За прогнозами медиків, лікування діабету в майбутньому буде проводитися в основному за допомогою пересадки (імплантації) хворим клітин підшлункової залози здорових донорів. На їхню думку, головна перешкода в широкому застосуванні такого підходу - відторгнення імплантату імунною системою пацієнта - може бути подолане.
Ще на початку століття діабет був невиліковний, і люди молодого віку, у яких виявляли цю недугу, вмирали в лічені тижні і місяці. Медикам було відомо, що цукровий діабет пов'язаний з порушенням синтезу і секреції гормону, згодом названого інсуліном. У підшлунковій залозі є скупчення спеціалізованих клітин, які називаються острівцями Лангерганса. Коли у здорових людей в крові підвищується рівень глюкози, клітини острівців Лангерганса починають виробляти інсулін, який контролює кількість і швидкість надходження глюкози з крові в інші клітини організму. При відсутності інсуліну (у хворих на діабет) клітини не здатні поглинати глюкозу, яка накопичується в крові, а клітини, які не отримали глюкозу, змушені переключатися на інші шляхи обміну речовин, що небезпечно для організму.
Відомо два типи діабету: інсулін-незалежний і інсулінозалежний. У першому випадку захворювання викликане порушенням секреції цього гормону або зниженням чутливості до нього клітин організму, хоча в підшлунковій залозі гормон виробляється в достатніх кількостях. При інсулін-залежному діабеті клітини підшлункової залози не виробляють інсулін, і в цьому випадку хворі змушені довічно його застосовувати у вигляді щоденних ін'єкцій.
Широке впровадження інсуліну в медичну практику почалося в 1920-х рр. коли він був виділений з підшлункової залоз тварин. З тих пір інсулін рятує діабетиків від смерті. Відзначимо, що це захворювання супроводжується цілою низкою серйозних ускладнень, що виникають через пошкодження капілярів, що нерідко призводить до сліпоти, ниркової недостатності, атеросклеротичним ураженням кровоносних судин. Через порушення в роботі нервової системи часто спостерігаються оніміння і болі в кінцівках. І, нарешті, саме катастрофічне ускладнення, обумовлене надмірним рівнем цукру в крові, - коматозний стан.
Тому медики шукають нові підходи до лікування діабету. При інсулін-залежному діабеті найперспективніший з них - це пересадка відповідальних за синтез інсуліну клітин острівців Лангерганса, взятих від здорових донорів. Теоретично імплантацію можна проводити тільки один раз, оскільки острівці Лангерганса життєздатні протягом багатьох років і містять як синтезують інсулін В-клітини, так і клітини-попередники, з яких утворюються нові В-клітини замість відмерлих. Після імплантації В-клітини не тільки починають виділяти інсулін, а й забезпечують контроль за підтриманням нормального рівня цукру в крові. Однак при явній перспективності методу здійснювати масову імплантацію клітин в повсякденній практиці поки досить важко.
Ми розповімо про багаторічних дослідженнях професора П.Лейсі і його колег з Вашингтонського університету в області застосування імплантатів для лікування діабету.
Найперші експерименти на лабораторних тваринах мали на меті розробку способів виділення острівців Лангерганса - вони складають менше 2% від маси підшлункової залози і розосереджені по всьому її об'єму (інші клітини синтезують травні ферменти). острівці Лангерганса (панкреотіческіе острівці) представляють собою скупчення епітеліольних клітин, пронизаних густою мережею кровоносних капілярів. Залежно від будови і синтезованого гормону поділяють три види клітин: F-клітини - фарбуються кислими барвниками і синтезують гормон глюкагон; В-клітини - основна маса клітин, виділяють гормон інсулін; D-клітини - дегенеруючі форми А-і В-клітин. У 1967 р вченим вдалося виділити синтезують інсулін клітини з підшлункової залози щура. Потім була здійснена пересадка виділених клітин пацюкам інбрідінговой лінії, у яких штучно викликали діабет введенням препарату, що руйнує В-клітини. У цих експериментах щури-донори і щури-реципієнти були близькородинними, тому імунна система тварини, якій імплантували острівці Лангерганса, не сприймала їх як чужорідні, і відторгнення не відбувалося. Імплантовані клітини приживалися і справно виробляли інсулін, про що свідчив нормальний рівень цукру в крові. При успішної імплантації у тварин нерозвивалися і навіть зникали симптоми наявних ускладнень - сліпота і ураження нирок.
Однак метод виділення острівців Лангерганса, розроблений для щурів, виявився непридатним для людини. Лише через кілька років вдалося створити відповідний напівавтоматизований метод, який зараз застосовується в медичній практиці. З його допомогою з однієї підшлункової залози можна виділити близько 400 тис. Клітин - приблизно половину тієї кількості, яка необхідна імплантувати хворому на діабет.
Випробування по пересадці синтезують інсулін клітин в організм людини почалися в 1986 р Оскільки ймовірність відторгнення пересадженої тканини або органу імунною системою реципієнта досить висока, при імплантації клітин підшлункової залози застосовують спеціальні прийоми, що дозволяють її зменшити.
Один з таких прийомів - введення в організм реципієнта препаратів, що знижують імунітет, так званих імунодепресантів. Але ці препарати можуть призводити до тяжких побічних ефектів: ниркової недостатності, зниження опірності інфекціям, розвитку пухлинних процесів. Ризик був занадто великий, щоб виправдати застосування імунодепресантів тільки для лікування діабету. Тому першими, кому запропонували імплантувати острівці Лангерганса, стали ті хворі на цукровий діабет, яким необхідна була трансплантація нирки, оскільки для захисту її від відторгнення хворим все одно потрібно вводити імунодепресанти.
Сама процедура імплантації технічно не складна: хворим під місцевою анестезією робився невеликий надріз поблизу пупка, через який в одну з вен вводили клітини острівців Лангерганса. Потрапивши в ворітну вену печінки, а потім в розгалужуються від неї більш дрібні кровоносні судини, введені клітини закріплювалися там. Безпосередній контакт з протікає кров'ю дозволяв їм не тільки реагувати на підвищення рівня глюкози в ній і синтезувати додаткові порції інсуліну, але і отримувати з крові необхідне для своєї життєдіяльності кількість поживних речовин. Перші клінічні випробування виявилися обнадійливими: імплантовані діабетикам 400 тис. Клітин острівців Лангерганса прижилися і функціонували, хоча кількість виробленого ними інсуліну було недостатнім, щоб відмовитися від ін'єкцій. Однак при збільшенні числа імплантованих клітин в два рази в ряді випадків вдавалося домогтися інтенсивності синтезу інсуліну, достатньої для припинення ін'єкцій, по крайней мере на якийсь час.
У зв'язку з цим американськими дослідниками було розгорнуто широкий фронт робіт. Як відомо, механізм відторгнення тканин і органів, імплантованих хворому, пов'язаний з киллерной активністю білих кров'яних клітин - Т-лімфоцитів, які розпізнають розташовані на поверхні чужорідної клітини білкові молекули - антигени. Поява антигенів є першим сигналом, який змушує лімфоцити вийти з неактивного стану і атакувати чужорідні клітини. Другий сигнал, ймовірно, опосередковується низькомолекулярними білковими молекулами - цитокінами, які виділяються з імплантованих клітин і стимулюють Т-лімфоцити. Залежно від того, отримують лімфоцити один або обидва сигналу, виявляється їх кілерних активність.
Це має значення ось чому. Самі по собі клітини, які синтезують інсулін, мають поверхневі антигени, але не виділяють цитокіни. Тому Т-лімфоцити реципієнта дізнаються чужорідні антигени, але не знищують розпізнані клітини. Однак разом з пересаджувати клітинами острівців Лангерганса в організм реципієнта потрапляють донорські лімфоцити, які не тільки мають такі ж антигени, але і виділяють цитокіни, тобто несуть обидва сигналу. Під їх впливом Т-лімфоцити реципієнта атакують вже все перещеплюваних клітини, що несуть на собі розпізнаний ними чужорідний антиген. Таким чином, ймовірно, саме домішкові лімфоцити провокують відторгнення імплантату. Зараз робляться небезуспішні спроби блокувати лімфоцити в перещеплюваних тканинах, але експерименти ведуться поки на лабораторних тваринах.
Дослідження в області вивчення імунітету придбали надзвичайне значення, коли з'ясувалося, що інсулін-залежний діабет виникає через збої в роботі імунної системи. Т-лімфоцити помилково приймають антигени власних По-клітин за чужорідні і починають руйнувати їх - розвиваються так звані аутоімунні реакції. Саме така ситуація може звести нанівець всі зусилля по пересадці діабетикам В-клітин. Тому постає питання, як захистити їх від аутоімунних реакцій.
Один із способів захисту міг би полягати в обманним маневрі - пересадці синтезують інсулін клітин з антигенами, що відрізняються від антигенів власних По-клітин. Тоді лімфоцити і антитіла не зможуть їх дізнатися і не будуть боротися з ними.
Однак багато дослідників бачать перспективу в застосуванні іншого підходу, а саме в тому, щоб укласти донорські В-клітини в капсули з пористої пластичної мембраною. При правильно підібраному розмірі пір глюкоза буде проникати всередину капсули, а синтезовані молекули інсуліну - виходити назовні. Набагато більші за розміром лімфоцити і антитіла не зможуть проникнути через пори, що і забезпечує захист По-клітин від аутоімунних реакцій і відторгнення.
Більш виграшними в плані біосумісності виявилися капсули з пористого акрилового полімеру - вони не обростали фіброзної тканиною, а ув'язнені в них В-клітини функціонували в організмах піддослідних тварин-діабетиків вже протягом 12 днів, хоча і цей термін явно недостатній. Мабуть, недовге життя імплантованих клітин була пов'язана з некомфортні умови всередині капсули - панкреатичні острівці всередині неї агрегованих, і велика частина клітин всередині агрегатів відчувала голод і втрачала свої функції.
Зрештою було знайдено вдале рішення, коли призначені для трансплантації острівці Лангерганса суспендованих в альгінатних гелі і поміщали в спеціальні трубки з пористого волокнистого матеріалу. Приготований таким чином імплантат вводили або під шкіру, або в кровоносні судини черевної порожнини мишам, що страждають від діабету. З'ясувалося, що після пересадки рівень глюкози в крові підтримувався імплантованими клітинами протягом як мінімум одного року, тобто близько половини тривалості життя тварин. Миші добре переносили такий імплантат, а аутоімунні реакції і відторгнення не спостерігалося.
Були проведені попередні клінічні випробування на хворих, які страждають на діабет, яким схожі імплантати вводили під шкіру на двотижневий термін, і результат виявився вельми обнадійливим.
Здавалося б, медики вже близькі до того, щоб перенести ці наукові досягнення в лікувальну практику. Але неминуче виникло питання: де взяти таку велику кількість трансплантуються клітин, якщо мати на увазі, що для пересадки одному хворому їх потрібно не менше 800 тис. За приблизними підрахунками, тільки в США близько 700 тис. Людей страждають від інсулінозалежного діабету, і щорічно реєструється 13 тис. нових випадків захворювання. Наявний банк донорських органів ніяк не може покрити всі потреби, і хворі змушені роками чекати операцій.
Дослідники пов'язують певні надії з отриманням культур панкреатичних клітин в лабораторних умовах. Для цієї мети можна було б застосувати пухлинні В-клітини, які швидко розмножуються в підходящої живильному середовищі. Однак у них відсутня здатність регулювати синтез інсуліну відповідно до зміни рівня глюкози в крові, і до того ж не можна гарантувати, що після імплантації таких клітин в організмі реципієнта чи не виникнуть ракові процеси. На вирішення цих проблем спрямовані основні зусилля вчених.
Можливо, що в недалекому майбутньому постачальниками клітин підшлункової залози виявляться свині, у яких інсулін більш, ніж у будь-яких інших тварин, схожий на людський. І якщо вдасться захистити свинячі панкреатичні клітини від ушкодження лімфоцитами і антитілами людини, наприклад за допомогою капсулювання, то така міжвидова трансплантація не викличе реакцій відторгнення і імплантат зможе нормально функціонувати.
Цікаві також спроби створення "штучної підшлункової залози" - компактного автоматичного пристрою, який буде вводити хворому суворо необхідну кількість інсуліну у відповідь на зміну в його крові рівня цукру, що визначається за допомогою вмонтованого сенсора. Але це вже зовсім інша історія.