Umělá ledvina tvořená speciálními membránami a ledvinovými buňkami prošla úspěšně testem v těle prasat. Ve výhledu jsou první klinické zkoušky u pacientů trpících selháním ledvin.
Nechali jsme narůst to, co neumíme vyrobit. A vyrobili jsme to, co neumíme nechat narůst, říká bioinženýr Shuvo Roy z Kalifornské univerzity v San Francisku o prototypu umělé ledviny, kterou si budou pacienti nosit v těle.
O nadějných výsledcích testů přístroje na prasatech referovali vědci na washingtonské konferenci Týden ledviny.
Na světě žijí dva miliony lidí postižených selháním ledvin. Jejich naděje se upínají k transplantaci. Vhodných orgánů je ale chronický nedostatek, a pacienti čekají na spásnou operaci řadu let. Při životě je udržuje dialýza. Lékaři jim několikrát týdně napojí krevní oběh na několik hodin na „umělou ledvinu“, která krev přečistí a zbaví toxických látek. Z pacientů na dialýze však přežívá déle než pět let jen 35 procent.
Síta a buňky
Shuvo Roy a nefrolog William Fissell z Lékařského centra Vanderbiltovy univerzity pracují už víc než deset let na přístroji, který umělou ledvinu nahradí. Prototyp, představený ve Washingtonu, má rozměry balíčku karet a tvoří ho dvě propojené komory.
V první prochází krev přes křemíkové membrány se speciálními póry nanometrových rozměrů. Póry mají tvar úzkých štěrbin a nepropustí buňky ani velké bílkovinné molekuly.
Přefiltrovaná krev vstupuje do druhé části přístroje, tvořené bioreaktorem. Tam se dostává do kontaktu s membránami, na nichž rostou buňky odebrané z lidských ledvin. Zde se čistění krve dokončí. V bioreaktoru se „recyklují“ soli, cukry a další důležité látky a odstraňují se toxické zplodiny metabolismu.
Ledvinové buňky zároveň produkují látky důležité pro normální chod lidského organismu. Patří k nim například hormon erytropoetin, zajišťující v kostní dřeni tvorbu dostatečného množství červených krvinek.
Hrozba krevních sraženin
Tým Shuva Roye a Williama Fissella se při vývoji umělé ledviny vypořádal s řadou problémů. Jednoduché nebylo například zajištění hladkého průtoku krve filtračními membránami. Pokud by „nanosíto“ kladlo krvi velký odpor, muselo by umělou ledvinu pohánět čerpadlo. Tím by se celé zařízení zkomplikovalo, narostly by jeho rozměry, a navíc by potřebovalo zdroj energie.
Vědcům se ale podařilo navrhnout takový typ štěrbin, které spolehlivě filtrují krev pod tlakem, jaký je běžný v krevním oběhu.
Velké riziko představuje srážení krve na membránách. Sraženiny by mohly pacientům ucpat životně důležité cévy v orgánech. Hrozily by například srdeční infarkty, mozkové cévní příhody nebo plicní embolie.
Přístroje voperované do těla pacientů mají povrch potažený látkami, které srážení krve zabrání. Tak jsou ošetřeny například umělé srdeční chlopně. Pro membrány umělé ledviny se ale stejná povrchová úprava nehodí, protože by se při ní beznadějně ucpaly nanometrové póry.
„Jedním z našich velkých úspěchů je takové ošetření povrchu filtračních membrán, které srážení krve nedovolí,“ říká Shuvo Roy.
Riziko tvorby krevních sraženin roste i při turbulentním průtoku krve přístrojem. Roy s kolegy ale našli takové vnitřní uspořádání membrán, aby mezi nimi krev proudila zcela hladce, bez víření. Po vyjmutí přístroje z těla pokusných prasat vědci nezjistili, že by se v umělé ledvině krev srážela.
Zápas s imunitní obranou
Při transplantaci je důležité, aby imunitní systém příjemce nevnímal darovaný orgán jako cizorodou tkáň a neútočil na něj. Po transplantaci proto pacienti dlouhodobě užívají léky, které imunitní systém utlumí a přinutí ho k příměří s orgánem od dárce.
Tato tzv. imunosupresiva ale potlačují i ty složky imunity, jež chrání člověka proti infekcím nebo nádorovým onemocněním. Léky mají další nežádoucí vedlejší účinky a zhusta poškozují i transplantovaný orgán. V neposlední řadě bývají imunosupresiva drahá a dál zvyšují cenu už beztak nákladné péče o pacienty po transplantaci.
Roye problém kompatibility organismu pacienta s buňkami v bioreaktoru netrápí. Silikonové membrány ochrání napěstované ledvinové buňky nejen před buňkami imunitní obrany, ale také před protilátkami a dalšími „bojovými“ molekulami z imunitního systému.
Přístroj proto může sloužit každému, kdo ho bude potřebovat, a to bez ohledu na původ použitých ledvinových buněk. Potvrdily to i testy na prasatech. Imunitní systém zvířat přítomnost lidských buněk nezaznamenal.
Naděje pro nemocné
Ledvinové buňky v testu obstály. Když vědci vyjmuli přístroj z těla pokusných prasat, nenašli na buňkách v bioreaktoru známky poškození. Zůstávaly pevně přichycené k nosným membránám a jejich výkonnost ve srovnání se stavem před voperováním přístroje do prasečího těla nápadně vzrostla.
Umělá ledvina filtrovala prasatům krev na cévní spojce vytvořené mezi aortou a krční žílou. Zvířata však nebyla na čistění krve přístrojem odkázána, protože měla plně funkční vlastní ledviny. V testu šlo zatím jen o to, jak si přístroj povede v „provozních“ podmínkách. A v tomto ohledu vědce nová umělá ledvina rozhodně nezklamala.
„Jako první jsme úspěšně demonstrovali, že ledvinové buňky lze implantovat do těla velkého zvířete, a to bez potlačení imunity. Buňky zůstaly natolik zdravé, že mohly plnit své funkce. Pro nás je to zásadní milník,“ hodnotí výsledky týmu Shuvo Roy.
Přístroj použitý v experimentu by však ledviny člověka nenahradil. Na to jeho filtrační výkon nestačí. Vědci proto pracují na výkonnějších modelech. Ty nejprve projdou testy na prasatech, jimž vědci vyřadí ledviny z činnosti. Pokud se umělá ledvina osvědčí, bude možné přistoupit k prvním klinickým zkouškám s pacienty, kterým jejich vlastní orgán selhal.
LN, 20.11.2019