Post Syndicated from original https://www.toest.bg/trunliviyat-put-do-uspeshnata-transplantatsia-na-traheya/

Трахеята е част от дихателната система. Има тръбеста форма, провежда атмосферния въздух от ларинкса до двата главни бронха и е разположена пред хранопровода. Може да се засегне от инфекции, възпаления, травми и туморни образувания. Пациентите със стеснение на трахеята (стеноза), което не може да се оперира, биха могли да подобрят качеството си на живот чрез трансплантация на органа.

Пътят на въздуха към белите дробове

Основната функция на трахеята е да транспортира въздух от и към белите дробове. Този орган също така възпрепятства навлизането на микроорганизми, прах и прекалено студен или топъл въздух. Трахеята е с тръбоподобна структура, започва от ларинкса и стига до бронхите, които я свързват с белите дробове. Средната дължина на трахеята е около 11,8 см, като тя е обвита от мукозна лигавица, подобна на тази в носната кухина. Клетките, изграждащи мукозата, са бариерата срещу микроорганизмите и праха, спираща ги да навлязат към долните дихателни пътища. Трахеята е изградена и от други клетки – реснички. Ресничките спомагат за придвижването на замърсения мукус извън органа. Трахеята в по-голямата си част е изградена от меки тъкани, а хрущялът служи като допълнителна опора. Тъй като ларинксът и трахеята са близко разположени, малка част хрущял от ларинкса покрива отвора на трахеята с цел предпазване от навлизането на храна и вода.

Редица заболявания могат да засегнат този орган. В най-спешните случаи състоянието възпрепятства дишането на пациента и изисква незабавни медицински грижи. При трахеомалацията е увреден хрущялът на трахеята, което води до слабост на органа и съответно до затруднено дишане. При трахеалната стеноза може да се стигне до изтъняване, което би породило сериозни дихателни проблеми. В такива случаи може да се наложи и поставянето на трахеална тръба.

Пречки пред успешната трансплантация на трахея

Трансплантацията би могла да бъде единствената възможност за подобряване на качеството на живот при пациенти със стеноза на голяма част от трахеята. Въпреки това подобни интервенции не са разпространена практика. Описани са хирургични техники, при които се прави трансплантация на трахея от трупен донор и обвиване на донорския орган с кръвоснабдена (васкуларизирана) тъкан от реципиента. Тези трансплантации са неуспешни, тъй като са последвани от усложнения, например рецидив на стенозата или дори смърт. Основните пречки при трансплантацията на трахея при човека са свързани с трудното осигуряване на кръвен поток към органа.

Трансплантация на биосинтетична трахея

Гръдният хирург д-р Паоло Макиарини, който някога е смятан за пионер в приложението на стволови клетки в медицината, е обвинен и осъден след смъртта на трима от пациентите му, месеци след проведената трансплантация на биосинтетична трахея. През 2023 г. Апелативният съд в Стокхолм осъжда Макиарини на 2 години и 6 месеца затвор.

Историята на Макиарини започва през 2008 г. Оттогава до 2014 г. той провежда експериментални операции на трима пациенти, докато работи в Каролинския институт в Швеция. Имплантира им синтетични трахеи от полимерен материал, „посети“ със стволови клетки, които са извлечени от костния мозък на пациентите. Идеята му е била, че клетките ще се размножат и ще „облекат“ синтетичния имплант, а той ще се превърне в идеалния заместител, защото тялото на пациента няма да реагира с отхвърляне на присадката – такъв риск е налице при трансплантации на органи от донори.

За съжаление обаче, всички пациенти умират, тъй като имплантираният орган не може да се кръвоснабди правилно. Единият пациент умира, след като имплантът причинява обилно кървене само 4 месеца след операцията. Другите двама оцеляват между 2 и 5 години, но страдат от болезнени усложнения през цялото време.

Макиарини е провеждал операциите за присаждане на изкуствена трахея на хора, без преди това да са били направени тестове върху моделни животни, и не е проследявал следоперативното състояние на пациентите си.

Той е съавтор на три научни публикации, свързани с трансплантациите на биосинтетични трахеи. В една от статиите е описано състоянието на пациент в продължение на 12 месеца, но се оказва, че реално такива данни не са събирани, а самият Макиарини не е посещавал пациента след операцията. В друга научна статия се описва здравословното състояние на пациент, проследяван в продължение на 5 месеца, но отново впоследствие се доказва, че такива данни не са налични. И трите статии са изтеглени от медицинското научно списание The Lancet, съответно през 2016, 2019 и 2023 г.

Първата успешна трансплантация на трахея

През 2021 г. екип хирурзи от болница Mount Sinai в Ню Йорк осъществяват първата в света успешна трансплантация на трахея от трупен донор. Тази процедура с историческо значение е резултат от 30 години проучвания на кръвоснабдяването на трахеята. Операцията е с продължителност 18 часа, ръководи се от д-р Ерик Дженден и в нея участва екип от 50 специалисти. Протоколът за трансплантацията и реваскуларизацията е технически ясен и възпроизводим.

Трансплантацията на трахея е направена на 56-годишна жена със сериозно увреждане на трахеята поради неколкократни интубирания след претърпени астматични пристъпи. Проведени са и няколко неуспешни опита за реконструкция на трахеята ѝ, които водят до още повече усложнения. Преди успешната трансплантация тя е дишала чрез трахеостома – хирургично направен отвор в областта на врата ѝ, и е била с висок риск от задушаване поради колапс на трахеята. След трансплантацията пациентката няма усложнения и симптоми на отхвърляне на присадения орган.

Поглед към бъдещето

След тази успешна трансплантация надеждите за присадки от собствени тъкани нарастват, особено след като предклинични изследвания показват успешно имплантиране и неоваскуларизация. За съжаление, все още се търси най-подходящата тъкан от собственото тяло на човек, която може да служи като заместител на трахеята. Техниките с използването на изкуствени материали все още не бележат особен успех поради усложнения, като хронични инфекции, отхвърляне и малация (размекване на тъканите). Въпреки всичко иновациите в технологиите на регенеративната медицина дават повод да виждаме обещаващо бъдеще за възстановяване на дълги сегменти с дефекти на трахеята.

Учените разглеждат и потенциалното приложение на частично децелуларизираните присадки на трахея в популации, където заболяванията на дихателната система са с по-висока честота. Децелуларизирането е ензимно или химично отстраняване на клетъчни компоненти от органа, за да се премахне имуногенният фактор и така да се намали рискът от отхвърляне. Усилията са насочени към изясняването на въпроса как предходни операции на дихателните пътища са засегнали стволовите клетки и регенерационните способности на тъканите. Например екипът на д-р Сюзън Рейнолдс от една от най-големите педиатрични болници в САЩ изследва стволовите клетки, които изграждат епитела на органите на дихателната система. Изследователите от Raynolds Lab установяват, че заболяванията на белите дробове водят до биологично остаряване на популацията от стволови клетки в дихателните пътища. Учените се надяват, че тази информация ще спомогне за подбора на пациенти, чието състояние ще се подобри значително след трансплантирането на частично децелуларизирана присадка на трахея.

Въпреки провала на Макиарини с биосинтетичните трахеи, изследванията в областта на органните трансплантации продължават да се развиват, а възможностите за лечение на пациенти с увреждане на трахеята ще стават все повече.

Post Syndicated from original https://www.toest.bg/suzdadoha-sintetichen-choveshki-embrion-sega-kakvo/

Периодът до 14-тата седмица от живота на ембриона е известен сред учените като „черната кутия“ на човешкото развитие. Законите и етичните норми позволяват лабораторните изследвания само в рамките на този времеви отрязък. С помощта на синтетично създадени ембриони можем да извлечем много повече информация за началните процеси на развитие, като се елиминира необходимостта от използването на истински ембриони.

Ембрионално развитие при човека

Ембрионалното развитие започва с оплождането. От уроците по биология в училище знаем, че това е процесът на обединяване на женската и мъжката гамета (половите клетки) – яйцеклетка и сперматозоид. Дали възниква естествено в репродуктивната система на жената, или с помощта на т.нар. асистирана репродукция извън човешкото тяло, резултатът е формирането на структура, наречена зигота. Когато жената е в период на овулация, се отделя една яйцеклетка във фалопиевите тръби (или повече – в случаите на двуяйчни близнаци). Оплодената яйцеклетка (зиготата) се придвижва към матката и започва да се дели до образуването на бластоцист.

Бластоцистът е съставен от две групи клетки, изграждащи вътрешната (еритробласт) и външната му част (трофобласт). Той е обграден от защитен слой по време на развитието си, наречен зона пелуцида (zona pellucida), подобна на черупка на яйце. Клетките от външната страна са разположени под това покритие и в следващите стадии образуват плацентата и обграждащите я тъкани. Клетките във вътрешността се превръщат в различните тъкани и органи на човешкото тяло.

При човека клетките на бластоциста се делят бързо в първите няколко дни от развитието преди имплантирането му в матката. След това обвивката се разрушава и освобождава бластоциста, който се придвижва през фалопиевите тръби и се имплантира в матката на десетия ден. Когато бластоцистът стигне до финалните стъпки на имплантиране, той се превръща в ембрион. Развиват се структури като уста, долна челюст, гърло. По това време започват да се формират също кръвоносната система и сърцето. Развиват се ушите, ръцете, краката, пръстите и се оформят очите. На този етап главният и гръбначният мозък вече са формирани, а храносмилателната система и сензорните органи тепърва започват да се развиват. Първите образувани кости лека-полека заместват хрущяла.

Между 10-тата и 12-тата седмица на бременността ембрионът преминава към последната фаза на развитие – фетус. Органите продължават да се развиват и растат и фетусът се превръща в бебе на осмия месец. Към края на бременността през деветия месец бебето реагира на стимули, може да движи цялото си тяло и започва да му става тясно.

Стволови клетки

Стволовите клетки са уникални заради възможността си да се превръщат в различни видове специализирани клетки. Всички органи в човешкото тяло водят началото си от ембрионалните стволови клетки (ESC). ESC са полезен инструмент за изучаването на комплексните механизми, участващи в развитието на специализирани клетки и на органни структури.

Стволовите клетки могат и да се самообновяват. Те могат да се реплицират много пъти, за разлика например от нервните или мускулните клетки. Деленето на стволовите клетки бива два вида: симетрично и асиметрично. При симетричното се получават две дъщерни стволови клетки, а при несиметричното – една стволова и една диференцирана.

Как стволови клетки остават в недиференцирано състояние, вълнува немалка част от учените, които се занимават с изследвания на ембрионалното развитие, стареенето, регенеративните процеси и др. От друга страна, стои въпросът какво предизвиква една стволова клетка да се превърне в определен специализиран вид клетка. Част от сигналите, които провокират този процес, са фактори (най-често различни видове хормони), секретирани от заобикалящите клетки, физически контакт със съседни клетки и определени молекули в микросредата.

Синтетичен модел на човешкия ембрион

По-рано тази година изследователи от научния институт „Вайцман“ публикуваха статия, описваща създаването на първия човешки синтетичен ембрион. Техният модел на ембрион е създаден от стволови клетки без участието на яйцеклетка и сперматозоид. Изкуственият ембрион се развива до 14-тата седмица и изглежда като перфектния пример по учебник. Ембрионът се намира в клетъчна култура. Част от изследването включва и провеждане на тест за бременност чрез вземане на проба от средата, в която „живее“ ембрионът. Тестът е положителен, тъй като създаденият ембрион освобождава характерните за този период хормони.

Изкуственият ембрион успява точно да имитира структурите, характерни за ранните етапи на ембрионалното развитие. За да постигнат това, учените използват определени химични стимули, с които подканват стволовите клетки да се превърнат в точно определен вид диференцирани клетки: епибласт (който накрая се превръща във фетус), трофобласт (който образува плацентата), хипобласт (който образува хориона) и екстраембрионален мезодерм. Избрани са 120 от тези клетки в определено съотношение и са събрани в едно. Само малка част от тази смес започва самостоятелно да се подрежда, диференцира и разраства, докато накрая не заприличва на копие (ненапълно съвършено) на истински човешки ембрион.

Учените от екипа описват феномена като „изключително фина архитектура“. Но за какво ни е всъщност да имитираме природата? Надеждата на учените е, че този тип модели ще позволят да се изяснят конкретните механизми, чрез които се формират органите в човешкото тяло, а също така да се подобрят инвитро процедурите за оплождане. Друго приложение е тестването на лекарства, за да се провери дали приемането им е безопасно по време на бременност.

Етика на научните изследвания с човешки ембриони

За момента научните изследвания с човешки ембриони и клетъчни линии от ембрионални стволови клетки са етично и законово приемливи при спазване на определени правила и стандарти за работа. Общо правило, прилагано в много страни, е научните изследвания с участието на човешки ембриони да се провеждат само до 14-тата седмица от развитието им.

Въпреки това ембрионалните модели технически и законово не са истински ембриони и не подлежат на същите закони. Тук стои въпросът дали е редно да се правят опити за създаване на технология, с която изкуственият ембрион да може да расте и след 14-тата седмица, с цел да научим повече за началните стадии на човешкото развитие. Учените тепърва разработват нови правила за работа със синтетични ембриони. Тези модели биха позволили да се изяснят причините за често срещаните загуби на бременността в най-ранния етап на развитието на ембриона, както и за епигенетични, генетични и хромозомни болести.

Заглавно изображение: Човешки ембриони в ранен стадий на развитие. Източник: Flickr.com