Медицина будущего и спасение тяжелых пациентов: клеточная лаборатория в Донецке

29 сентября 15:42
Лаборатории клеточного и тканевого культивирования Института неотложной и восстановительной хирургии им. Владимира Гусака (ИНВХ) в этом году исполняется 20 лет.

Она была создана в Донецке в 2002 году и стала одной из первых в СНГ баз не только для изучения технологий выращивания клеток и тканей человека, но и для лечения полученными образцами.

Использование искусственно выращенных клеток и тканей помогает спасти жизнь пациентов с сильными ожогами, поражениями внутренних органов при хронических заболеваниях и различных травмах. В некоторых случаях выращенные клетки могут являться альтернативой донорскому материалу, который всегда в дефиците. Они тщательно проверяются, чтобы исключить попадание инфекции в ослабленный организм.

Лаборатория клеточного и тканевого культивирования расположена в ожоговом корпусе (корпус № 6) Института неотложной и восстановительной медицины им. В. К. Гусака.

Лаборатория выращивания клеток: от идеи до воплощения

В Донецком крае тема лечения ожогов и производственных травм была актуальна с самого начала работы шахт и промышленных предприятий города. Взрывы на рудниках от скопления метана, пожары в шахтах случались и в дореволюционную эпоху, и во времена советской власти, случаются и в нынешнее время. К примеру, шахты им. Засядько и им. Абакумова находятся особенно глубоко под землей — там аварии приводили к десяткам, иногда сотням пострадавших. В свое время уровень травматизма в регионе превышал средний показатель по Украине в 20 раз! Механические травмы от обрушения породы, обширные ожоги и отравления угарным газом могли сочетаться между собой, осложняя оказание помощи рабочим. И требуя разностороннего подхода к лечению.

Потому ведущие специалисты донецкой медицины искали новые способы спасения таких пациентов. Идея выращивать клетки в лаборатории для лечения органов и ран возникла в середине 1990-х. Тогда заведующий ожоговым отделением Донецкого областного лечебно-клинического объединения (ДОЛКО) Эмиль Яковлевич Фисталь побывал на международной медицинской конференции в Подмосковье, где услышал доклад о клеточной технологии. Об этом методе лечения и опыте работы лабораторий с клеточным культивированием рассказывал доктор из США.

Замысел создания лаборатории принадлежит Эмилю Фисталю, хирургу- комбустиологу, с 1999 года – заведующему отделом термических поражений и пластической хирургии. С 2014 года Эмиль Яковлевич занимает пост директора ИНВХ.

Замысел организовать свою лабораторию с искусственным выращиванием клеток поддержал директор ДОЛКО Владимир Корнеевич Гусак. В 1999 году объединение было реорганизовано под именем Института неотложной и восстановительной хирургии (ИНВХ). И в 2002 году на его базе открывается одна из первых на постсоветском пространстве лабораторий клеточного и тканевого культивирования. Одним из организаторов и заведующим лабораторией стал Андрей Геннадиевич Попандопуло — специалист в области лечения стволовыми клетками и трансплантации тканей.

Андрей Геннадиевич Попандопуло 10 лет возглавляет лабораторию клеточного и тканевого культивирования. Также он является директором Международного центра биотехнологий «Биостэм» при ИНВХ.

В 2002 году Эмиль Фисталь и Владимир Гусак получили Государственную премию Украины за разработку поэтапного метода лечения пострадавших от ожогов и комбинированных травм. А в 2003 году Эмиль Фисталь возглавил созданную им же на базе Донецкого национального медицинского университета им. М. Горького кафедру комбустиологии и пластической хирургии. Это была первая подобная кафедра в стране. В рамках комбустиологии как раз изучаются случаи тяжелых ожогов и возникающих из-за них патологий: инфекций, заражения крови, появления шрамов, поражения центральной нервной системы, нарушения обменных процессов в организме, сбоев в работе сердца и т. д. Эмиль Яковлевич всегда утверждал, что опыта хирурга для лечения ожогов недостаточно — страдают все системы организма. И после опыт комплексного подхода пригождается для помощи пациентам с другими травмами, особенно полученными на производстве.

Космонавтов больше, чем биотехнологов

Помогали создавать лабораторию и российские специалисты. Например, Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова Российской Академии наук, в лице его директора, специалиста в области клеточных механизмов развития и регенерации, тканевой инженерии, клеточных технологий Андрея Валентиновича Васильева. Московские врачи приезжали в Донецк, чтобы помочь запустить производство клеток на месте.

В создании отделения помогала также московская структура «Чистый воздух». Само строительство биотехнологических лабораторий требует индивидуального подхода. Это реконструкция прилегающих помещений: для подводки электрики и воды, хранения биоматериала, производства клеток и работы с ними. Так, лаборатория в ИНВХ занимает не несколько кабинетов, а целых три этажа ожогового корпуса.

В В окнах помещений лаборатории можно рассмотреть часть высокоточного оборудования. Здесь и происходит процесс выращивания клеток и тканей.

Сотрудники лаборатории по нескольку месяцев находились на стажировках в Германии, США, России, чтобы перенять ценный опыт в области биотехнологий. Но, изучив основы, адаптировали методику под возможности своего учреждения. Ведь работа с живой клеткой и тканью — дело очень сложное, зависящее не только от медицинского оборудования и квалификации врача-биолога, но и от условий освещения, качества воды и других особенностей местности. В труде биотехнолога много тонкостей, которые осваиваются на практике. Потому донецкая лаборатория сразу совместила изучение теории с самим процессом создания клеток. Как отмечает заведующий лабораторией Андрей Попандопуло, космонавтов на свете больше, чем специалистов по биотехнологиям.

Притом специалистов в области выращивания клеток вузы не готовят — в лаборатории работают, а также тесно с ней сотрудничают врачи различного профиля, биотехнологи, фармацевты. Ведь для восстановления того или иного органа, тканей, суставов и т. д. требуются специализированные знания. При лаборатории действует Международный центр биотехнологий «Биостэм», ориентированный на сотрудничество с коллегами из других стран. На его базе осуществлялись совместные проекты по изучению стволовых клеток, в частности с Институтом нейрофизиологии при Университете города Кельна в Германии.

В лаборатории и сегодня идет работа, здесь трудятся как опытные, так и молодые специалисты, закрепляя свои теоретические навыки на практике.

Лечат не только ожоги

Первым достижением сотрудников лаборатории стало выращивание кожи для пересадки пациентам с сильными ожогами. Далее специалисты института занялись культивацией клеток для восстановления сосудов и сердечной мышцы. Главным направлением работы стало выращивание стволовых клеток, которые используют для лечения как мышечных, так и костных травм и болезней. Эти клетки выделяют из костного мозга, затем они размножаются в лабораторных условиях и после могут участвовать в заживлении всех типов органов и тканей.

Если площадь ожога небольшая, то для лечения хватает материала из собственных клеток пациента, но в случае, когда поражение тканей обширное и есть угроза жизни, ему пересаживают ткани из запасов лаборатории. Искусственно выращенные клетки хранятся в криобанке. Для процесса культивирования клеток создаются особые условия влажности, температуры, питательной среды. Для этого необходимы специальные реактивы, которые производят международные медицинские корпорации. На выращивание участка кожи для трансплантации у сотрудников лаборатории уходит около месяца. Ранее в криобанке института хранился запас выращенных тканей, достаточный для срочного лечения нескольких больных с обширными ожогами. Этот материал соответствовал всем международным медицинским стандартам. В криобанке капсулы с биоматериалом находятся в емкостях с жидким азотом при экстремально низкой температуре. Благодаря этой технологии клетки и ткани можно хранить бесконечно долго.

В криобанках лаборатории хранятся клетки крови, стволовые клетки, отдельные участки тканей человеческого организма при температуре -196 °C. После размораживания они восстанавливают свою жизнеспособность.

Клеточная терапия направлена на лечение тяжелых пациентов, для которых обычные методы малоэффективны. И с накоплением опыта работы с ожогами сотрудники ИНВХ используют эти технологии для лечения плохо заживающих ран различного происхождения, трофических язв, уменьшения размера рубцов. Также выращенные клетки используют для случаев ишемической болезни сердца с развитием сердечной недостаточности, заболеваний суставов, печеночной недостаточности, сахарного диабета, патологий роговицы глаза.

Одни из самых эффективных клеток для лечения различных ран получают из материала от искусственного прерывания беременности (получение такого материала осуществляется только с согласия женщины). Для выращивания тканей нужны как можно более активные клетки, которые хорошо растут и делятся. Для создания клеток костной и хрящевой ткани, сосудов, а также для стимулирования восстановления сердечной мышцы, печени, роговицы и других органов растят клетки из костного мозга самого пациента. Во-первых, здесь не требуется большой забор материала, во-вторых, риск отторжения в этом случае сводится к нулю.

Сотрудник лаборатории работает с питательной средой выращивания клеток. В ее состав входят факторы роста, гормоны, белки, минералы и т. д., пропорции зависят от типа и потребностей клетки.

Специалистам института удается закрывать раны после удаления больших опухолей так, чтобы след от хирургического вмешательства был незаметен. Этим занимается отдел термических поражений и пластической хирургии. К 2013 году лаборатория ИНВХ первой среди стран СНГ получила регистрацию методов лечения стволовыми клетками государственного образца. Тогда же сотрудникам института было присвоено звание лауреатов Государственной премии в области науки и техники за работу «Новейшие биотехнологии в диагностике, лечении и профилактике заболеваний человека». До 2014 года здесь проходили лечение не только жители Донецка и соседних населенных пунктов, но и жители разных регионов Украины и ближнего зарубежья.

Уникальные случаи спасения

В 2007 году Эмиль Фисталь и Андрей Попандопуло отправились в Санкт-Петербург на помощь коллегам в спасении 16-летнего мальчика, получившего ожог 98 процентов поверхности тела. Пострадавшего лечили три месяца, и он все еще находился на грани жизни и смерти. Донецкие врачи совместно с коллегами из России и Германии провели ряд операций. Для этого из донецкой лаборатории в Санкт-Петербург отправили значительный запас выращенных клеток кожи. И в результате юноша выздоровел, что стало первым подобным случаем в мировой практике. За оказанную помощь Эмиль Фисталь, Андрей Попандопуло и весь коллектив врачей, участвовавших в спасении этого пациента, были награждены в Москве премией лучшим врачам России «Призвание». Это был первый случай вручения премии интернациональной бригаде врачей.

Спустя три года специалисты ИНВХ совершили еще один врачебный подвиг — спасли пациентку из Авдеевки с 97 процентами ожогов II–III степени на коже и ожогами дыхательных путей. Женщина пострадала от утечки газа, остались неповрежденными только подошвы стоп. Медики сражались за жизнь пациентки три месяца — и днем, и ночью. Ее выздоровление стало вторым совершенно уникальным случаем в мировой медицине.

Многим памятна история о семилетнем мальчике, пострадавшем во время взрыва на полигоне в Торезе 24 сентября 2015 года. В этот день проводились первые в истории Донецкой Народной Республики соревнования по танковому биатлону. В результате теракта был взорван один из выставочных танков. Находившаяся рядом девочка погибла, а мальчик получил более 60% ожогов тела. Тогда хирургам ИНВХ пришлось провести пострадавшему более 10 операций по пересадке кожи, на протяжении нескольких недель закрывать раны выращенными в лаборатории тканями. В результате маленький пациент полностью выздоровел.

Конечно, восстановиться до прежнего состояния такие пациенты не смогут. После пересадки кожи может формироваться рубцовая ткань, которую снова заменяют на здоровую. Также страдает внешность человека. Но перечисленные случаи закончились хорошо: люди продолжают жить полноценной жизнью, работать, они рядом со своими близкими.

Взгляд в будущее

И с началом войны в Донбассе лаборатория не прекратила свою работу — здесь остались и техника, и специалисты — врачи-биотехнологи и лаборанты. Сохранилось, хотя и несколько устарело, оборудование для создания и хранения клеток и тканей. Сейчас лаборатории критически не хватает материала для выращивания клеток. Это питательные среды, сыворотки, факторы роста. Ведь кормить клетку нужно, исходя из ее потребностей, которые могут различаться. Потому лаборатории необходима комплексная поставка материалов, чего не было с 2014 года.

Изучение клеток и тканей требует современного технологического оснащения. Это, например, объединение медицинского микроскопа с камерой, которая выводит полученное изображение на экран монитора.

Выращивание искусственных клеток — передовая отрасль в медицине, ее будущее и шанс для людей с тяжелыми травмами и заболеваниями. Руководитель лаборатории, профессор Андрей Попандопуло, отмечает важнейшее направление работы в клеточной терапии — лечение онкологии. Более эффективным методом, чем химиотерапия и хирургическое удаление опухолей, является помощь иммунитету онкобольного. Вакцину против злокачественных образований делают из собственной крови пациента. Также ему вводят стволовые клетки для заживления пострадавших органов и тканей. В мировой практике такая терапия показывает высокий результат и не наносит ущерба организму человека.

Другое направление — изготовление 3D-протезов, чем лаборатория ИНВХ начинала заниматься в довоенное время. Это же направление развивает Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов им. академика В. И. Шумакова в Москве. Суть метода состоит в том, что берется каркас сосуда или клапана из полимерного материала либо часть сосуда животного и заполняется собственными клетками пациента. После чего трансплантируется на место поврежденного сосуда человека. Опять же: материал получается максимально родственным организму пациента. А значит — процесс выздоровления пойдет быстрее и качественнее.

И сейчас, в условиях военных действий и нехватки необходимых материалов, специалисты донецкой лаборатории работают над развитием передовых медицинских технологий. Они верят, что со временем и при более благоприятных условиях их труд по спасению жизней выйдет на новый уровень.