4. Создание перфузионной лаборатории
Техническое задание
Работа делится на 3 этапа. На первом (2024) этапе создаётся простейший вариант установки, на 2 этапе (2025) установка оснащается необходимым диагностическим оборудование обеспечивающим сбор аналитических данных. На третьем этапе работа установки переводится в автоматический режим управляемый ИИ, которая на основе анализа получаемых от органа данных подбирает оптимальные условия перфузии для работы органа и увеличения длительности его сохранения, а также проверки технологий восстановления.
В итоге 3 летней работы.
Создать исследовательский стенд для поиска оптимальных условий длительной перфузии изолированных органов (сердца).
Техническое задание
Исследовательский стенд представляет из себя классический вариант системы для перфузии изолированного сердца по методам Лангендорфа и Нили дополненный системами искусственных органов (почки, печени, органами иммунной системы). Работа системы осуществляется в автоматическом режиме, который управляется моделью искусственного интеллекта. Эта модель по данным функционирования органа (сердца) определят наиболее оптимальные условия перфузии. К таким условиям относится химический и клеточный состав перфузионного раствора, его оксигенация, температура, давление, pH и др. На рисунке представлен вариант похожей системы для печени.
Примечание
Рисунок взят из статьи 1. В другой статье дано подробное описание 2. Возможные приложения такой системы см в обзоре 3.
Примеры использования ИИ для перфузии органов: (1, на основе ЭКГ, ЭКГ, проект ИИ в трансплантологию, для оценки лёгких, поиск, )
Популярно: ««В UHN у нас есть огромный набор данных, который является уникальным во всей медицине. Мы можем генерировать колоссальный объем данных об органе, и это идеально подходит для разработки ИИ», — говорит он.
Например, сейчас команда работает над тем, чтобы получить всю информацию из органа в EVLP и обработать эти данные с помощью алгоритмов искусственного интеллекта, чтобы спрогнозировать, что, скорее всего, произойдет с органом после операции.
Команда создала модель ИИ под названием «InsighTx», разработав ее на примерах различных послеоперационных результатов. Доктор Сейдж говорит, что они уже показали, что способность выполнять трансплантации с хорошими результатами значительно возрастает с ИИ.» (см)
Техническое задания для 1 этапа (2024)
Создание стенда для изучения ишемического и реперфузионного повреждения сердца с помощью упрощенной модели установки перфузии изолированного сердца .
Методы и оборудование
Упрощённая установка для перфузии изолированного сердца.
Установка должна быть пригодна для получения кардиомиоцитов и моделирования ишемического и реперфузионного повреждения сердца с возможность последующего забора биоматериала, кардиомиоцитов и сердца целиком. (Подробное описание установки для 1 этапа)
Забор сердца крысы на перфузию
Моделирование инфаркта миокарда (ИМ)
Ишемическое и реперфузионное повреждение сердца и развитие инфаркта миокарда моделируется либо прекращением поступления оксигенированного раствора либо окклюзией передней нисходящей коронарной артерии.
Гистохимическое определение размеров инфаркта миокарда после окклюзии коронарной артерии.
Набор для гистохимическое определение размеров инфаркта миокарда (СОП и подробное описание набора). Пока приведу для моделирования инфаркта in vivo и ищу методику для изолированного сердца, возможно тоже можно моделировать ИМ перетягиванием коронарной артерии. (1, ).
Забор кардиомиоцитов
Анализ кардиомиоцитов.
Протоколы
Протокол перфузии изолированного сердца по методу Лангендорфа на упрощенной установке.
Протокол ишемического и реперфузированного повреждения сердца для моделирования острого инфаркта миокарда.
Техническое задания для 2 этапа (2025)
На этом этапе происходит модификация установки, которая дополняется датчиками для биохимических и физиологических показателей сердца и улучшается механика перфузии. Расширяется количество моделей для исследования, в том числе внедряются протоколы тестирования различных терапевтических подходов.
Техническое задание для 3 этапа (2026)
Подключение к системе искусственного интеллекта и модификация установки до возможности управления условиями перфузии системы.
Старая версия сайта
Сбор материала
Научно-технологическая инфраструктура РФ.
Пример лаборатории — https://bmiorganbank.com/perfusion-research-expert-services/
Еще пример лаба для тестирования лекарственных веществ на перф органах — https://www.tno.nl/en/newsroom/insights/2023/03/ex-vivo-organ-perfusion-data/
Еще пример? https://utswmed.org/conditions-treatments/ex-vivo-lung-perfusion/
_ от FDA
Использование исследований на животных для оценки устройств для сохранения органов — руководство для сотрудников промышленности и Управления по контролю за продуктами и лекарствами https://www.fda.gov/media/107701/download (2017)
_ Система лабораторий по биологии, сделай сам. пример создания.
_ Лёгкие (1, )
Старая версия на удаление
Почему нет до сих пор длительной / неограниченной по времени перфузии?
_1_ NMP has enabled a significant prolongation of preservation times throughout all organ types with 24 h in kidney (113), 1 week in liver (114), 3 days in lung (115), 24 h in heart (116) EVMP.
- Инфекции
_9_ Возможность продления NMP на несколько дней, впервые предложенная группой из Цюриха [ 100 , 101 , 102 ], может стать ключом к расширению терапевтического окна для достижения эффективности терапии регенерации органов [ 103 , 104 , 105 ].
_12 Попытки улучшить сохранность конечностей для трансплантации с помощью перфузии ex vivo дали многообещающие результаты. Однако повсеместно отмечаются метаболический ацидоз, аберрантная биохимия перфузата и значительный отек, вызванный перфузией. Поэтому оптимизация протоколов перфузии необходима для поддержания здоровья тканей. ….
Васкуляризованная композитная аллотрансплантация (VCA) значительно улучшает качество жизни пациентов с потерей конечностей 1 . Однако серьезные нежелательные явления встречаются часто, в первую очередь из-за профилактической иммуносупрессии, необходимой для контроля острого отторжения. Несмотря на это, частота острого отторжения после VCA выше, чем при любой другой процедуре трансплантации: 85 процентов трансплантатов отторгаются в течение первых 12 месяцев 2 . Повторное отторжение приводит к значительному фиброзу мягких тканей, что делает конечность нефункциональной. Отторжение VCA представляет собой сложный, многогранный процесс, включающий иммунные компартменты резидентного донора, клеточное повреждение внутри трансплантата, аллорераспознавание и клональную экспансию аллореактивных Т-клеток реципиента 3 . Вполне вероятно, что повреждение трансплантата в результате донорской операции, гипотермии, ишемии и реперфузии способствует посттрансплантационному воспалению и иммунореактивности. Таким образом, улучшение этапов сохранения VCA с целью уменьшения повреждения трансплантата имеет важное значение.
_14_ Продолжительность перфузии. Оптимизация продолжительности перфузии может стать решающим шагом в увеличении преимуществ правильно спроектированных перфузатов. Как было успешно продемонстрировано в клинических исследованиях, короткий период ЭВНП (до 2 часов) приемлем после периода СКС ( 6 , 7 , 11 , 49 ). Однако непрерывная нормотермическая перфузия с момента извлечения может позволить полностью избежать холодового ишемического повреждения. Недавние исследования DCD на свиньях подтвердили осуществимость и безопасность длительного EVNP с почти полным исключением SCS с использованием перфузатов цельной крови в течение 10 часов в печени ( 33 , 50 ) и бесклеточного раствора Стена в течение 12 часов в легких ( 51 ). Первоначальные данные о почках показали, что непрерывная 8-часовая EVNP осуществима и безопасна для трансплантатов почек донора с работающим сердцем хорошего качества ( 52 ), а в последующем исследовании на свиных почках DCD та же группа продемонстрировала, что непрерывная 16-часовая EVNP EVNP с почти полным исключением SCS превосходил кратковременный EVNP после SCS ( 28 ). Кроме того, было показано, что субнормотермическая 24-часовая консервация с использованием бесклеточного раствора Стена поддерживает низкое и стабильное сосудистое сопротивление, обеспечивая при этом адекватную гистологическую консервацию в почках свиней DCD ( 12 ).
_18_ При использовании печени, которую нельзя было использовать в нашем центре для трансплантации, сохранение ex situ достигалось на срок более 7 дней и максимум до 13 дней.
Нехватка органов и расширение списка допустимых к трансплантации органов.
_4_ Однако существует огромное несоответствие между доступными донорскими органами и пациентами, имеющими спрос, что приводит к высокой смертности в листах ожидания ( 1 ). Чтобы преодолеть это неравенство, центры трансплантации расширили свои критерии отбора ( 2–4 ), и лишь немногие страны легализовали донорство после сердечно-сосудистой смерти (DCD), за исключением донорства после смерти мозга (DBD) .
_5 Тем не менее, доступные донорские трансплантаты ограничены, и пациенты остаются в списке в течение многих лет с повышенным риском смерти до трансплантации. 5
_6 Двадцать процентов реципиентов потеряют взятку в течение пяти лет, а 50% — в течение 10–12 лет ( 220 ).
_6 В 2020 году Сеть по закупкам и трансплантации органов сообщила, что в листах ожидания на трансплантацию органов в США стояли 116 577 пациентов ( 227 ). В среднем 20 пациентов в списке ожидания умирают каждый день из-за нехватки донорских органов ( 228 ).
_10_ На сегодняшний день проблема увеличения пула доноров в основном решается за счет использования органов доноров с расширенными критериями (ECD) более старых и повышенного риска, но они часто дают худшие результаты по сравнению с органами, полученными от доноров со стандартными критериями (SCD).
_20_ Во всем мире также наблюдается нехватка доноров органов: 15% пациентов умирают, находясь в списке ожидания трансплантации печени [ 65 ]. Доступные донорские трансплантаты стали основным ограничивающим фактором, поскольку спрос превышает предложение. …
В целях увеличения пула доноров и удовлетворения растущего спроса за последние 20 лет использовались доноры с расширенными критериями, извлекающие и имплантирующие трансплантаты от доноров с маргинальным/высоким риском, таких как пожилые доноры с сопутствующими заболеваниями и доноры после сердечно-сосудистой смерти ( ДКД). Доноры из группы высокого риска увеличивают доступность донорских органов, но имеют большую восприимчивость к ишемическим реперфузионным повреждениям, что приводит к увеличению заболеваемости и смертности [ 16 ].
Это потребовало принятия инновационных технологий и стратегий для защиты этих трансплантатов повышенного риска от вредного воздействия традиционных методов консервации и ишемически-реперфузионного повреждения (ИРИ) [ 66 ]. Чтобы улучшить результаты этих расширенных донорских трансплантатов, много инвестиций и исследований было посвящено таким применениям, как нормотермическая и гипотермическая машинная перфузия. Хотя первоначальные исследования показывают, что эти технологии имеют преимущества, большое влияние оказывают затраты и необходимая техническая поддержка, в то время как доказательства преимуществ, ориентированных на пациента, остаются неясными. Для окончательной оценки этого необходимы дальнейшие испытания. Нормотермическая машинная перфузия еще не продемонстрировала преимущества для пациентов, включая снижение смертности, сокращение пребывания в больнице, продление трансплантата и/или выживаемость пациентов [ 67 ]. Исследование перфузионного использования печени (PLUS) в настоящее время оценивает, улучшает ли нормотермическая машинная перфузия (NMP) использование органов без ущерба для результатов в печени с расширенными критериями. Эта тема обсуждается более подробно в других разделах этого специального выпуска [ 68 ].
СЕРДЦЕ
Смертность после пересадки сердца?
2_ После трансплантации сердца у 10–20% донорских трансплантатов развивается первичная дисфункция трансплантата (ПГД), что приводит к 39% смертности через 1 месяц после трансплантации [ 53 , 54 ].
Преимущества EVHP по сравнение с другими типами сохранения сердец
2_ Недавнее рандомизированное контролируемое исследование показало более высокую выживаемость пациентов через 6 месяцев и 1 год с сердцами DCD, сохраненными EVHP, чем с сердцами, сохраненными SCS [ 77 ].
ПЕЧЕНЬ
_20_ Несмотря на широкий успех трансплантации печени и улучшение иммуносупрессии, острое отторжение печени наблюдается у 25% пациентов на ранних этапах после трансплантации, что способствует значительной заболеваемости [ 52 ].
Лёгкие
Острое отторжение после трансплантации легких, 2024, https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38656281
Литература Часто задаваемые вопросы