Искусственная селезенка поможет в борьбе с заражением крови

Сепсис — гиперреакция иммунной системы на инфекцию — поражает по всему миру около 18 млн человек в год; количество смертельных исходов в случае общего заражения крови составляет 30-50%. Сепсис представляет большую угрозу солдатам, которые получают травмы и ранения, вызывающие инфекцию крови. Антибиотики убивают микробы, вызывающие заражение крови, но следствием их передозировки может быть угроза появления микробов, устойчивых к действию лекарственных средств. Кроме того, они обезвреживают токсины, которые оставляют после себя болезнетворные микроорганизмы. Коммерческое диализное оборудование может удалять токсины из крови, но оно не предназначено для операций на поле боя.

Dialysis-Like Therapeutics (DLT) — программа DARPA, призванная разработать интегрированный, портативный и защищенный прибор для широкого применения в борьбе с сепсисом. В рамках программы был протестирован новейший прототип такого устройства, которое способно помочь медикам в излечении от заражения крови. В статье, опубликованной в журнале Nature Medicine, говорится об успешной демонстрации одной из первых технологических попыток удаления патогенов из крови посредством ее фильтрации. В основе технологии — структура, напоминающая строение человеческой селезенки. Прототип, размером с коробку для обуви удалил из образца зараженной крови многие из микробов и токсинов, которые приводят к сепсису.
 
По словам руководителя программы полковника Мэтта Хепберна (Matt Hepburn), протестированная технология поможет исключить необходимость определения вида вредных микроорганизмов или проведения тестов, определяющих их стойкость к воздействию антибиотиков, которые могут занять часы и даже дни — до того как начать соответствующее лечение. 
 
Прототип DLT предназначен для работы вне человеческого тела, как и любое традиционное оборудование для диализа. Кровь из вены пациента попадает в устройство, где она очищается, а затем возвращается в кровеносную систему — этим его принцип действия похож на работу селезенки, которая удаляет патогены и мертвые клетки из крови, фильтруя ее сквозь сеть тончайших переплетенных кровеносных капилляров .
 
В приборе, созданном в рамках DLT, вместо капилляров используется система жидкостных микроканалов. Два смежных полых канала — в один нагнетается кровь, в другой — физраствор — соединяются друг с другом посредством длинных тонких щелей. Когда кровь попадает в устройство, она смешивается с микроскопическими намагниченными бусинами (диаметр — 128 нм), которые покрыты слоем генетически сконструированной модификации белка MBL, участвующего в работе иммунной системы человека (MBL, mannose binding lectin, лектин, связывающий маннозу). Микроорганизмы, вызывающие сепсис, и токсины буквально приклеиваются к поверхности бусин, которые затем с помощью магнита затягиваются сквозь щели в микроканалы с физраствором. Очищенная кровь затем возвращается в организм пациента. 
 
Прорывные возможности прибора, созданного в рамках DLT, основываются на структуре белка MBL, которые состоит из ветвеобразной «головки» и «хвоста». Находясь в крови человека, головка прикрепляется к специфичным сахарам на поверхности вредных микроорганизмов и токсинов, а хвост цепляется к белкам иммунной системы, которые вызывают уничтожение патогенов. Впрочем, иногда хвосты MBL ошибочно прикрепляются к белкам, которые запускают аутоиммунную реакцию, приводящую к свертыванию крови и гибели органа. Группа специалистов, работающая в рамках DLT, использовала инструменты генной инженерии для создания модификации MBL, хвост которого не цепляется к белкам, вызывающим опасную реакцию.
 
В лабораторных условиях прототип устройства смог очистить более 90% ключевых патогенов, вызывающих сепсис. Затем группа исследователей протестировала прибор на крысах, инфицированных кишечной палочкой и золотистым стафилококком, а также их токсинами — подобный «коктейль» из микробов наблюдается у людей с общим заражением крови. Прототип устройства удалил 90% бактерий и токсинов из кровеносной системы крыс в течение 5 часов.