Jeśli chodzi o chirurgię przeszczepu narządów, lekarze ścigają się z czasem - a czas nie jest po ich stronie.
Zespół klinicystów musi najpierw usunąć narząd od dawcy, zestaw rąk w rękawiczkach, koordynując sprawnie usuwanie tkanki z organizmu. Następnie lekarze przygotowują zebrany organ do transportu do jego biorcy, który może być godzinami samolotem. Gdy narząd dotrze do miejsca docelowego, operacja przeszczepu może wreszcie się rozpocząć; ponownie, chirurdzy muszą działać szybko, aby zapewnić zarówno bezpieczeństwo pacjenta, jak i żywotność narządu.
Ten opis może sprawić, że operacja przeszczepu narządu brzmi jak dramat telewizyjny, a personel medyczny biegnie korytarzem szpitalnym, niosąc chłodziarki wypełnione częściami ciała. Ale całe pośpiech wokół nas rodzi pytanie, które jest o wiele ważniejsze niż program telewizyjny: jak długo organ może przetrwać poza ciałem i pozostać zdatnym do transplantacji?
To zależy od narządu. Na razie okno czasowe może wynosić od 4 do 36 godzin. Ale pewnego dnia lekarze mają nadzieję na utrzymanie organów przez wiele tygodni.
Organy na lodzie
Według United Network for Organ Sharing (UNOS) w 2018 r. W samych Stanach Zjednoczonych odbyło się ponad 36 500 przeszczepów narządów. Zdecydowanie nerki były najczęściej przeszczepianym narządem. W ubiegłym roku przeprowadzono ponad 21 000 przeszczepów. Kolejnymi najczęściej przeszczepianymi narządami były wątroba, serce i płuca, w tej kolejności, a następnie przeszczepy trzustki, jelita i wielu narządów.
Większość organów umieszcza się w „statycznym chłodni” po ich pobraniu, co oznacza, że narząd jest przechowywany w chłodnicy pełnej lodu, zgodnie z raportem z 2019 r. Opublikowanym w Journal of International Medical Research.
„Oryginalny pomysł na zachowanie na zimno jest bardzo podobny do tego, kiedy wkładamy nasze jedzenie do lodówki” - powiedział dr Mingyao Liu, dyrektor Instytutu Nauk Medycznych i profesor chirurgii, medycyny i fizjologii na Uniwersytecie w Toronto.
Przed umieszczeniem organu w chłodni lekarze najpierw przepłukują tkankę „roztworem konserwującym” w celu ochrony narządu przed uszkodzeniem spowodowanym przez ekstremalne zimno, Liu powiedział Live Science.
W temperaturze ciała komórki pompują chemikalia do i z błon, aby utrzymać niskie stężenie sodu i wysokie stężenie potasu w komórce. Ale zimne komórki nie mogą wydajnie pompować. Substancje chemiczne wyciekają przez błony i z czasem nieszczelne komórki puchną z nadmiarem płynu, powodując poważne uszkodzenia. Rozwiązania do konserwacji pomagają opóźnić to uszkodzenie, utrzymując kontrolę poziomu sodu i potasu. Te rozwiązania mogą również zawierać składniki odżywcze i przeciwutleniacze, aby podtrzymywać komórki i łagodzić stany zapalne, powiedział Liu. W połączeniu z lodem i chłodnicą, roztwory konserwujące mogą utrzymać żywotność narządów przez wiele godzin po zbiorach.
W temperaturach od 32 do 39 stopni Fahrenheita (0 do 4 stopni Celsjusza) metabolizm komórkowy spada do około 5% jego normalnego tempa, więc tkanki spalają swoje zapasy energii znacznie wolniej i wymagają mniejszej ilości tlenu, aby utrzymać swoją aktywność. Z tego powodu chłodzenie narządu pomaga opóźnić wystąpienie niedokrwienia, stanu, w którym tkanka ulega uszkodzeniu lub dysfunkcji z powodu braku tlenu.
Umieszczenie na lodzie narządu rozciąga również ograniczone zapasy energii w jego komórkach, zapobiegając gromadzeniu się i rozkładaniu szkodliwych metabolitów narządów, zgodnie z raportem z 2018 r. W Yale Journal of Biology and Medicine.
Dr Brian Lima, dyrektor chirurgii transplantacji serca w North Shore University Hospital w Manhasset w Nowym Jorku, twierdzi, że wśród najczęściej przeszczepianych narządów serca najszybciej tracą żywotność. Powiedział, że idealnie byłoby, gdyby serce nie było przechowywane w statycznym chłodni na dłużej niż 4 do 6 godzin. Po upływie 4 godzin funkcja komórek serca zaczyna słabnąć, a prawdopodobieństwo nieprawidłowego działania narządu u biorcy gwałtownie wzrasta. Niewydolność narządów przeszczepowych, znana jako pierwotna dysfunkcja przeszczepu, jest „najbardziej obawianym powikłaniem” związanym z przeszczepami narządów litych, powiedział Lima.
„Serce… jest najbardziej wrażliwe na brak przepływu krwi”, powiedziała Lima. „Z drugiej strony nerki są bardzo odporne”. Zebrane nerki mogą pozostać żywotne przez 24 do 36 godzin w chłodniach, dłużej niż którykolwiek z pozostałych czterech najlepszych narządów do przeszczepu. Zdaniem Limy, płuca mogą pozostać zdolne do życia przez 6 do 8 godzin, a wątroba może pozostać w chłodni przez około 12 godzin, według dr Jamesa Markmanna, kierownika Wydziału Transplantacji w Massachusetts General Hospital w Bostonie.
Alternatywna metoda
Mimo niskiej technologii metoda chłodzenia lodem „oferuje prosty i skuteczny sposób konserwacji i transportu narządów” i jest szeroko stosowana od lat 60. XX wieku, zgodnie z raportem Liu z 2018 r. Ale technika nie jest pozbawiona wad. Liu powiedział, że nie tylko narządy w chłodni tracą żywotność w ciągu kilku godzin, ale także lekarze nie mają możliwości oceny jakości schłodzonych narządów.
Zasadniczo żaden obiektywny test nie może powiedzieć klinicystom, czy narząd nadal funkcjonuje, gdy dany narząd znajduje się w chłodnej lodówce, a jego metabolizm komórkowy ulega spowolnieniu. Jednak jedna alternatywa dla chłodni pozwala lekarzom sprawdzać narządy przed przeszczepieniem, a ta opcja może wkrótce stać się bardziej powszechna, eksperci powiedział Live Science.
Ta alternatywna metoda konserwacji, znana jako perfuzja, polega na podłączeniu zebranego narządu do maszyny, która pompuje płyn bogaty w tlen i składniki odżywcze przez tkanki narządu, tak jak robi to serce w ciele, zgodnie z raportem z 2018 r. Opublikowanym w czasopiśmie Yale . Po podłączeniu do urządzenia, gdy narząd metabolizuje energię i wytwarza odpady, jego zapasy cukru są uzupełniane, a toksyczne metabolity usuwane.
Zanim chirurdzy pobiorą narząd, serce dawcy przestaje na pewien czas pompować dotlenioną krew do tkanki, co powoduje uszkodzenie. Markmann powiedział, że umieszczenie narządu w maszynie perfuzyjnej może dać szansę na odzyskanie tkanki. Ponadto, klinicyści mogą sprawdzić narząd, monitorując poziomy metabolitu mleczanu krążącego w układzie, powiedział. Komórki wykorzystują mleczan podczas normalnych funkcji metabolicznych, więc „jeśli narząd działa dobrze, mleczan powinien zostać oczyszczony” w miarę upływu czasu, powiedział Markmann.
„Mleczan jest w najlepszym razie surową metaboliczną miarą perfuzji przez organizm”, ale nadal służy jako lepsza miara w porównaniu do gałki ocznej prawie zamrożonego narządu przed przeszczepem, dodał Lima. W zależności od narządu lekarze mogą również oceniać zdrowie tkanki za pomocą innych pomiarów, takich jak wytwarzanie żółci przez wątrobę.
Czy perfuzja może dłużej utrzymywać zdrowe narządy?
Niektóre systemy perfuzyjne nadal wymagają ochłodzenia narządu w ramach procesu konserwacji, ale w ciągu ostatnich 20 lat kilka grup badawczych zdecydowało się utrzymać ciepło narządu i zalać tkanki ciepłą krwią. W temperaturach między 20 a 33 ° C izolowane narządy funkcjonują podobnie jak w ludzkim ciele. Zarówno systemy zimnej, jak i ciepłej perfuzji są obecnie szeroko stosowane w Australii i Wielkiej Brytanii, ale większość tych urządzeń pozostaje w próbach klinicznych w Stanach Zjednoczonych.
Jednak jeden system perfuzyjny w Stanach Zjednoczonych trafił na pierwsze strony gazet w grudniu w ramach pierwszego w swoim rodzaju przeszczepu serca. Lekarze z Duke University Medical Center w Durham w Karolinie Północnej usunęli serce pacjenta po tym, jak przestało bić; doniesili CNN, że w zasadzie „reanimowali” narząd za pomocą systemu ciepłej perfuzji. Zazwyczaj serca usuwa się od dawców pozbawionych mózgu, zanim narząd przestanie bić, aby uniknąć rozległych uszkodzeń spowodowanych niedokrwieniem. Lekarze wcześniej „reanimowali” serca pediatryczne w USA, ale nigdy nie używali tego systemu na dorosłym organie. Lima powiedziała, że w krajach, które korzystają z systemu od lat, liczba dawców akceptowalnych serc wzrosła o około 30% do 40%.
„Jeśli to przekłada się na Stany Zjednoczone, mówimy o dużych, dużych liczbach” - dodał.
Dr Jacob Schroder, asystent profesora chirurgii Uniwersytetu Duke'a i jeden z chirurgów, który pomógł wykonać przełomowy przeszczep serca, powiedział CNN, że użycie systemu w całym kraju może „zwiększyć liczbę dawców i liczbę przeszczepów o 30%”.
Chociaż pula dawców może się powiększać, czy stan narządów poprawiłby się? Jak dotąd niewiele badań bezpośrednio porównało chłodzenie do perfuzji, ale anegdotycznie perfundowane narządy wydają się ogólnie lepiej.
Na przykład, w jednym badaniu porównującym system perfuzji wątroby ze standardowym chłodzeniem, lekarze odrzucili tylko 16 perfundowanych wątrób, w porównaniu do 32, które pochodziły z chłodziarek, a perfundowane narządy wyglądały na mniej uszkodzone, według Stat News. Liu powiedział, że zaobserwował podobne trendy we własnej pracy z przeszczepami płuc. Liu i jego koledzy opracowali „system perfuzji ex vivo” dla płuc; przed jego wprowadzeniem mniej niż 20% płuc dawcy zostało pomyślnie przeszczepionych w szpitalu uniwersyteckim. Teraz program rozszerzył swoją działalność o 70%, „z doskonałymi wynikami”, zgodnie z raportem z 2018 roku.
Zazwyczaj płuca pozostają podłączone do układu perfuzyjnego przez 4 do 6 godzin, ale eksperymentalna praca na organach zwierzęcych sugeruje, że perfundowane płuca mogą pozostać żywotne przez 12 do 18, a może nawet do 36 godzin, powiedział Liu. Dodał, że pewnego dnia organ może być perfundowany przez tygodnie. Im dłużej organy mogą pozostawać w systemie, tym więcej czasu lekarze będą musieli naprawić uszkodzoną tkankę. Liu i jego koledzy badają teraz, w jaki sposób można zahamować zapalenie i śmierć komórek w perfundowanych płucach. Ale w przyszłości być może narządy mogą być leczone terapiami genowymi lub komórkami macierzystymi, gdy są podłączone do maszyny do perfuzji, powiedział.
Na razie jednak większość podarowanych narządów wciąż podróżuje do swoich biorców umieszczonych w chłodnicach topniejącego lodu. Dlaczego?
„Szczerze mówiąc, przeszkodą jest koszt” - powiedziała Lima. Powiedział, że system perfuzyjny dla jednego narządu może kosztować kilka tysięcy dolarów, co oczywiście przewyższa cenę standardowego urządzenia chłodzącego. Ponieważ niewiele badań porównało perfuzję ze standardowym chłodzeniem, nie ma „danych o wstrząsach ziemi”, które mogłyby przekonać szpitale do przejścia na cały kraj.
Jednak biorąc pod uwagę niedawny sukces przeszczepu serca księcia, Lima powiedział, że perfuzja może wkrótce stać się standardem opieki.
