Два сердца в теле и восстановленный «мотор» лягушки. Ученые меняют реальность
Новейшие разработки Фонда перспективных исследований (ФПИ), как сообщили РИА «Новости», позволили российским специалистам впервые в мире восстановить замороженное сердце лягушки после длительного хранения
Руководитель проектной группы Фонда перспективных исследований (ФПИ) профессор Анатолий Ковтуни (АК) руководитель лаборатории криоконсервации и гипобиоза Института биофизики клетки РАН, кандидат биологических наук Евгений Фесенко (ЕФ) рассказали в интервью «360», как такие эксперименты стали реальностью для российских специалистов.
— Как долго ученые шли к этому достижению?
АК: смотря что взять за точку отсчета. Предположение о возможности успешного замораживания и размораживания млекопитающих Роберт Бойль, физик из Англии, высказал еще в середине XVII века. Рождение современной криобиологии как науки можно датировать сороковыми годами
ЕФ: большинство попыток консервировать органы при отрицательных температурах пришлись на
Витрификация — это альтернативная технология криоконсервации, при которой биологические объекты охлаждаются до криогенных температур без образования кристаллов льда. В 2005 году Фэй на криобиологическом симпозиуме сообщил об успешном случае витрификации почки кролика. Почка была доведена до температуры минус 130 градусов, сразу же отогрета и пересажена другому кролику, у которого она функционировала в течение 48 дней. К сожалению, воспроизвести данный результат пока не удалось ни автору, ни другим исследователям.
— В какой момент такими разработками заинтересовался Фонд перспективных исследований?
АК: очевидная актуальность создания технологии длительного хранения органов с одной стороны и отсутствие результатов в мире по данному направлению — с другой, побудило Фонд перспективных исследований взяться за эту проблему. Основная цель деятельности Фонда — содействие осуществлению научных исследований и разработок, связанных с высокой степенью риска, еще раз подчеркну —
Мы провели семинар, на который пригласили специалистов в области криобиологии со всей России, предложили подготовить предложения по данному направлению и провели конкурс. В этом конкурсе выиграл Институт биофизики клетки Российской академии наук города Пущино Московской области, с которым Фонд заключил в 2015 году договор на реализацию проекта, который и выполняется в настоящее время.
— Расскажите про научные эксперименты в данной области.
ЕФ: структура нашей работы предполагала поиск новых научных подходов к проблеме криоконсервации органов в несколько стадий. На первой стадии мы должны были работать на клетках, потом переходить к тканевой модели, а затем — к органной. При этом исследуемые подходы исходно должны были быть ориентированы на органы.
Давайте начнем сначала — в чем состоит главная проблема криоконсервации? В том, что когда вы переходите через ноль, замораживаете объект, у вас образуются кристаллы льда. Они обладают большим объемом, чем вода, и, соответственно, оказывают повреждающее действие на клеточные структуры. Классическая криоконсервация, развивавшаяся с
Другой подход, который стал развиваться с середины
— Какие органы были выбраны для исследований?
ЕФ: в качестве органной модели было взято сердце.
Здесь необходимо пояснить. Люди, не связанные с биологией, полагают, что лягушки в России зимой замерзают, а по весне размораживаются. На самом деле это не так — лягушки зимуют на дне водоемов под слоем льда, где температура постоянно сохраняется на уровне +4 градусов.
— А что происходит с лягушками, когда водоем замерзает полностью?
— АК: если температура станет отрицательной, то лягушка просто замерзнет и не оживет.
ЕФ: да, в том случае если водоем в результате сильных заморозков промерзает до дна, лягушки погибают. Безусловно, органы травяной лягушки обладают адаптационными механизмами к околонулевым температурам, однако в природе они никогда не замораживаются. Для этого объекта мы адаптировали нашу технологию и получили результат с размораживанием сердца и восстановлением его функциональной активности.
АК: процесс разработки был длительным и включал в себя комплексный подбор компонентов и условий консервации, постепенное увеличение сроков хранения с нескольких минут до часов и далее суток. Самое серьезное достижение — сердце, восстановленное после 45 суток хранения при минус 196 градусах. Это мировое достижение.
— Какие проблемы возникали при процессе размораживания?
ЕФ: если говорить о витрификации, то проблема, с которой сталкиваются при размораживании, заключается в том, что на этом этапе тоже могут образоваться кристаллы, разрушающие объект. Более того, при отогреве они образуются с большей легкостью. Это связано с двухстадийным процессом образования кристаллов. На первой стадии происходит образование затравок кристаллов, на второй — их рост. У этих стадий разные температурные оптимумы. Когда вы нагреваете объект, сначала проходится оптимум роста затравок, затем оптимум роста, поэтому велика вероятность образования кристаллов так называемой девитрификации. В этом заключается одна из сложностей размораживания.
— Как долго могут храниться замороженные органы?
ЕФ: основной процент наших экспериментов был выполнен при сроках хранения, составляющих от одних до трех суток, максимальный — 45. Можно ли хранить дольше и насколько хорошо при этом будет восстанавливаться функциональная активность, еще предстоит выяснить. Пока мы показали принципиальную возможность восстановления органа после длительного хранения. То, что с середины
— Будете ли вы сотрудничать с врачами или представителями других профессий?
АК: разумеется, пока мы говорили о замораживании. Но есть и второе направление — гипотермическое хранение органов при +4 градусах. В рамках обсуждаемой работы было показано, что можно пролонгировать сроки хранения с шести до 24 часов. В качестве объекта исследования в данном случае выступало сердце крысы, а для подтверждения сохранности выполнялась пересадка сердца реципиенту. Эта сложная микрохирургическая операция, требующая соответствующей квалификации.
ЕФ: сердце подсаживали в брюшную полость. Это так называемая пересадка в гетеротопическую позицию, когда орган подсаживается реципиенту не в ту позицию, в которой он находится в норме, а в другую часть тела. В данном случае у реципиента оказывалось два сердца — родное, и пересаженное, в брюшной полости.
Продолжение интервью читайте на сайте «360»