Медицина

КОСТНЫЙ МОЗГ ОЧИЩАЮТ СЕПАРАТОРЫ

Борьба с онкологическими заболеваниями (они стоят на втором месте после сердечно-сосудистых по летальным исходам) продолжалась весь XX в. В последние десятилетия были созданы противоопухолевые препараты, способные в ряде случаев сохранить жизнь пациентам, ранее считавшимся неизлечимыми. Подавляющее большинство этих лекарств относится к группе так называемых цитотоксических агентов, т.е. веществ, убивающих активно делящиеся клетки. Эти соединения, применяемые в эффективных дозах, способны не только подавлять развитие злокачественного новообразования, вызывать значительную его регрессию, но и предотвращать в дальнейшем образование метастазов.

Однако использование столь мощных цитотоксических веществ не проходит бесследно для нормальных тканей организма. В первую очередь страдают активно делящиеся стволовые клетки костного мозга - родоначальники всех ростков кроветворной системы. Их гибель приводит к нарушению естественных процессов обновления клеток крови, что проявляется в прогрессивной потере иммунитета, нарушении гомеостаза и появлении анемии. Схожая картина наблюдается и при облучении организма высокими дозами ионизирующего излучения в ходе радиотерапии или в результате аварии на ядерных объектах (острая лучевая болезнь).

Усилия ученых разных стран многие годы были направлены на поиск путей защиты стволовых клеток при химиотерапии или их восстановления в дальнейшем. Идея прибегнуть для этой цели к трансплантации костного мозга донора (аллогенная трансплантация), как часто бывает, оказалась не нова. Еще в 1891 г. во Франции была сделана первая попытка применить субстрат костного мозга для самостоятельного лечения, закончившаяся неудачно. Правда, тогда пациент принимал соответствующий препарат перорально (через рот). Неудача постигла и немецких ученых в 1937 г. при внутримышечных инъекциях. В середине 40-х годов начали проводить аллогенную трансплантацию в вену. Но успех пришел лишь в 1968 г., когда американским медикам удалось таким способом вылечить первого онко-больного.

Теперь ясно: данный метод имеет ряд недостатков. Дело в том, что организм больного принимает костный мозг далеко не каждого донора. Чаще всего происходит отторжение с летальным исходом. Поэтому необходимо иметь огромный банк данных "лечащего вещества", хотя даже это не гарантирует положительный итог операции, да и стоит она достаточно дорого.

Еще один путь преодоления гемотоксичности, нашедший сейчас самое широкое распространение, - трансплантация пациенту его собственного костного мозга (аутотрансплантация). Суть метода заключается в том, что перед началом лечения у больного забирают определенное количество (от 250 до 400 г) субстрата, сохраняют его в жизнеспособном состоянии в условиях глубокого холода, а после завершения курса химиотерапии вводят внутривенно. После чего трансплантированные кроветворные клетки развиваются, и функция системы крови постепенно восстанавливается. Данный способ лечения онкологических заболеваний оказался эффективным, особенно в педиатрии, где при ранней диагностике удается спасти до 70% больных.

Но и этот метод не лишен недостатков. В процессе химиотерапии, как уже сказано, погибают не только больные, но и основные кроветворные клетки, поэтому иммунитет пациента к различным вирусам практически равен нулю. Чтобы оградить от инфекции, его содержат в специализированной стерильной палате, со строжайшим соблюдением правил асептики, применяя дорогостоящие антибиотики. Это продолжается две-три недели, ибо количество стволовых клеток в составе костного мозга незначительно - всего около 3%. Поэтому кровеносная система, а с ней и иммунитет восстанавливаются медленно.

Мало того. Часто костный мозг больного поражен опухолевыми клетками (микрометастазами), и его пересадка неизбежно ведет к рецидиву рака. Казалось бы, круг замкнулся. Но тут возникает вопрос: а нельзя ли костный мозг, взятый у пациента, очистить от вредоносных клеток?

Эксперименты проводили в разных странах. Было испробовано несколько способов, в частности фильтрование, дифференцированное центрифугирование, хроматография и т.д. Наиболее перспективным оказалось разделение клеток с помощью специфичной иммуносорбции на магнитоуправляемые сорбенты, позволяющие осуществить селекцию в магнитном поле. Что это означает?

Прежде всего, магнитоуправляемые сорбенты не что иное, как соединенные вместе ферромагнитные частицы (металлические шарики диаметром не более 5 мкм, покрытые полистиролом) и моноклональные антитела. Последние представляют собой искусственные образования, которые притягивают либо здоровые, либо пораженные клетки. В первом случае это положительная, во втором - отрицательная иммуносорбция. А в результате каждая из клеток, относящаяся к той или иной группе, окажется как бы в ловушке (любая из них притягивает по три-четыре антитела). И если обработанный таким образом костный мозг поместить в магнитное поле, произойдет разделение (сепарация) составляющих его клеток на "плохие" и "хорошие". Последние отделяют от первых и помещают в отдельные емкости, предварительно освобождая от магнитоуправляемых сорбентов, где и хранят до момента трансплантации.

Такой метод позволит избавиться от возможных микрометастазов, тем самым предотвратить рецидив заболевания и значительно повысить количество стволовых клеток в составе аутотрансплантан-та. Все это резко ускорит процесс регенерации кроветворной системы и, как следствие, сократит время пребывания пациента в стерильных условиях.

Соответствующие аппараты для сепаративной очистки костного мозга уже созданы в США, а расходные материалы производят еще во Франции, Англии, Норвегии. Однако их наработка имеет много минусов: во-первых, они очень дорогостоящие, во-вторых, операция с их помощью обходится пациенту от 100 до 250 тыс. долл. Вместе с тем степень очистки составляет не более 70%, что, конечно, понижает результат лечения. Кроме того, прошедшие через это оборудование стволовые клетки зачастую деформируются и не могут участвовать в дальнейшем процессе. Есть и другие огрехи.

И вот в 1993 г. специалисты Центрального научно-исследовательского института точного машиностроения (г. Климовск) решили создать магнитный сепаратор клеток, лишенный перечисленных недостатков. К тому времени они уже имели шестилетний опыт разработки приборов медицинского назначения. Их инициативу поддержало Министерство здравоохранения РФ. Соисполнителями этой работы стали Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, Научно-производственный центр МедБиоСпектр и Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений.

Предстояло решить несколько принципиально важных задач: разработать технологию очистки костного мозга до заданной чистоты, на ее основе создать техническую часть, т.е. сам сепаратор. К тому же разработчиков не устраивали существовавшие до той поры иммуносорбенты по своим характеристикам. В конце концов специалистам удалось достичь желаемого, и на свет появился магнитный сепаратор клеток МСК-1.

Основная рабочая его часть - контейнер с физиологическим раствором, в который помещают костный мозг и иммуномагнитный сорбент. Здесь последний соединяется (процесс инкубации), в случае позитивной селекции, со здоровыми клетками, а при отрицательной - с больными. Потом наступает очередь магнитной сепарации. В ходе ее происходит разделение клеток. Затем, при позитивной селекции, часть раствора, содержащего "грязную" субстанцию, сливают, добавляют чистый до первоначального объема и весь процесс повторяют еще дважды. При такой технологии ожидается фантастическая степень очистки - в пределах 90%.

Теперь нужно чистые клетки освободить из "плена" иммуномагнитного сорбента. Для этого в раствор добавляют фермент, разрушающий их связи, и контейнер опять помещают в магнитное поле. После чего здоровые клетки сливают в специальный сосуд - их можно сразу применять для трансплантации или законсервировать в определенных условиях для дальнейшего использования.

Установка получилась очень небольшая: длина 600, ширина 400 и высота 500 мм. Масса - 25 кг. Питается она от обычной сети переменного тока с напряжением 220 В, потребляемая энергия - 250 Вт. Если приведенные характеристики не выделяют МСК-1 из круга его зарубежных "собратьев", то следующие говорят о том, что аналогов ему в мире нет.

Степень обеспечиваемой аппаратом очистки (как уже говорилось) находится в пределах 90% (против 70% у иностранных). Стволовые клетки абсолютно не деформируются. Весь процесс работы занимает всего 100 мин (за это время очищается 250 г субстрата), причем идет она полностью в автоматическом режиме под управлением процессора. Магнито-управляемые капсулы связываются со стволовыми клетками при постоянной, заранее заданной температуре с соблюдением условий стерильности. Наконец, несмотря на уникальные возможности сепаратора, конструктивно он проще и дешевле зарубежных аналогов.

И еще. При создании МСК-1 пришлось решать очень важную задачу - разработку иммуносорбентов. Они, как уже говорилось, представляют собой соединение ферромагнитных частиц или капсул и моноклональных антител. Ни то, ни другое в России до недавнего времени не производили, поэтому поиск начинали почти с нуля.

Для начала предстояло среди известных ферро-материалов выбрать такие, из которых можно изготавливать шарики или капсулы размером приблизительно 5 мкм, обладающие нужной намагниченностью. Кроме того, их следовало покрыть выбранными поверхностно-активными, инертными или специальными веществами с заданными свойствами. И последнее: магнитоуправляемые капсулы должны "уметь" достаточно прочно связываться с антителами.

В результате длительных экспериментов остановились на железе, покрытом полистиролом. Этот конгломерат отвечает всем перечисленным требованиям и к тому же обладает высокими сорбционными свойствами: его можно стерилизовать и хранить длительное время в буферных растворах. А это крайне важно, ибо сделанные на его основе иммуносорбенты в дело идут не сразу - их запасают "до востребования".

И наконец, моноклональные антитела. Напомним: они притягиваются только каким-нибудь одним видом клеток и тем самым создают предпосылки к разделению. Производство этого вещества - очень сложный биохимический процесс, проходящий в несколько стадий, с последующей очисткой самыми современными методами (скажем, аффинная хроматография и др.). Тем не менее все преграды были преодолены, и ныне у нас в стране, помимо антител, необходимых для очистки костного мозга, существует свыше 50 их разновидностей.

Детище отечественных ученых, о котором мы рассказали, буквально совершило прорыв в борьбе с онкологическими заболеваниями. Мало того, что оно обладает уникальными возможностями, - лечение с его помощью обходится в 3- 4 раза дешевле, чем за рубежом. Сепаратор создан, прошел экспериментальные предклинические испытания. Теперь дело за "клиникой" и промышленностью - наладить его массовый выпуск. Кстати, МСК-1 в комплекте с иммуно- магнитными сорбентами поможет медикам не только значительно повысить эффективность в противостоянии злокачественным опухолям и гематологическим заболеваниям. Эта установка позволит создать крио-банки стволовых клеток людей, работающих в условиях риска возможного радиоактивного или химического поражения (операторы АЭС, работники атомной промышленности, операторы службы Министерства по чрезвычайным ситуациям, ликвидаторы последствий аварий на ядерных объектах и т.п.).

Но и этим достоинства МСК-1 не исчерпываются. Он будет полезен в научных учреждениях, ведущих исследования в области вирусологии, генной инженерии, а также в поисках методов лечения таких заболеваний, как СПИД.

На разработанный аппарат получен патент Российской Федерации.

Кандидат медицинских наук П. К. ИВАНОВ, ведущий научный сотрудник Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина РАМН, Кандидат технических наук Р.С. МАХЛИН, руководитель лаборатории Центрального научно-исследовательского института точного машиностроения, Н.Г. МОШЕЧКОВ, начальник конструкторской бригады того же института, А. В. ХИНИКАДЗЕ, директор того же института