Для защиты от сепсиса создали «искусственную селезенку»

Специалисты по биоинженерии из Гарвардского университета разработали так называемую «искусственную селезенку» — высокотехнологичное экстракорпоральное устройство, предназначенное для быстрой и эффективной очистки крови от любых патогенных микроорганизмов и предотвращения развития сепсиса. Описание устройства опубликовано 14 сентября в журнале Nature Medicine.

Сепсис (иногда называемый заражением крови) — потенциально жизнеугрожающее состояние, вызываемое избыточным иммунным ответом на возбудителя инфекции, что влечет за собой системную воспалительную реакцию, мультиорганную дисфункцию, септический шок и смерть. Как правило, поскольку выявление конкретного патогена, вызвавшего септическую реакцию, занимает слишком много времени, в качестве метода терапии применяются антибиотики широкого спектра действия, что снижает эффективность лечения и ведет к развитию антибиотикоустойчивости бактерий.  

В поисках решения этой проблемы группа под руководством клеточного биолога и биоинженера Доналда Ингбера (Donald Ingber) взяла за образец селезенку – орган, действующий, в том числе, как фильтр, очищающий кровь от различных чужеродных агентов. В созданном ими экстракорпоральном устройстве используются магнитные шарики нано-размера, покрытые модифицированной версией манноза-связывающего лектина (MBL) – белка, играющего важнейшую роль в системе врожденного иммунитета человека. MBL распознает и связывает молекулы моносахарида маннозы на поверхности более чем 90 видов патогенных микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов) и продуктов их жизнедеятельности. Именно выделяемые ими в кровь эндотоксины запускают приводящую к септическому шоку реакцию избыточного иммунного ответа.

Искусственная селезенка. Фото авторов

По аналогии с процедурой диализа, кровь пациента поступает в «искусственную селезенку» — устройство размером не больше колоды карт, где проходит через слой покрытых MBL магнитных шариков, «собирающих» практически все присутствующие в ней патогены и эндотоксины. Затем с помощью магнита кровь освобождается от шариков и в уже очищенном состоянии возвращается в организм пациента.  

Тестирование устройства на крысах, инфицированных бактериями E.coli или Staphylococcus aureus, продемонстрировало его высокую эффективность – в течение часа «искусственная селезенка» удалила более 90 процентов бактерий и продуктов их жизнедеятельности из крови животных. Спустя пять часов после заражения 89 процентов крыс, чья кровь была профильтрована через устройство, осталось в живых, в сравнении лишь с 14 процентами тех, кто был лишен подобной терапии. При этом фильтрация позволила снизить уровень воспалительной реакции в легких и других органах, что защитило животных от сепсиса.

Эффективность «искусственной селезенки» была также проверена на человеческой крови – через устройство «прогнали» около пяти литров, что составляет примерный объем крови, циркулирующей в организме взрослого человека. Кровь была заражена смесью бактерий, грибов и эндотоксинов и прокачивалась через устройство со скоростью около литра в час. В течение пяти часов «искусственная селезенка» практически полностью очистила кровь от патогенов. Такой уровень эффективности работы устройства, полагает Ингбер, вполне достаточен для контроля над инфекцией – то, что не уберет «искусственная селезенка», «добьют» антибиотики и сама иммунная система. Ингбер также отметил, что принцип действия устройства позволяет использовать его в терапии таких серьезных вирусных заболеваний, как, например, ВИЧ и лихорадка Эбола, при которых выживание зависит от качественного снижения уровня вирусной нагрузки в крови.

В настоящее время группа Ингбера проводит испытания «искусственной селезенки» на свиньях, механизмы развития сепсиса у которых похожи на человеческие. Эксперты ожидают начала клинических испытаний устройства в ближайшие два года. 

Специалисты по биоинженерии из Гарвардского университета разработали так называемую «искусственную селезенку» — высокотехнологичное экстракорпоральное устройство, предназначенное для быстрой и эффективной очистки крови от любых патогенных микроорганизмов и предотвращения развития сепсиса. Описание устройства опубликовано 14 сентября в журнале Nature Medicine.

Сепсис (иногда называемый заражением крови) — потенциально жизнеугрожающее состояние, вызываемое избыточным иммунным ответом на возбудителя инфекции, что влечет за собой системную воспалительную реакцию, мультиорганную дисфункцию, септический шок и смерть. Как правило, поскольку выявление конкретного патогена, вызвавшего септическую реакцию, занимает слишком много времени, в качестве метода терапии применяются антибиотики широкого спектра действия, что снижает эффективность лечения и ведет к развитию антибиотикоустойчивости бактерий.  

В поисках решения этой проблемы группа под руководством клеточного биолога и биоинженера Доналда Ингбера (Donald Ingber) взяла за образец селезенку – орган, действующий, в том числе, как фильтр, очищающий кровь от различных чужеродных агентов. В созданном ими экстракорпоральном устройстве используются магнитные шарики нано-размера, покрытые модифицированной версией манноза-связывающего лектина (MBL) – белка, играющего важнейшую роль в системе врожденного иммунитета человека. MBL распознает и связывает молекулы моносахарида маннозы на поверхности более чем 90 видов патогенных микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибов) и продуктов их жизнедеятельности. Именно выделяемые ими в кровь эндотоксины запускают приводящую к септическому шоку реакцию избыточного иммунного ответа.

Искусственная селезенка. Фото авторов

По аналогии с процедурой диализа, кровь пациента поступает в «искусственную селезенку» — устройство размером не больше колоды карт, где проходит через слой покрытых MBL магнитных шариков, «собирающих» практически все присутствующие в ней патогены и эндотоксины. Затем с помощью магнита кровь освобождается от шариков и в уже очищенном состоянии возвращается в организм пациента.  

Тестирование устройства на крысах, инфицированных бактериями E.coli или Staphylococcus aureus, продемонстрировало его высокую эффективность – в течение часа «искусственная селезенка» удалила более 90 процентов бактерий и продуктов их жизнедеятельности из крови животных. Спустя пять часов после заражения 89 процентов крыс, чья кровь была профильтрована через устройство, осталось в живых, в сравнении лишь с 14 процентами тех, кто был лишен подобной терапии. При этом фильтрация позволила снизить уровень воспалительной реакции в легких и других органах, что защитило животных от сепсиса.

Эффективность «искусственной селезенки» была также проверена на человеческой крови – через устройство «прогнали» около пяти литров, что составляет примерный объем крови, циркулирующей в организме взрослого человека. Кровь была заражена смесью бактерий, грибов и эндотоксинов и прокачивалась через устройство со скоростью около литра в час. В течение пяти часов «искусственная селезенка» практически полностью очистила кровь от патогенов. Такой уровень эффективности работы устройства, полагает Ингбер, вполне достаточен для контроля над инфекцией – то, что не уберет «искусственная селезенка», «добьют» антибиотики и сама иммунная система. Ингбер также отметил, что принцип действия устройства позволяет использовать его в терапии таких серьезных вирусных заболеваний, как, например, ВИЧ и лихорадка Эбола, при которых выживание зависит от качественного снижения уровня вирусной нагрузки в крови.

В настоящее время группа Ингбера проводит испытания «искусственной селезенки» на свиньях, механизмы развития сепсиса у которых похожи на человеческие. Эксперты ожидают начала клинических испытаний устройства в ближайшие два года.