Магнитные пузырьки в приборе «биоселезенка» связываются с кишечной палочкой (слева) и золотистым стафилококком (справа) и выводят их из крови.
Ученые разработали высокотехнологичный метод, помогающий организму в борьбе с инфекционными заболеваниями, даже если причиной их развития являются неизвестные патогены. Прибор, прототипом которого послужила селезенка, может быстро очистить кровь от любых патогенов, начиная от кишечной палочки (Escherichia coli) и заканчивая вирусом Эбола. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Medicine.
Вылечить человека от заражения крови может представлять собой сложную задачу, поскольку попадание патогенов в кровь может привести к развитию сепсиса, мощного ответа иммунной системы организма, сопровождающегося высокой смертностью. Более чем в половине случаев врачи не могут диагностировать причину инфекции, вызвавшей развитие сепсиса, поэтому они применяют антибиотики, атакующие широкий спектр бактерий. Такой терапевтический подход не всегда эффективен и может привести к развитию резистентности к антибиотикам у бактерий.
Исследовательская команда под руководством Дональда Ингбера, биоинженера из Института Биоинженерии Уайса, разработала прибор, выполняющий функции селезенки, который позволяет фильтровать кровь.
Основным функционирующим элементом нового прибора является модифицированный вариант манноз-связывающего лектина (mannose-binding lectin, MBL) – человеческого белка, который присоединяется к молекулам сахаров на поверхности более чем 90 различных бактерий, вирусов и грибов, а также токсинов, высвобождаемых погибшими бактериями. Именно эти токсины вызывают гиперреакцию иммунной системы при сепсисе.
Ученые покрыли магнитные нанопузырьки белком MBL. Кровь поступает в «биоселезенку» и проходит через микропузырьки, которые связывают большинство патогенов. Затем магнит, входящий в состав прибора, «вытягивает» из крови нанопузырьки и их источник. После этого кровь можно «вернуть» в организм пациента.
Прибор «биоселезенка» работает благодаря нанопузырькам, содержащим специфичный белок, и магниту, что позволяет очистить кровь от патогенов.
Тестирование нового прибора
Чтобы протестировать прибор, Ингбер и его команда экспериментально заразили крыс одним из двух видов бактерий – кишечной палочкой или золотистым стафилококком (Staphylococcus aureus), а затем фильтровали кровь некоторых животных через биоселезенку. Через пять часов после инфицирования 89% крыс, чью кровь пропустили через прибор, остались живы. В контрольной группе, в которой крыс инфицировали патогенами, но не использовали биоселезенку, в живых осталось только 14% животных. Результаты исследований показали, что применение прибора позволило удалить более 90% бактерий из крови крыс. Кроме того, у грызунов, чью кровь пропустили через прибор, степень воспаления в легких и других органах была меньше. Полученные данные позволяют предположить, что организм этих животных был в меньшей степени склонен к развитию сепсиса.
После этого ученые решили определить, сможет ли биоселезенка очистить весь объем крови в организме среднестатистического взрослого человека, то есть около 5 литров. Для этого они пропустили человеческую кровь, содержащую смесь бактерий и грибов, через биоселезенку со скоростью 1 литр в час. Результаты исследования показали, что прибор удалил большинство патогенов из крови в течение пяти часов.
По мнению Ингбера, прибор обладает достаточной эффективностью, чтобы взять под контроль течение инфекционного процесса: после того как биоселезенка удалит большинство патогенов из крови, антибиотики и иммунная система смогут побороть оставшиеся следы инфекции в организме.
По словам Ингбера, биоселезенка может помочь в лечении пациентов, инфицированных не только бактериями и грибами, но и вирусами, например, ВИЧ или вирусом Эбола. При таких заболеваниях выживание человека зависит от возможности снизить концентрацию вируса в крови до минимальных значений. В настоящее время его исследовательская команда оценивает эффективность применения биоселезенки на свиньях.
Нигель Кляйн, эксперт в области инфекционных заболеваний и иммунитета из Университетского Колледжа Лондона, комментирует, что биоселезенка также может помочь специалистам по диагностике собрать образцы патогена из крови и затем культивировать их в лаборатории для идентификации болезнетворного микроорганизма и назначения пациенту лечения. По его мнению, поскольку переливание и фильтрация крови являются распространенными процедурами во врачебной практике, то уже через несколько лет могут начаться клинические испытания биоселезенки.
Источник: CBIO.RU
