproblemer og i toksiske læsioner er en lovende retning for moderne biomedicinsk forskning..

De meget anvendte metoder er baseret på brugen af ​​fysisk-kemiske interaktioner mellem biologiske molekyler og er i stand til udelukkende at udføre en afgiftningsfunktion (hæmodialyse, hæmofiltrering, hæmodiafiltrering, sorption, albumindialyse, plasmaferese).

I de seneste årtier er understøttelsessystemer dog mest aktivt udviklet, der kombinerer funktionerne i blod / plasma-perfusion og celleteknologier for at opretholde leverens metaboliske, syntetiske og regulatoriske funktioner - det "kunstige lever" -system..

Problemets historie

Elementær information om leveren og dens kar er tilgængelig i den antikke verdens medicinske litteratur. Den største læge og filosof i Rom K. Galen (N. Galenus; 131-211) studerede leverens funktion og struktur. A. Vesalius (1514-1564) yder et stort bidrag til skabelsen af ​​videnskabelig menneskelig anatomi.

Det skal bemærkes F. Glisson (F. Glisson; 1597-1677) aktiviteter, som var professor i medicin og anatomi i Cambridge og var en tilhænger af W. Harvey. Mens han studerede hjertets anatomi og topografien af ​​karene i organerne, beskrev han først kapslen, der dækker leveren. Siden da er det blevet kaldt glisson-kapslen. F. Glisson er forfatter til bogen "Anatomy hepatica", udgivet i 1654, hvor strukturen af ​​dette organ først blev præsenteret i detaljer.

Af stor betydning for forståelsen af ​​leverens interne arkitektur var værkerne fra anatomerne Rex (N. Rex; 1888) og Cantlie (G. Cantlie; 1897). C. Couinaud (1922-2008) yder et væsentligt bidrag til undersøgelsen af ​​leverstrukturen. Konceptet med segmentopdeling af lever og galdekanaler, modificeret og foreslået af ham i 1954, er stadig grundlaget for kirurgisk hepatologi..

I øjeblikket er videnskaben, der studerer leverpatologi, på grund af dets store specificitet fremstået som en separat disciplin - hepatologi. På trods af den lange historie med at studere strukturen og funktionen af ​​leveren er mange funktionelle og regenerative fænomener i dette organ ukendte den dag i dag..

Leveren udfører mange vitale funktioner i den menneskelige krop, hovedsageligt af afgiftende og syntetisk. Desuden er leveren et målorgan for mange sygdomme på grund af dets afgiftende aktivitet. Sværhedsgraden af ​​kliniske manifestationer af medfødte eller erhvervede leversygdomme afhænger af mængden af ​​skade på leverparenkymet og evnen hos intakte hepatocytter og organstamceller til at kompensere for tabet ved spredning.

Resultatet af et fald i leverens funktionelle aktivitet under det kritiske niveau er leversvigt, som følgelig fører til alvorlige forstyrrelser i centralnervesystemets funktion, stofskifte og som følge heraf til døden. I modsætning til hjerte, lunger og nyrer, som har en primær funktion, har leveren mange vitale funktioner for hele organismen: metabolisme af kulhydrater og fedtstoffer, proteinsyntese, aminosyremetabolisme, urinstofsyntese, biotransformation af stoffer og toksiner, fjernelse af protein, lipid og pigmentaffald. udvekslinger. Leveren, i modsætning til hjertet og nyrerne, forbliver i dag måske det eneste organ, hvis funktion ikke kan lykkes med protese med et kunstigt hardware-kompleks..

I forbindelse med den hurtige udvikling af leveroperationer i de sidste to årtier var det muligt at etablere mange mekanismer til stimulering og inhibering af det regenerative potentiale i leverfragmenter såvel som udviklingen af ​​leversvigt..

Den urokkelige regel for kirurgisk hepatologi er blevet, at patienten har mindst 1% af levervægten af ​​kropsvægten. Under fibrose eller levercirrhose skal denne indikator fordobles eller tredobles afhængigt af graden af ​​skade på parenkymet. Et mindre fragment efter resektion regenereres ikke, tilstanden fortolkes som "lille-til-størrelse-syndrom" og fører til dødelig leversvigt efter resektion.

Til forebyggelse af udviklingen af ​​en sådan tilstand er der i løbet af de sidste 10 år foreslået teknologier til kontrolleret stimulering af hypertrofi af et lovende leverfragment i en patient in situ. Den mest anvendte er segmentel embolisering af portalvenens lobargren (den mest berørte leverlobe), hvilket fører til hypertrofi af parenkymet i den kontralaterale lap. for at forbedre effekten er en kombination med okklusiv embolisering af den tilsvarende arterie mulig. Den mest effektive teknologi er ALPPS (Associating Liver Partition and Portal vein Ligation for Staged hepatectomy), hvilket gør det muligt at opnå en stigning i volumenet af lovende parenkym med 78,4% eller mere på 7-9 dage.

I øjeblikket er levertransplantation den mest effektive og mulige behandling for akut, post-resektion og progressiv kronisk leversvigt. Transplantationer af et helt organ fra en afdød donor eller en del af det fra en levende slægtning eller afdød donor udføres med forventning om leverhypertrofi i den postoperative periode.

Desuden er tilgængeligheden af ​​levertransplantation stærkt begrænset ikke kun i vores land, men også i udlandet. Ifølge undersøgelser gennem de sidste 10 år lever hver tredje patient ikke for at se transplantation, hovedsageligt på grund af mangel på donororganer og en lang proces med at finde en kompatibel donor.

Effektive ekstrakorporale leverstøttesystemer udvikles inden transplantation for at reducere dødeligheden hos patienter med nedsat leverfunktion.

Fysisk-kemiske leverstøttesystemer

På det nuværende stadium i klinisk praksis til kunstig udskiftning af leverfunktioner anvendes følgende metoder hver for sig eller i kombination: diffusion (hæmodialyse), konvektion (hæmofiltrering), diffusionskonvektion (hæmodiafiltrering), sorption (LPS-sorption - sorption af lipopolysaccharidtoksiner, plasmasorption), diffusion - konvektionssorption (albumindialyse) og afferent (plasmaferese). Alle disse metoder er baseret på brugen af ​​fysisk-kemiske interaktioner mellem biologiske molekyler, mens uræmiske toksiner med lille og medium vægt, små proteiner og nogle bakterielle endotoksiner fjernes fra patientens plasma.

Et eksempel på et af de velkendte og udbredte afgiftningssystemer er det modificerede system for fraktioneret plasmaseparation og adsorption - Prometheus (Fresenius Medical Care, Tyskland). Prometheus-systemet består af en dialysemaskine med et integreret modul til frigivelse og adsorption af albumin. Dette system fjerner albuminbundne og vandopløselige toksiner, hvilket letter regenerering af hepatocytter.

Også i Tyskland er det molekylære absorberende recirkulationssystem MARS (Molecular Cyclic Absorption System) blevet udviklet og er meget udbredt, hvilket fjerner vandopløselige og albuminbundne toksiner. MARS er blevet brugt i klinisk praksis siden 1993. Det skal bemærkes de høje omkostninger ved udstyr og sæt forbrugsvarer (flere tusinde dollars pr. Session), hvilket begrænser den udbredte brug af disse systemer. I Rusland er et lille antal klinikker udstyret med lignende systemer til midlertidig kompensation for mistet leverfunktion.

Alle de anførte fysisk-kemiske systemer for ekstrakorporal leverstøtte er rettet mod at opretholde patienter med leversvigt i et kort tidsinterval, bestemt af den første sværhedsgrad af leversvigt..

Deres almindelige ulemper er:

  • mangel på nervøse og humorale reguleringsmekanismer samt kommunikation med andre organer og systemer;
  • manglende afgiftningskapacitet til at stoppe progressionen af ​​skader på leverparenkymet.

Når leverudskiftning er påkrævet, er eksisterende blodrensningssystemer imidlertid den eneste måde at understøtte patienten inden transplantation..

I 1991 blev der for første gang præsenteret teknologien til midlertidig levertransplantation (podning) uden fjernelse af det eget beskadigede og delvist nekrotiske organ - Auxiliary partial orthotopic liver transplantation (APOLT). Metoden er baseret på regenerering og restaurering af ens egen lever i cirka fire uger med fulminant eller fulminant form for leversvigt.

Betingelsen for succes er fuldstændig udskiftning af leverfunktion i denne periode. Når man genopretter sit eget organ, bevist i løbet af kontrolmorfologiske undersøgelser af biopsimateriale, fjernes den transplanterede donorlever og transplanteres til den næste patient i nød - "domino-princippet". På trods af metodens eksotiske karakter demonstrerer den dens høje effektivitet..

Begrænsende faktorer for APOLT-teknologi: kan bruges i højt specialiserede centre med en unik kirurgisk teknik. Metoden har desværre ikke fundet bred anvendelse i verdenspraksis..

Da leverfunktion ikke er begrænset til afgiftning alene, bør et ideelt ekstrakorporalt system også understøtte metaboliske, syntetiske og regulatoriske funktioner. I denne henseende siden 80'erne. XX århundrede udvikles støttesystemer aktivt, der kombinerer funktionerne i blod / plasma perfusion og celleteknologier.

"Biokunstig lever"

Strukturen af ​​bioreaktoren "kunstig lever"

I øjeblikket er leverstøttesystemer blevet udviklet under anvendelse af levende kulturer af hepatocytter - bioreaktorer af typen "kunstig lever". Teknologiske løsninger i design af bioreaktorer er meget forskellige..

Generelt kan en bioreaktor defineres som et volumetrisk lukket system, inden for hvilket der skelnes mellem to hoveddele: zonen med vital aktivitet af celler og zonen for cirkulation af plasma eller blod, der er bundet af hinanden af ​​en semipermeabel membran. Efter systemisk blodrensning (afgiftning, dialyse) kommer patientens plasma eller blod ind i bioreaktoren, hvor hepatocytter beriger dem med synteseprodukter. Oxygen, næringsstoffer og toksiner overføres fra plasma til hepatocytter, og galdesyrer, blodkoagulationsfaktorer, lipoproteiner, aminosyrer og andre metaboliske produkter af hepatocytter returneres til plasmaet..

Membranen er en barriere for forskellige stoffer med stor molekylvægt (transportproteiner, immunglobuliner, lipoproteiner) til immunkompetente humane blodlegemer. Afhængig af membranens ladning, størrelse og fysisk-kemiske egenskaber kan overførslen af ​​stoffer udføres ved diffusion eller konvektion og langs koncentrationsgradienten. Transporten af ​​ilt, næringsstoffer, toksiner, affaldsprodukter fra hepatocytter inden for celleens vitale aktivitet udføres ved almindelig diffusion.

Cellekulturer som en del af en bioreaktor

I øjeblikket er forskernes hovedindsats fokuseret på opdræt af egnede cellelinjer og udviklingen af ​​optimale betingelser for deres dyrkning som en del af en bioreaktor. Funktioner ved cellulær metabolisme er et presserende emne i adskillige undersøgelser, for cellerne skal opfylde flere kriterier for effektiv udførelse af bioregulerende og syntetiske funktioner:

  • udføre funktionerne i en normal levercyklus i leveren (afgiftning, syntese af biologisk aktive stoffer);
  • være i stand til aktivt at sprede sig (at akkumulere det mindste volumen - op til 400 g biomasse i reaktoren)
  • funktion under tilstande med konstant kontakt med plasma hos patienter med akut leversvigt.

Der er flere tilgange til at skabe effektive cellelinjer som en del af en bioreaktor..

Anvendelse af allogene primære hepatocytter isoleret fra donorvæv. For at øge levetiden for hepatocytter fra en voksen donor beskriver nogle værker deres behandling med biologisk aktive stoffer, især immunsuppressive midler FK506 og cyclosporin A.

Anvendelse af xenogene, animalsk afledte primære hepatocytter. Langt størstedelen af ​​enheder bruger primære svinehepatocytter. Dette valg dikteres af manglen på humane hepatocytter, ligheden mellem funktionerne hos humane og svinehepatocytter, tilgængeligheden af ​​sidstnævnte.

Imidlertid er brugen af ​​svinehepatocytter forbundet med en vis risiko. Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) kræver, at visse svineacer bruges som cellelinjer til brug af svinehepatocytter som cellelinjer. Dette skyldes primært problemet med den potentielle udvikling af et immunrespons hos patienter efter perfusion af deres blod gennem xenohepatocytter..

Spørgsmålet om beskyttelse af svinehepatocytter mod virkningen af ​​potentielt aktive faktorer i patientens immunsystem under perfusionsperioden er også vigtigt. Derudover, selvom leverfunktionerne er ens i alle pattedyr, eksisterer der stadig forskelle, og xenogene hepatocytter kan ikke udføre hele komplekset af metaboliske opgaver i den menneskelige lever..

Anvendelse af udødeliggjorte og genetisk modificerede linjer af dyre- og humane hepatocytter. Denne retning er i øjeblikket den mest lovende. Sådanne celler er kendetegnet ved en ubegrænset, men kontrolleret evne til at dele sig, minimere risikoen for infektionstransmission og bevare de grundlæggende biologiske egenskaber og funktioner i primære hepatocytter..

Til dyrkning i en bioreaktor anvendes forskellige udødeliggjorte cellelinier af hepatocytter: PICM-19-linjen blev oprettet fra cellerne i et 8 dage gammelt svineembryo, humane udødelige linjer af hepatocytlignende celler blev udviklet - HepZ, HepG2, cBAL111. Chang Liver-linjen, oprettet i 1954, bruges også, men denne linje, formodentlig afledt af tumorceller, har begrænsninger i anvendelsen på grund af deres onkogene potentiale..

Alle de ovennævnte metoder til opnåelse af specialiserede monokulturer har en funktion: når de anvendes, forårsager fraværet af stimulering af hepatocytvækst en begrænsning af antallet af proliferationscyklusser til otte. Dette tillader ikke opnåelse af et tilstrækkeligt antal normale hepatocytter til at fylde bioreaktoren. Derudover indeholder den normale lever ud over hepatocytter også andre typer celler, der stimulerer deres spredning og differentiering (Kupffer, stellat), men disse celler er fraværende med sådanne tilgange.

Samtidig pågår aktiv forskning om anvendelsen af ​​celler af forskellig oprindelse i bioreaktorer og om samdyrkning af flere typer celler. I sådanne undersøgelser anvendes både specialiserede og pluripotente celletyper i vid udstrækning som samkulturer..

Eksperimentelt arbejde har vist, at den samtidige dyrkning af musehepatocytter med ikke-parenkymale (duktale, stellate og endoteliale) humane celler i Matrigel fører til den spontane dannelse af mikrosinusoider, der udtrykker albumin og cytokromer P450, samt mikrotævstrukturer - forløbere for galdekanaler og blodkar.

Det blev fundet, at samdyrkning af primære humane hepatocytter med endotelceller i galdekanalerne er i stand til gunstigt at påvirke begge disse levercellelinjer og stimulere den aktive funktion af hepatocytter. I undersøgelser af fælles dyrkning af primære humane hepatocytter og multipotente mesenchymale celler i knoglemarven blev det fundet, at hepatocytter dyrket under disse betingelser har et højt syntetisk og proliferativt potentiale..

En anden måde at opnå hepatocytlignende celler på er at bruge stamceller af forskellig oprindelse. Det er blevet fastslået, at rettet differentiering af stromale stamceller i knoglemarv og fedtvæv gør det muligt at opnå celler, der er begået i hepatocytisk retning. Til sådan differentiering anvendes fibroblastvækstfaktor FGF1, hepatocytvækstfaktor HGF og specialiserede differentieringsmedier. For at opnå hepatocytlignende celler anvendes leverprogenitorceller, som er forløbere for hepatocytter og galdegangsceller..

Der er imidlertid undersøgelser, hvor differentiering af stromale stamceller til hepatocytlignende celler sker ved anvendelse af biologisk aktive bærermaterialer. Navnlig, når der blev anvendt decellulariseret (oprenset fra celler) rotterlever som et tredimensionelt stillads til cellevækst, blev det fundet, at et sådant biosubstrat stimulerer den rettede differentiering af mesenchymale stamceller til modne hepatocytter, uanset tilstedeværelsen af ​​vækstfaktorer i dyrkningsmediet..

Funktioner ved cellemetabolisme i bioreaktoren

Under naturlige forhold har leverceller et stort behov for næringsstoffer, ilt og er ekstremt følsomme over for ændringer i koncentrationen af ​​metabolitter. Derfor er det meget vigtigt at skabe forhold i bioreaktorsystemet, der er så tæt på det naturlige som muligt.

Mad. I en levende organisme leveres cellernes ernæring af et forgrenet kapillærnetværk. Afstanden fra kapillærerne til cellerne er meget lille, så ilt og næringsstoffer trænger ind i cellerne ved diffusion. I et kunstigt system er et sådant kapillærnetværk fraværende. Som et resultat fordeles næringsmediet ujævnt inden i cellemassen, og stoffer, der er syntetiseret af hepatocytter, kan ikke transporteres fuldstændigt ind i patientens blod..

Dette problem løses på flere måder, for eksempel ved dyrkning af hepatocytter på forskellige typer permeable substrater såvel som ved konstant omrøring af dyrkningsmediet..

Oxygenmætning. Oxygen trænger ind i kulturen fra gaslaget over mediet, og dets tilførsel er begrænset af opløselighedskoefficienten, som er ret lille. Under betingelser med øget celletæthed er kun en lille del af cellerne i direkte kontakt med grænsefladen og kan modtage ilt ved diffusion. Inde i cellemassen, hvor celler kun er i kontakt med hinanden, går ilt praktisk talt ikke fra celle til celle, som et resultat skabes akut hypoxi.

Løsningen på dette problem opnås på forskellige måder. En mulighed er at røre mediet så konvektionstransport tilsættes ilttransport ved diffusion. I nogle modeller af bioreaktorer øges iltadgangen til celler på grund af medtagelsen af ​​yderligere iltkilder i designet, i andre anvendes direkte iltberigelse af enten et næringsmedium eller plasma eller fuldblod. I sidstnævnte tilfælde tilvejebringes der inden i bioreaktoren separate iltforsyningsruter..

Stilladser. Cellerne inde i bioreaktoren er normalt knyttet til en slags bærer, der erstatter den ekstracellulære matrix. I dette tilfælde anvendes det klassiske monolag praktisk taget ikke, men der anvendes dyrkning af celler i et tredimensionelt rum, hvilket bidrager til differentiering, dannelsen af ​​intercellulære kontakter og en højere cellelevedygtighed. Cellesubstrater eller stilladser kan have forskellige former og materialer..

  • Stilladser fra naturlige materialer (kollagen, alginat, fibronectin, gelatine, matrigel). Fordelen ved sådanne stilladser er forbundet med effektiviteten af ​​cellefastgørelse og deres yderligere spredning. Men styrken af ​​naturlige materialer er utilstrækkelig, og mikroarkitekturen er vanskelig at reproducere.
  • Stilladser fremstillet af biokompatible syntetiske materialer. Sådanne materialer indbefatter polymerer baseret på alifatiske polyestere: polylactid, polyglycolid, deres copolymerer og polycaprolacton, syntetiske polypeptider, glas. Syntetiske stilladser er mere holdbare, de kan dannes i overensstemmelse med kravene i en bestemt cellelinje.
  • Stilladser fremstillet af en blanding af naturlige og syntetiske materialer. Som regel anvendes polycaprolacton og kollagen, nogle andre komponenter tilsættes til dem, for eksempel alginat eller chitosan.

Egnede topologiske, morfologiske og biokemiske forhold skal skabes på overfladen af ​​materialer til cellebinding og proliferation. Spredning langs stilladset afhænger af cellefordelingshastigheden på dens overflade og celleindtrængningshastigheden i porerne (ekstern og intern transport). Og hvis ekstern transport primært afhænger af transportørens materiale, afhænger intern transport af forholdet mellem porestørrelse og cellestørrelse.

Følgende grupper af stilladser bruges mest. Den første gruppe består af tynde (2-3 mm tykke) plader eller skiver med en porøs overflade. Hepatocytter podet på en lignende overflade koloniserer porerne og danner klynger.

Den anden gruppe er hule membranfibre, hvor hepatocytter dyrkes på den indre overflade. I nylige undersøgelser er der anvendt nanofibre fremstillet af en blanding af naturlige og kunstige polymerer. Sådanne fibre samles i tredimensionelle strukturer ved forskellige metoder, blandt hvilke elektrospinning bliver meget populær. Også ved oprettelse af stilladser anvendes indkapslingsmetoder, når hepatocytter er lukket i kapsler af fotopolymeriserbare hydrogeler.

Anvendelsen af ​​flere cellekulturer i en reaktor kan forbedre funktionen af ​​hepatocytter. For eksempel fører brugen af ​​3T3-J2 fibroblaster som et føderlag til en stigning i hepatocyters sekretion af urinstof og albumin.

Det er blevet vist eksperimentelt, at hepatocytter ikke kun er i stand til at klæbe til overfladen af ​​materialet, men også til selvorganisering i klynger. Og når hepatocytter kultiveres sammen med endotelceller, dannes mikrokar og kapillærer, hvilket simulerer levervæv. Derfor bør interaktionen mellem forskellige typer celler også tages i betragtning, når der oprettes vævstekniske strukturer..

Bioreaktordesign

Til effektiv drift af bioreaktoren er det nødvendigt på den ene side at optimere transporten af ​​næringsstoffer og metabolitter til celler og på den anden side at implementere systemet med plasmafgivelse til hepatocytter så effektivt som muligt. Når dette er opnået, opstår der nogle tekniske problemer, der løses forskelligt i forskellige typer reaktorer. Alle bioreaktordesigner kan opdeles i to store grupper - statisk og dynamisk.

I statiske bioreaktorer sås celler (enkelt eller organiserede i sfæriske strukturer) på overfladen af ​​stilladserne, hvor de efterfølgende spredes indad ved tyngdekraft og kapillarkræfter. Stilladser med celler vaskes af miljøet og er omgivet af en semipermeabel membran, gennem hvilken metabolitter udveksles. Plasma eller blodstrøm vasker membranen, så ilt, næringsstoffer og toksiner kan komme ind i hepatocytterne. I dette tilfælde kommer produkterne fra cellemetabolisme ind i plasmaet eller blodet..

I dynamiske bioreaktorer podes celler også på stilladser omgivet af en semipermeabel membran, uden for hvilken plasma eller blod strømmer, og derefter sættes hele systemet i bevægelse. Magnetomrørere eller roterende krop anvendes. Rotationen af ​​stilladserne fører til en bedre fordeling af celler i dem: celler trænger gennem porerne og optager stilladsets nyttige plads. Dette bidrager til højere celleproliferation og en forøgelse af deres liv..

På grund af konstant rotation vaskes cellerne også bedre af næringsmediet, udvekslingen af ​​metabolitter mellem patientens plasma eller blod og hepatocytter er mere effektiv. Som et resultat oplever celler ikke iltstøv og mangel på næringsstoffer. De fleste moderne reaktorer er dynamiske.

Forskellige tekniske løsninger til bioreaktorer

Indtil i dag er der udført et lille antal undersøgelser i kliniske omgivelser, så det er kun muligt foreløbigt at vurdere visse succeser og fremtidsudsigter. Den første rapport om den kliniske anvendelse af "bio-kunstig lever" blev offentliggjort i 1987..

K.N. Matsumura et al. opnået en positiv effekt hos en patient med leverinsufficiens på grund af galdekanalcarcinom. Den anvendte enhed bestod af en dialyserplade med stærkt permeable cellofanmembraner, hvorpå hepatocytter blev immobiliseret..

Samtidig blev en gruppe ledet af M.S. Margulis, kliniske forsøg med "bio-kunstig lever" blev udført på patienter med akut leversvigt. Bioreaktoren bestod af en kolonne med aktivt kul og en suspension af hepatocytter tilbageholdt med et nylonfilter. Patientens blod blev perfunderet gennem enheden i gennemsnit 6 timer, søjlen blev udskiftet hver time, da suspensionen af ​​enkeltceller hurtigt mistede metabolisk aktivitet.

Gerlach i 1997 beskrev en kompleks firekomponent bioreaktor baseret på hule membranfibre, hvis indplacering simulerede det naturlige vaskulære netværk. Den tredimensionelle konstruktion omfattede semipermeable membranfibre arrangeret i flade strukturer. Det gentagne element i netværket var tre hydrofile fibre, hvoraf to var beboet af celler, og det tredje var beregnet til at levere ilt og fjerne kuldioxid..

Porcine eller humane parenkymale og ikke-parenkymale leverceller blev dyrket på ydersiden af ​​fibrene. Plasma trådte ind i lumenet af membranstrålerne, filtrerede gennem membranerne, vaskede cellerne og vendte tilbage til patienten. For denne reaktor er øget celleoverlevelse og effektiv anvendelse af den tilgængelige cellemasse blevet etableret. En sådan bioreaktor podet med humane hepatocytter blev godkendt til kliniske forsøg, men der er ingen oplysninger om deres succes..

Naruse et al. i 1998 blev en enhed beskrevet under anvendelse af primære svinehepatocytter immobiliseret på en polyestermatrix. Systemets særegenheder var den foreløbige dannelse af en cylindrisk skal af matrixen og den efterfølgende retning af blodstrømmen uden for skallen til dens indre del i en radial reaktor. For en tilstrækkelig tilførsel af ilt til hepatocytter blev ekstern iltning udført. Brugen af ​​denne metode gjorde det muligt at øge overlevelsesgraden for svin med en iskæmisk model for leversvigt..

I 1999 L.M. Flendrig et al. foreslog en anden type bioreaktor, hvor svinehepatocytter blev dyrket, bundet til spiralfibre af polyestervævede stoffer, der dannede et tredimensionelt netværk. Hele strukturen blev pakket i en cylindrisk akrylkasse. Indvendigt var der en direkte perfusion af plasma, der flyder langs bioreaktoren. Mikroporøse membraner blev indsat mellem tilstødende lag af fibre for at oxygenere og fjerne kuldioxid. På samme tid blev dannelsen af ​​aggregater af hepatocytter registreret, hvilket bragte bioreaktordesignet tættere på den naturlige struktur af leverenheden..

Naka et al. i 1999 blev et system udviklet under anvendelse af en primær kultur af svinehepatocytter. I denne bioreaktormodel blev kontakten mellem hepatocytter og plasma udført gennem polysulfonmembraner. De primære svinehepatocytter i kollagengel blev anbragt i kapillærens lumen, og blodet blev perfunderet gennem det ekstraluminale rum. Således blev en yderligere strøm af stoffer organiseret, og de nødvendige betingelser for funktion af hepatocytter blev tilvejebragt..

Da kollagen er i stand til polymerisation, var der en polymerisationsreduktion i mængden af ​​gel og dannelsen af ​​en kanal i fibrene, gennem hvilke næringsmediet cirkulerede. Denne bioreaktor er testet med succes på dyr, og kliniske forsøg afventer..

Iwata et al. også i 1999 blev der oprettet et lignende system, og resultaterne af undersøgelser blev offentliggjort, som beskrev kinetikken for metaboliske reaktioner af hepatocytter dyrket på en patron med ekstraluminal plads.

Migashi et al. I samme 1999 brugte vi i deres arbejde en kultur af hepatocytter fastgjort til en matrix af polyvinylformaldehydharpiks. Et terningformet materiale med primære rottehepatocytter fastgjort til det blev anbragt i en speciel søjle. Undersøgelser har vist en tilstrækkelig lang (op til 12 timer) bevarelse af de metaboliske funktioner i hepatocytter.

Circe Biomedical har anvendt kryopræserverede primære svinehepatocytter, der er bundet til kollagenovertrukne dextranpartikler i sine Hepat Assist-maskiner. Der er data om de indledende faser af kliniske forsøg med disse enheder i 2000 (erfaring med behandling af 39 patienter med leverinsufficiens), men deres vellykkede passage blev ikke rapporteret.

En gruppe russiske forskere patenterede i 2000 apparatet "biokunstig lever", som er en kolonne-type bioreaktor. Bioreaktorens arbejdslegeme består af en beholder fyldt med partikler af en neutral bærer og hepatocytter. Glasperler med en diameter på 1-3 mm anvendes som bærerpartikler. De skaber en volumetrisk matrix, hvor multicellulære aggregater af hepatocytter dannes og tilbageholdes i hulrummene mellem partikler. Den biologiske væske perfunderes gennem søjlen fra top til bund og skyller direkte celleaggregater fordelt ved hjælp af en bærer gennem hele reaktorens volumen. Reaktoren gennemgår i øjeblikket kliniske forsøg..

Et interessant system "bio-kunstig lever" udviklet i Chelyabinsk under vejledning af professor V.E. Ryabinin, hvormed der blev udført modelforsøg og dyreforsøg. Princippet om bioreaktorens funktion er at bruge en semipermeabel membran. Ved hjælp af denne teknik er patientens blod i kontakt med kredsløbet, som indeholder en speciel biologisk opløsning udviklet af V.E. Ryabinin, - lyofiliseret cytosol med mikrosomal og mitokondrie hepatocytfraktion. Det skal understreges, at systemet ikke bruger hepatocytter, men kun deres organeller, der adskiller sig væsentligt fra bioreaktorer med cellulære komponenter.

Den aktuelt anvendte enhed i praksis, som med succes har bestået kliniske forsøg, er ELAD (Vital Therapies, Inc., USA). Det er baseret på brugen af ​​en udødeliggjort linje af humane hepatocytter, der fastgøres og vokser i det ekstrakapillære rum i en dialysator med en semipermeabel polysulfonmembran. Patientens blod kommer ind i ELAD-enheden gennem et kateter fra halsvenen. Enheden adskiller plasma (flydende del af blod), som sendes til dialysatorer, der indeholder ca. 440 g levende celler.

Enheden er designet til kontinuerlig leverfunktionsunderstøttelse i op til 30 dage hos patienter med akut eller fulminant leversvigt. Systemet er designet til at sikre bevarelse af leverfunktion, støtte patienternes liv og beskytte nervesystemet mod toksiner indtil transplantationstidspunktet.

Konklusion

Mere end to årtier er gået siden de første bioreaktorer dukkede op. I løbet af denne tid er der fundet mange tekniske løsninger, og tilgange til celledyrkning er blevet forbedret. Der er oprettet klinisk testede systemer, og der er et system, der anvendes i medicin. Men mange problemer inden for cellulære teknologier forbundet med at øge levetiden af ​​hepatocytkulturer forbliver uløst..

For at øge perioden med bevarelse af hepatocyters funktionalitet forskes der på oprettelse af bioaktive matricer, nye tekniske løsninger udvikles inden for systemer til forsyning af celler med ilt og nødvendige stoffer. I fremtiden er der en mulighed for, at apparatet "biokunstig lever" vil blive brugt til behandling af kroniske leversygdomme svarende til apparatet "kunstig nyre", der anvendes til behandling af nyresygdomme..

E.V. Vilkova, E.I. Cherkasov, V.E. Zagainov, E.V. Zagainova