Відомо, що імунна система захищає організм не тільки від інфекції. Однією з найважливіших її функцій є розпізнавання чужорідних антигенів і знищення генетично чужих даного організму клітин. Тому найбільш успішне приживлення пересадженого органу можливе лише у разі генетичної близькості тканин донора і реципієнта, т. е. при изогенной трансплантації. При пересадці органу від іншого організму того ж виду (алогенна трансплантація) завжди необхідно визначати сумісність за групою крові (АВО-антигени) і антигенів гістосумісності HLA-системи, розташованої в головному комплексі гістосумісності (major histocompatibility complex). Він являє собою хромосомний комплс тісно пов'язаних генів, складових код антигенів, що відповідають за i iu госовместимость. Головний комплекс гістосумісності розташований у коротеом сегменті шостої хромосоми. HLA-система включає щонайменше сім локусів IILA-A, HLA-B, HLA-C, HLA-D, HLA-DR, HLA DQ, HLA-DP. Кожен локус надзвичайно поліморфний, контропирует від 8 до 50 антигенів. Генетичний термін "гаплотип" має відношенню до спадкоємства всіх генів HLA-регіону в одній хромосомі. Номенклатуру генів у системі HLA-комплексу визначає номенклатурний комітет ВООЗ і публікує в спеціальному виданні "Номенклатура факторів HLA-системи".
Антигени гістосумісності підрозділяють відповідно до їх функцією і біохімічним будовою на класи: I клас антигенів знаходиться в HLA--локусах А, В і С; II клас - у локусах D і DR. Антигени I і II класів по-різному розподілені в клітинах. Антигени I класу є у всіх ядровмісних клітинах організму, включаючи Т - і В-лімфоцити і тромбоцити. Антигени II класу є на В-лімфоцитах, моноцитах, макрофагах, на деяких типах ендотеліальних клітин і на активованих Т-лімфоцитах.
Трансплантація органів з визначенням сумісності донорського органу з реципієнтом по еритроцитарних і лейкоцитарними (HLA) антигенів дозволила зробити ще один значний крок на шляху поліпшення приживлення пересаджених органів.
Тести на гистосовместимость мають першорядне значення для пошуку HLA-ідентичних близнюків. Тільки одна четверта частина трансплантатів, взятих від братів і сестер, є гаплоидидентичными, співпадаючими по шести головним HLA-антигенів (парні А, В і DR), без урахування "малих" локусів гістосумісності. Зазначені тести мають менше значення при підборі донорів з родичів або донорів, які не мають родинних зв'язків. HLA-генетична система дуже полиморфна, і навряд чи можна знайти підходящого по всім критеріям нерідного донора. Іноді вдається виявити збіг по більшості і навіть по 6 головним HLA-антигенів (А-, В - і DR-локусами) з кращими шансами на виживання трансплантата.
У крові пацієнтів, які мали кілька вагітностей, неодноразові трансфузії крові або трансплантації, з'являються антитіла проти HLA-антигенів гістосумісності як реакція на вплив чужих клітин, з іншим набором HLA. При новій зустрічі HLA-антигенів донора з наявними у реципієнта преформированными анти-HLA-антитілами вироблення преформованих антитіл різко збільшується. Реакція антиген-антитіло відбувається негайно, бурхливо. В результаті виникає неподдающаяся лікування надгостра реакція відторгнення пересадженого органу.
Для того щоб виявити наявність у реципієнта анти-HLA-антитіла проти HLA-антигенів донорських клітин виробляють перехресну пробу на гистосовместимость. Для проведення тесту донорські лімфоцити, мічені 51Сг, змішують з сироваткою і комплементом реципієнта і піддають інкубації. Якщо донорські клітини будуть вбиті, про що свідчить виділення вільного хрому-51, перехресну пробу вважають позитивною. У цьому випадку донорський орган несумісний з реципієнтом. Неминуче виникне надгостра реакція відторгнення.
Лимфоцитотоксический тест застосовують для визначення HLA I і II класів. Досліджувану суспензію лімфоцитів змішують і інкубують з набором анти-HLA-антисироваток певної специфічності. Якщо антисироватки містить антитіла до одного з HLA-антигенів, то вони свзываются з клітинною мембраною. Потім додають комплемент і продовжують інкубувати. Клітини, що несуть на мембрані пов'язані антитіла, будуть зруйновані при активації комплементу. Потім додають барвник (еозин або трипановый пиши) Барвник поглинається тільки мертвими клітинами, які забарвлюються. Живі клітини відривають барвник. Це дозволяє встановити HLА-антиген по антисыворотке, викликала лізис.
При цій пробі виявляються тільки серологічно дефинированные (SD) HLA-антигени, до представляють не весь спектр антигенів гістосумісності, а тільки ті з них, які продукують антитіла. Деякі варіанти HLA-аитигснов не мають иммуногенностью, а деякі иммуногенпые не продукують антитіла. У цих випадках для їх диференціювання застосовують послідовний (секвенциальный) аналіз ДНК або РНК.
Для ідентифікації.антигенів гістосумісності II класу, що кодуються генами HLA-DR, застосовують клітинну реакцію (реакцію бласттрансформації). При цій пробі суспензію лімфоцитів реципієнта змішують з лімфоцитами донора. При відсутності сумісності лімфоцити реципієнта піддаються проліферації і утворюють бластні форми. Антигени II класу головного комплексу гістосумісності активують і стимулюють проліферацію Т-хелперів, здатних виявляти різницю в антигенах, що недоступно при проведенні серологічних тестів.
У добре оснащених лабораторіях сумісність визначають методом цитофлоуметрии або удосконаленим методом аналізу ДНК. Серологічне HLA-типування буває некоректним у 25 % випадків. Більш точні результати дає секвенциальный аналіз DR ДНК за допомогою спеціального набору реактивів фірми "Gen Trak".
Клітинна реакція проти несумісних HLA-антигенів залежить від Т-лімфоцитів. Т-хелпери розпізнають антигени II класу, Т-цитотоксичні лімфоцити розпізнають клас I, а Т-супресори сприяють приживлению трансплантата.
Реакція відторгнення алотрансплантата є комплексною, складною, залежить від цитодеструктивного дії активованих лімфоцитів - Т-хелперів, Т-цитотоксичних, В-лімфоцитів, анти-HLA-антитіл та активованих макрофагів. Активація Т-хелперів антигенами II класу стимулює вироблення ряду факторів, включаючи інтерлейкін(ІЛ)-2, є одним з головних чинників зростання лімфоцитів, які виконують основну роль у відторгненні трансплантата.
Цитотоксичні Т-лімфоцити, стимулюють антигенами I класу, продукують IL-2-рецептори. Потім IL-2 взаємодіє зі специфічними ІЛ-2-рецепторами на поверхні чужорідних клітин і руйнує їх. Стимульовані макрофаги та інші клітини продукують IL-1, який в свою чергу стимулює продукцію IL-2.
В реакції відторгнення важливу роль відіграє і гуморальна реакція, особливо на антигени I класу. Реципієнти з первинної імунної реакцією проти антигенів I класу, що проявляється присутністю цитотоксичних анти-НЕА-антитіл у сироватці, реагують надлишкової продуцией цитотоксичних антитіл при зустрічі (взаємодії) з аналогічними антигенами. Присутність цитотоксичних анти-НЕА-антитіл у реципієнта до трансплантації за наявності в донорському трансплантаті антигенів, проти яких в організмі реципієнта є антитіла, реалізується негайної (сверхгострій) деструктивною реакцією отторожения, обумовленої фіксацією антитіл на донорському ендотелії. В результаті тромбоцитарные і фібринозний згустки відкладаються в судинах донорського органу, виникають тромбоз та ішемічний некроз трансплантата.
Пересадка серця проводиться порівняно часто і займає друге місце після пересадки нирок. Удосконалення методів консервації органів, придушення реакції відторгнення з допомогою сучасних препаратів, техніки штучного кровообігу та інтенсивної терапії дозволило ширше застосовувати пересадку серця в клінічній практиці
Показаннями до трансплантації серця є хронічна ішемічна хвороба серця у термінальній стадії розвитку хвороби (близько 45 % усіх трансплантацій серця), кардіоміопатія з явищами вираженої серцевої недостатності (45 %), важкі комбіновані вади серця, значно рідше - інші види захворювань серця.
Критеріями відбору реципієнтів для трансплантації серця є:
серцева недостатність IV ступеня за класифікацією Нью-Йоркської асоціації кардіологів або передбачувана тривалість життя пацієнта менше 6 міс;
вік реципієнта - від періоду новонародженості до 60 років (в деяких центрах до 65 років);
задовільний стан пацієнта до появи ознак кінцевій стадії розвитку серцевого захворювання; у реципієнта повинна бути нормальна функція або легко оборотна, тимчасова дисфункція легенів, печінки, нирок, ЦНС, а також емоційна стабільність і комунікабельність;
резистентність легеневих судин повинна бути нормальною або піддається фармакологічної корекції;
у реципієнта не повинно бути активно розвивається інфекції або онкологічного процесу, нещодавно перенесеної тромбоемболії легеневої артерії, тяжкого судинного захворювання.
При виборі методу лікування лікар повинен бути впевнений в тому, що пересадка серця є єдиним способом продовжити життя хворого, що всі можливості інших методів лікування важкого серцевого захворювання вичерпані.
Протипоказаннями до трансплантації серця є:
системні захворювання (наприклад, інсулінзалежний цукровий діабет, не піддаються корекції хронічні захворювання нирок, ЦНС, психічні захворювання, активна інфекція в організмі);
високий тиск у системі легеневої артерії (легенева гіпертензія);
виражене ожиріння, алкоголізм або наркоманія.
Критерії відбору донорів. В якості донора для пересадки серця повинен бути підібраний людина зі здоровим серцем, по можливості молодше 60 років з клінічно встановленою смертю мозку. Серцева діяльність донора повинна підтримується гіпертензивними препаратами нетривалий період часу. Донор і реципієнт повинні мати однакову групу крові. У сироватці крові реципієнта не повинно бути преформованих антитіл проти лімфоцитів донора. Донор повинен мати нормальну ЕКГ і эхокардиограмму. Розміри донорського органу можуть коливатися від 20 до 50 % від розмірів серця реципієнта.
Пересадку серця виконують тільки у відділеннях серцевої хірургії, які мають досвід проведення штучного кровообігу з холодової кардиоплегией, де є відповідне обладнання і квалифированный персонал.
Оперативний доступ - серединна стернотомія. Після розтину перикарда вводять канюлі в нижню і верхню порожнисті вени для підключення апарата штучного кровообігу. Тривалість штучного кровообігу і холодового кардиоплегии повинна бути якомога коротшою.
Серце донора і реципієнта січуть майже повністю, залишаючи невеликі ділянки задніх стінок обох передсердь (місця впадіння порожнистих вен в праве передсердя і місце впадання легеневих артерій у ліве передсердя). Після огляду підготовленого відповідним чином серця донора його швами з'єднують з рештою задньою стінкою лівого передсердя, перегородкою між ними, залишком правого передсердя, аортою і легеневою артерією реципієнта. Після зняття затискача з аорти вживають заходів для якнайшвидшого відновлення скорочень серця, якщо воно не відновлюється самостійно.
Імуносупресію проводять за загальними правилами. В останні роки в схему імуносупресії включають моноклональні антитіла (ОКТЗ та ін).
Протягом першого року після операції виживає близько 80 % пацієнтів, після 5 років - близько 64 % і після 10 років і більше - 45 %.
Реакція відторгнення проявляється аритмією, гіпотензією, підвищенням температури, слабкістю, нестачею повітря. ЕКГ недостатньо інформативна. Для виявлення ранніх ознак реакції відторгнення використовують чрезвенозную эндокардиальную біопсію міокарда з наступним вивченням його гістологічної структури. Рутинно використовують також радіоізотопну вентрикулографию, яка дозволяє стежити за реакцією відторгнення та змінами в процесі лікування імуносупресантами.
живі донори, які не мають родинних зв'язків з реципієнтом (родичі чоловіка або дружини, друзі, близькі, знайомі);
мертві донорів - трупів раптово померлих від зупинки серця людей (біологічна смерть) і людей зі смертю мозку, але з триваючим скороченням серця.
Мертві донори з постійно б'ється серцем і перфузією органів визначаються за неврологічним критеріям смерті мозку. Біологічну смерть визначають за серцевим критеріям (повна зупинка скорочень серця).
Для позначення особливостей трансплантації використовують спеціальну термінологію:
аутогенне трансплантація
донор і реципієнт одне і те ж особа;
изогенная трансплантація
донор і реципієнт однояйцеві близнюки;
сінгенная трансплантація
донор і реципієнт родичі першого ступеня;
алогенна трансплантація
донор і реципієнт належать до одного виду (наприклад, пересадка від людини людині); - ксеногенная трансплантація - донор і реципієнт належать до різних видів (наприклад, пересадка від мавпи людині).
Для позначення пересадки органу на його звичайне місце прийнятий термін ортотопічна трансплантація. При пересадці органу на будь-яке інше анатомічне місце говорять про гетеротопічної трансплантації.
Якщо відсічений орган або відірвана частина тіла знову імплантуються в організм господаря, то таку операцію називають реплантацией.
Аллопластическая трансплантація - заміна органу або тканини синтетичними матеріалами.
Живий донор повинен бути повнолітнім, у повній свідомості, здатним приймати рішення добровільно, без стороннього тиску. Донор повинен бути фізично і психічно абсолютно здоровим, здатним перенести операцію з вилучення органу без значного ризику для здоров'я. У ряді країн пересадка нирки або 2-3 сегментів печінки від живих донорів проводиться досить часто (40-60 % від загальної кількості трансплантацій зазначених органів).
У разі подальшого поліпшення імунодепресивної терапії і збільшення приживлюваності пересаджених органів тільки недолік трупних органів може виправдати використання органів від живих донорів. У нашій країні взяття органу від живого донора, який не є близьким родичем, етичних і юридичних міркувань заборонено.
Мертвий донор. Розрізняють донорів, загиблих від зупинки скорочень серця (біологічна смерть), та донорів з мозкової смертю, але з б'ється серцем.
У донорів з біологічною смертю необхідно як можна швидше після зупинки серця провести "холодовий консервацію органів, щоб скоротити час теплової ішемії, викликає дистрофічні зміни в органах і різко знижує можливість відновлення нормальної функції після пересадки органу.
В даний час у ряді країн більшість органів для пересадки беруть від донорів з мозкової смертю або від живих донорів. В США щорічно близько 20 000 донорів з мозкової смертю використовують для взяття і пересадки органів. Донори з мозкової смертю - це зазвичай пацієнти з тяжкою черепно-мозковою травмою або крововиливом у мозок, у яких функція мозку необоротно втрачено, в той час як інші функції організму підтримуються завдяки інтенсивній терапії. Смерть мозку, за спільною згодою вчених більшості країн, прирівнюється до смерті людини.
Оптимальним варіантом для пересадки є наявність здорового донора, у віці від 3 до 65 років, з незворотною по тяжкості травмою голови чи невиліковними цереброваскулярними захворюваннями. При крайньому не - достатку донорських органів у деяких країнах дозволяється використовувати органи від осіб з мозкової смертю старше 65 років або від донорів з біологічною смертю (з несокращающимся серцем). Повинні бути з'ясовані анамнестичні дані донора та проведено ретельне фізикальне, лабораторне та інструментальне обстеження, щоб виявити захворювання, які є протипоказанням до взяття донорських органів. До їх числа відносяться генералізована інфекція (включаючи приховані форми ВІЛ-інфекції, вірусного гепатиту В і С), пухлини (за винятком неметастазирующих пухлин мозку). Гіпертонія і атеросклероз не є протипоказанням до взяття органів.
Смерть мозку встановлюється комісією, що складається з анестезіолога, хірурга (нейрохірурга), невропатолога, психіатра та лікаря, за встановленими неврологічним критеріям, після дворазового обстеження в стаціонарі з інтервалом від 6 до 12 год. Втрата функцій мозку визначається:
за відсутності реакції на зовнішні больові подразники, наявності глибокої коми, атонії м'язів;
за відсутності самостійного дихання і кашльового рефлексу (у тому числі при зміні положення ендотрахеальної трубки або відсутності подразнення слизової оболонки трахеї і бронхів при відсмоктуванні мокротиння), спонтанних дихальних рухів протягом 3 хв після відключення апарату штучного дихання;
за відсутності рухів очей, корнеальных рефлексів, реакції зіниць на світло, наявності широких зіниць, ізоелектричної ЕЕГ (відсутність активності мозку);
за неухильного зниження температури тіла. Поступово розвинулася гіпотермію з температурою тіла нижче 32 °С можна вважати надійним критерієм мозкової смерті;
по зниженню кров'яного тиску, незважаючи на проведені реанімаційні заходи (трансфузія розчинів і введення лікарських засобів протягом багатьох годин).
При щонайменшому сумніві рекомендується зробити электроэнцефалографию або ангіографію мозку, щоб переконатися у відсутності кровообігу в ньому. У разі мозкової смерті введення атропіну не викликає зміни серцевого ритму.
Рішення про смерті мозку не можна приймати, якщо пацієнт знаходиться в глибокій гіпотермії, вираженої гіповолемії, при набряку мозку, у стані інтоксикації депресантами, подібними барбітуратів, тому що при цих станах може спостерігатися зворотна изоэлектрическая электроэнцефалограмма.
Лікарі бригади трансплантологів не повинні брати участі у встановленні діагнозу смерті мозку. Правила констатації факту смерті мозку, неврологічні критерії та процедура взяття органів від донора в нашій країні юридично узаконені. Якщо померлий за життя не залишив заповіту про згоду на вилучення органів, то у разі його раптової мозкової смерті для вилучення органів потрібна згода родичів. Взяття органів для трансплантації здійснює спеціальна бригада лікарів у тому ж лікувальному закладі, де сталася смерть.
Показанням до цієї операції може служити тотальний некроз тонкої кишки, її великий поліпоз. В експериментальних умовах спочатку пе-ресаживают ізольовану петлю кишки з виведенням обох кінців її на шкіру у вигляді фістули. Потім після приживлення трансплантата здійснюють другий етап операції - з'єднують кінці що прижився трансплантата з кишечником реципієнта. В клінічних умовах ця операція виконується рідко.
Деякі пацієнти одночасно потребують пересадки серця і легенів у зв'язку з важким захворюванням обох органів. В останні роки зроблені успішні операції одночасної пересадки серця і легенів.
Успішна трансплантація цих органів єдиним комплексом була розроблена Reitz і співробітниками. Метод поступово впроваджується в клініки. Основна перешкода - брак відповідних донорів.
Вибір донора. Донор за розмірами, по можливості, повинен відповідати реципієнту або бути трохи менше, мати здорові легені (за даними рентгенологічного дослідження), нормальні показники газообміну. Природно, донор повинен відповідати реципієнту по групі крові і по гістосумісності.
Вибір реципієнта. Вік - не старше 50 років. В якості реципієнта вибирають пацієнтів із захворюванням судин легенів або паренхіми в поєднанні з кінцевою стадією декомпенсації серця.
У реципієнта не повинно бути необоротних захворювань або дисфункції інших органів і раніше перенесених торакотомії чи стернотомии.
Операцію починають так само, як при пересадці серця. Легені видаляють поодинці з допомогою зшиваючого апарату, накладеного на корінь легені. Потім мобілізують трахею з проксимальними куксами бронхів і перетинають її над кариною. Після видалення легенів і серця реципієнта підготовлений консервований трансплантат поміщають в грудну порожнину реципієнта і послідовно з'єднують швами. Спочатку накладається анастомоз на трахею (бронх при односторонній пересадки), після створення якого легені починають вентилювати. Потім накладають анастомози між аортою донора і правим передсердям.
Виживаність після успішної трансплантації серця та легень така ж, як при пересадці серця. Імуносупресію проводять за тими ж правилами. Можливі ускладнення - реакція відторгнення, кровотеча, обтуруючий бронхолитиаз, який стримує широке поширення методу.
Трансплантологія стає клінічно значущою галуззю медицини. Успішні операції з пересадки нирок, серця і печінки дозволили продовжити або врятувати життя тисячам пацієнтів. Широкого розвитку трансплантології та застосування її досягнень в клініці перешкоджає брак донорських органів, які зазвичай беруть у пацієнтів з мозкової смертю.
Лікарі не замислюються над проблемою донорства і дуже рідко передають пацієнтів зі смертю мозку, але ще збереглися функціями серця та інших органів і систем в руки фахівців з трансплантології.
При цьому відіграють роль недостатнє знання проблеми, релігійні забобони, психологічний бар'єр, відсутність чіткої організації взаємодії центрів трансплантації з лікарнями. Необхідно об'єднати зусилля для вирішення питань донорства органів. Кожен лікар повинен знати критерії мозкової смерті, вміти долати психологічний бар'єр, пов'язаний з прийняттям рішення про припинення реанімації та про вилучення органів, знати прийняті в даному регіоні організаційні форми донорства та своєчасно інформувати центр трансплантології про наявний потенційного донора, якого лікар безсилий допомогти. Тільки спільні зусилля трансплантологів і лікарів інших спеціальностей допоможуть подолати недоліки в організації донорства, розширити клінічне застосування пересадки органів і врятувати життя можливо більшій кількості пацієнтів, які потребують трансплантації.
Паралельно організації донорства органів ведуться роботи щодо подолання антигенної несумісності для пересадки органів тварин людині (ксеногенная трансплантація). У цьому напрямку проводяться інтенсивні і досить успішні дослідження по вирощуванню трансгенних свиней з набором HLA-антигенів, близьким до людського, і вишукування найбільш ефективних засобів для запобігання реакції відторгнення ксенотрансплантата. Успішне вирішення цієї проблеми дозволило б використовувати органи тварин для пересадки людям і тим самим подолати брак донорських органів.
Сідні Кендал в шестирічному віці втратила правої руки в результаті нещасного випадку при катанні на човні. Тепер Сідні вже виповнилося 13 років і вона спробувала кілька протезів руки. Всі протези виявилися малофунциональными, не практичними і не красивими. Тим не менше, тепер у дівчинки з'явився новий зручний, механічний, 3D друкарський, рожевий, пластиковий протез руки.
Швидкий перехід:
Що таке 3D друк в медицині?
Зуби, протези кінцівок і слухові апарати
3D імплантати
3D-друкована жива тканина
Цей протез руки спроектували спеціально для Сідні навесні нинішнього року студенти інженерного факультету Університету Вашингтона в Сент-Луїсі при співпраці з лікарнею Шрайнерс. Дівчинка разом зі своїми батьками спостерігали за процесом друку.
Мати Сідні, Бет Кендал, розповідає, що на друк кожного пальця пішло близько 7 хвилин. Вони не могли повірити в те, що відбувається.
Коли Сідні одягла нову руку і пішла в школу за межами Сент-Луїса, її однокласники також були приголомшені. Вони говорили дівчинці, що вона стане знаменитістю, адже це так круто.
Механічна рука з протиставленим великим пальцем допомагає Сідні піднімати баскетбольний м'яч, рухати комп'ютерну мишу, піднімати картонний стаканчик для чаю.
У скільки обійшлося це диво? Всього близько $200. Звичайні механічні руки можуть коштувати від $50, 000 до $70, 000, а по мірі росту і розвитку дитини їх слід систематично змінювати.
Бет Кендал, розповідає, що багато батьків не в змозі придбати протези для своїх дітей у зв'язку з їх високою вартістю.
Механічні руки, одна з яких дісталася Сідні, є черговим прикладом того, як 3D друк в медицині закладає початок нової ери в сфері здоров'я.
Від протезування зубів до серцевих клапанів – технологія приносить виготовлені на замовлення, персональні рішення в операційні і кабінети лікарів. Експерти розповідають про десятки клінік, які застосовують 3D друк в експериментальних проектах і операціях.
Поряд з цим вчені продовжують розробляти все більш неймовірні застосування 3D друку в медицині: друк людських органів і тканин. Щоб сприяти подальшим дослідженням, Національні інститути здоров'я США в червні 2014 року запустили програму обміну досягненнями 3D друку в медицині, що дозволяє користувачам обмінюватися повідомленнями і завантажувати файли своїх проектів.
Дослідникам з Інституту регенеративної медицини Уейк Форест вдалося надрукувати зразки печінкової тканини, які живуть в чашках Петрі – черговий крок, що наближає людство до друку органів. На думку багатьох вчених, 3D друк здійснить революцію в сфері здоров'я і покладе початок нової ери.
3D друк може кардинально змінити медичні дослідження. 3D друк – це відмінні інвестиції в майбутнє, які окупаються з лишком. Завдяки даній технології вдалося знайти відповіді на фундаментальні питання науки при мінімальних розтратах. У це складно повірити, тим не менш, це факт. 3D друк у медицині дозволяє досягати неймовірних результатів, заощаджуючи при цьому кошти та інші ресурси.
Що таке 3D друк в медицині?
Уявіть чорнильний струменевий принтер, тільки замість друкування букв на аркуші паперу, він формує з пластику, металу або порошкового матеріалу різні об'ємні форми, такі як зуб, палець або стегновий суглоб.
Типовий принтер бере на друк документ, а 3D принтери отримують команди з МРТ або КТ знімка частини тіла. 3D друк, відома також як технологія адитивного виробництва, створює об'єкт шар за шаром, знизу вгору.
Незважаючи на те, що перші 3D принтери з'явилися в 1980-х роках, вони знайшли своє застосування в медицині всього кілька років тому.
Такі пристрої можуть виробляти більш складні форми, ніж традиційні технології виробництва. Таким чином, можна виробляти максимально персональні продукти: зуб, який в точності схожий на той, якого позбувся пацієнт; або точну копію стегнового суглоба.
Дана технологія дозволяє заощадити час, а також дозволяє виробляти медичні пристрої практично в кабінеті лікарів. На сьогоднішній день статистичні відсутні чіткі цифри, тим не менш, на думку експертів, тільки в США кілька десятків медичних установ використовують 3D принтери в тих чи інших цілях.
Зуби, протези кінцівок і слухові апарати
3D друк в медицині широко використовується у виробництві штучних частин тіла – найчастіше з пластику або металу – які контактують з тілом людини, але не контактують з кров'ю. Наприклад, зуби, слухові апарати протези кінцівок.
Раніше зубні коронки проводилися в спеціальних лабораторіях і майстернях. Цей процес займав кілька днів і навіть тижнів. Пацієнтам доводилося кілька разів відвідувати лікаря для примірки протеза. Тепер стоматологи можуть просто зробити 3D знімок зуба і виготовити коронку миттєво на місці.
Технологія надала людям з ампутованими кінцівками, таким як Сідні, можливість вибору – альтернативні інноваційні протези. Студії 3D друку часто співпрацюють з клієнтами, щоб розробити стильні, красиві протези, які не потрібно буде від всіх приховувати, а навпаки захочеться продемонструвати всім.
Деякі лікарі працюють з військовими ветеранами, які втратили кінцівки, щоб відкоригувати їх далекі від досконалості старі протези. Вони використовують 3D друк для виготовлення протеза, який адаптується до коливань рівня рідини в організмі. У разі необхідності він затягується або послаблюється, таким чином, протез не викликає неприємних чи больових відчуттів у пацієнта.
3D імплантати
3D друковані пластикові або металеві вироби також проклали собі шлях всередину людського організму. Лікарі з Дитячої лікарні Мотта при Університеті Мічигану врятували життя двох малюків у 2012 році завдяки 3D друкованим пластиковим імплантатів, які їх встановили в дихальні шляхи.
Малюки мали рідкісний вроджений дефект, який називається трахеально-бронхіальне розм'якшення. Без належного лікування їх слабка дихальна система відмовила б, викликавши задуха і смерть. Єдине лікування: вставити трахеостомічну трубку і підключити дитини до системи штучної вентиляції легень на кілька років, до тих пір, поки їх дихальні шляхи не зміцніють, щоб самостійно залишатися відкритими.
Однак у випадку 17-місячного Гарета Петерсона лікування не дало очікуваних результатів. Дитина залишався приєднаним до апарату штучної вентиляції легенів, однак його дихальні шляхи залишалися надто слабкими. Лікарі зі штату Юта, де проживає сімейство Петерсонів, зробили все, що було в їх силах.
«Гарету навіть не можна було плакати, інакше він набував синій відтінок, - розповідає батько хлопчика, Джейк Петерсон - Нам потрібно було тримати його постійно на руках і робити все, щоб він відчував себе щасливим, а це неможливо зробити, якщо дитина підключений до апарату штучної вентиляції легенів».
Петерсоны прочитали статтю про схожий випадок. Хлопцеві надали допомогу в 2012 році за допомогою 3D друкованої трахеальних шини. Саме тоді вони звернулися за допомогою до хірурга з клініки Мотта, Глэну Гріну.
«Ми вирішили, що це єдиний для Гарета шанс. Лікарі з Юти попередили нас, що нам слід звикнути до думки про те, що нас шин піде з життя. Але ми не були до цього готові», - розповідає Наталі Петерсон, мати Гарета.
Грін спільно з професором біомедичної інженерії Холлистером, використовуючи КТ знімки дихальних шляхів Гарета, спроектували і надрукували спеціальні шини, які підтримували б дихальні шляхи хлопчика відкритими. Зрештою, тіло абсорбує пристрій, і дихальні шляхи будуть залишатися відкритими. Дитяча лікарні Мотта є першим в світі медичним закладом, де зробили таку операцію.
«Думаю, це був перший приклад використання 3D друку в медицині в ситуації, коли мова йде не про життя, а смерті», - говорить Холлистер, коментуючи випадок з хлопчиком, якому вони надали допомогу в 2012 році.
Витрати на трахеостомії і тривале перебування на штучній вентиляції легенів перевищує $ 1 млн на одного пацієнта. За словами Холлистера, шина обійшлася приблизно в$200, 000- $300, 000.
Хірурги імплантували та інші 3D друкарські пристрої у пацієнтів. Залатали отвори в черепі, зроблені для операції на головному мозку. Черепні пластини можуть замінити великі ділянки черепа, втрачені в зв'язку з травмою голови або раком. Клініка Майо на ряду з іншими клініками пропонують 3D друковані імплантати стегнових і колінних суглобів. Суглоби, виготовлені на персональній основі, мінімізують тривалість операції та післяопераційної реабілітації. Також лікарям не потрібно прибирати кісткову тканину, щоб правильно встановити імплантат.
3D-друкована жива тканина
Крім металів та пластику, лікарі і вчені наповнюють 3D принтери людськими клітинами і друкують з них живі тканини – цей процес називають биопечатью. У майбутньому вчені мають намір друкувати живі органи для пересадки, використовуючи клітини пацієнта. Деякі експерти прогнозують, що це відбудеться вже через 10 років і принесе революцію в сферу трансплантації органів. Пацієнти не будуть помирати в очікуванні органів, а їхня імунна система не стане відкидати донорські органи.
Вчені також мають намір використовувати живу друковану печінкову тканину у випробуванні нових лікарських препаратів на токсичність. Вони вважають, що такий метод забезпечить більш точні результати, ніж традиційні випробування на тваринах.
Біомедичні інженери використовують кілька методів друку органів. Принтери створює пластикову модель органу, яка потім покривається людськими клітинами. Або ж принтер може випускати клітини в спеціальний гель на основі колагену, що скріплює воєдино всі. Протягом декількох тижнів клітини виростають в пластикових або колагенових формах перш, ніж отримати з них функціональний орган. Після впровадження в тіло, форми руйнуються, залишаючи після себе лише людську тканину. У випадку з дітьми це означає, що тканини можуть рости разом з ними, виключаючи необхідність подальших операцій, пов'язаних з ростом організму.
Биоинженерам з Корнельського університету вже вдалося надрукувати вуха, дослідники з Університету Мічигану також відчувають цю концепцію. Багато лабораторії вже використовують друковані тканини при випробуванні нових вихідних більш досконалих материалаов.
Перша спроба трансплантації підшлункової залози при діабеті I типу була зроблена в 1891 р., за 30 років до відкриття інсуліну. Тоді англійський хірург Williams ввів суспензію клітин підшлункової залози в черевну стінку хворого з діабетичною комою. Першу трансплантацію підшлункової залози в клініці зробили Kelly і Lillehei в 1966 р. Вони пересадили сегмент підшлункової залози в клубову ямку. Протока залози був перев'язаний. Ця операція використовується в деяких установах до теперішнього часу. Пізніше було запропоновано декілька різних варіантів операції.
Показання до пересадки підшлункової залози є суперечливими. Не викликає сумніву, що пересадка повинна бути зроблена до появи тяжких або незворотних ускладнень цукрового діабету, таких як важка ретинопатія, що загрожує сліпотою, нейропатія, нефропатія, важке захворювання мікросудин і великих стовбурів.
Протипоказання до трансплантації підшлункової залози такі ж, як до трансплантації нирки та інших органів. Особливо ретельно повинно бути досліджено серце реципієнта. У зв'язку з нейропатією багато пацієнти не відчувають стенокардію навіть при значному ураженні коронарних судин. Для уточнення діагнозу рекомендується провести радіоізотопне дослідження серця, ангіографію коронарних судин.
Вибір донора і вилучення підшлункової залози мають велике значення для успіху трансплантації. Підшлункову залозу зазвичай беруть у молодого, здорового донора з мозкової смертю. Вік донора може коливатися від 3 до 55 років. У дорослих донорів необхідно виключити атеросклеротичне ураження чревного стовбура. Абсолютним протипоказанням для вилучення підшлункової залози у донора є інфекція в черевній порожнині, травма залози, гострий панкреатит і наявність діабету у донора. Вміст глюкози і амілази в крові донора не відображає стан і придатність підшлункової залози для трансплантації. Панкреас вилучають разом з печінкою і дванадцятипалої кишкою або окремо. Після вилучення органів печінка відокремлюють від підшлункової залози. Останню консервують у спеціальному розчині (Виспан, ДюПонт) і зберігають у контейнері при низькій температурі до моменту пересадки. Максимальний термін зберігання консервованого органу 20-30 год.
Для пересадки використовується або сегмент (хвіст і тіло), або вся підшлункова залоза разом з сегментом дванадцятипалої кишки. Існують різні думки з приводу відведення экзокринного соку. Вивідна протока панкреас може бути перев'язаний, блокований спеціальним полімером або залишений відкритим (тоді панкреатичний сік виділяється у вільну черевну порожнину), з'єднаний соустьем з ізольованою за Ру петлею тонкої кишки, сечовим міхуром або сечоводом.
При пересадці цілої підшлункової залози разом з сегментом дванадцятипалої кишки останній з'єднують анастомозом бік у бік з тонкою кишкою або сечовим міхуром. При пересадці сегмента підшлункової залози вивідна протока її частіше блокують неопреном або іншим швидко отвердевающим синтетичним матеріалом. Однак ця методика менш популярна порівняно з відведенням панкреатичного соку в кишку або сечовий міхур. При відведенні панкреатичного соку в сечовий міхур зменшується небезпека інфекції, з'являється можливість контролювати вміст амілази в сечі і судити про початок реакції відторгнення і функціональному стані трансплантата, тому цю методику часто використовують в ряді центрів. Недоліком з'єднання протоки залози з сечовим міхуром є втрата великої кількості бікарбонатів з панкреатичним соком, розвиток ацидозу, гематурії, інфекції сечового міхура, стриктури уретри.
Підшлункову залозу, як і нирку, пересаджують в клубову ямку. При цьому послідовно з'єднують вени, артерії, вивідний проток залози. Прийнято три варіанти пересадки підшлункової залози: пересадка тільки залози у хворих в преуремическом стані), послідовна пересадка спочатку нирки, а потім підшлункової залози і, нарешті, симультанная (одночасна) пересадка нирки і залози. Позірна перевага послідовної пересадки полягає в тому, що панкреас пересаджують на тлі імуносупресивної терапії, що проводиться, з приводу пересадженої раніше нирки. Однак результати послідовної пересадки виявилися гірше одночасної пересадки нирки і підшлункової залози. Тому в більшості випадків тепер виробляють одночасну пересадку обох органів. При цьому пацієнт піддається тільки одному оперативного втручання і отримує однакову імуносупресивну терапію
Реакція відторгнення зазвичай починається з лімфоцитарною інфільтрації ацинусів, розвитку васкуліту. Острівкова тканину підшлункової залози деякий час не змінюється. Лімфоцитарна інфільтрація і пошкодження острівцевих тканини спостерігаються лише у пізній стадії реакції відторгнення. Отже, підвищення концентрації глюкози в крові не може служити раннім критерієм відторгнення, рівень її підвищується тільки в незворотної стадії реакції відторгнення. Ізольоване відторгнення панкреас без відторгнення нирки відбувається вкрай рідко. Тому ранні ознаки відторгнення нирки (олігурія, підвищення креатиніну та ін) є одночасно ранніми ознаками відторгнення підшлункової залози. При послідовній пересадки панкреас, а потім нирки про початок реакції відторгнення судять за рівнем амілази в сечі, що підтверджує перевагу пересадки панкреас з анастомозом протоки залози з сечовим міхуром
Морфологічно відторгнення проявляється набуханням трансплантата, розмитістю країв пересадженої панкреас, поганий візуалізацією її хвоста при УЗД. Магнітно-резонансна томографія і різні способи УЗД не дозволяють визначити відторгнення панкреас. Якщо при пересадці був накладений анастомоз між сечовим міхуром і сегментом дванадцятипалої кишки, що оточує головку підшлункової залози, то представляється можливість для проведення біопсії панкреас через цистоскоп.
Імуносупресивна терапія проводиться за загальними правилами з застосуванням 2-3 препаратів з різним механізмом дії за розробленою схемою. Ускладнення в післяопераційному періоді такі ж, як після пересадки нирок, - можливість кровотечі, скупчення рідини навколо трансплантата (видаляється з допомогою аспірації під контролем УЗД), інфекція.
Після успішної пересадки підшлункової залози вуглеводний обмін нормалізується, пацієнт позбавляється від необхідності вводити інсулін, але зате має приймати імуносупресивні препарати. Основна мета одночасної пересадки панкреас і нирки полягає в тому, щоб зупинити прогресування нефропатії, ретинопатії, нейропатії. Як правило, це вдається досягти, якість життя пацієнтів стає набагато краще в порівнянні з життям на фоні гемодіалізу.
Теоретично можна досягти нормогликемии шляхом трансплантації клітин острівців Лангерганса, практично - вкрай важко. Для цього необхідно подрібнити панкреас донора, піддати суміш клітин впливу колагенази і потім отцентрифугировать клітини острівців Лангерганса на спеціальній центрифузі. З однієї панкреатичної залози вдається отримати дуже мало життєздатних клітин для введення їх в портальну вену, у тканину селезінки або під капсулу нирки. Ця методика знаходиться в початковій стадії розробки. Робляться спроби пересадки підшлункової залози від 16-20-тижневого ембріона. Його розмір ледь досягає 0, 5 см, а маса підшлункової залози 10-20 мг. Заліза здатна рости і виділяти інсулін протягом нетривалого часу. У світі зроблено близько 200 експериментальних пересадок ембріональної підшлункової залози з дуже обмеженим успіхом.
