Новая технология длительного нормотермического кондиционирования донорского сердца ex vivo с использованием транспортного контейнера.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-25-10013

НазваниеНовая технология длительного нормотермического кондиционирования донорского сердца ex vivo с использованием транспортного контейнера.

Руководитель Жульков Максим Олегович, Кандидат медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации , Новосибирская обл

Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-701 - Медицинская техника

Ключевые слова транспортный контейнер, нормотермическая перфузия, хроническая сердечная недостаточность, пересадка сердца, консервация сердца, аутоперфузия, перфузия органов ex vivo

Код ГРНТИ76.13.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение актуальной биомедицинской и биотехнической проблемы – разработку новой технологии длительного нормотермического кондиционирования донорского сердца, а также создание автономного транспортного контейнера нормотермической аутоперфузии донорского сердца ex vivo. Стратегия, направленная на сокращение потребности в донорских органах за счет использования трансплантатов от доноров с расширенными критериями, доказала свою безопасность и была оформлена в виде протоколов в Австралии, Бельгии, Нидерландах, Испании, Великобритании и США. Использование доноров из отдалённых регионов стало возможным благодаря значительному прогрессу в области кондиционирования донорских органов, в частности, благодаря развитию систем перфузии. Несмотря на то, что фармакохолодовая защита является стандартом консервации уже через четыре часа функция трансплантата может быть скомпрометирована особенно у пациентов старшей возрастной группы (Costanzo M.R. et al., 2010). По данным J. Kobashigawa et al., ишемия, превышающая 4 часа, значительно увеличивает риск первичной дисфункции трансплантата, которая связана с 8% смертностью через 30 дней и повышенной смертностью через 5 и 15 лет после трансплантации (Kobashigawa J. et al., 2016). Теплая перфузия сердца ex vivo является альтернативным методом сохранения трансплантата, позволяющим улучшить функцию донорского органа, расширить пул доноров, пренебрегая временем, необходимым на транспортировку органа от донора к реципиенту (Sáez DG et al., 2014). На сегодняшний день система TransMedics (Массачусетс, США - CTM) является единственным коммерчески доступным устройством для транспортировки донорского сердца в нормотермическом перфузионном состоянии. Однако, стоимость аппарата и расходного материала практически исключает их использование в РФ. С целью ликвидировать отставание России в данном направлении высокотехнологичной кардиохирургической помощи необходима разработка адекватного по цене отечественного устройства длительного кондиционирования донорского сердца и технологии его применения, не уступающих по характеристикам зарубежным аналогам. Цель проекта заключается в реализации оригинальной концепции использования фундаментальных физиологических законов ауторегуляции сердечной деятельности на основе разработанного транспортного контейнера. Однако, для успешной реализации инновационных концептов необходимо решить ряд фундаментальных вопросов, сведения о которых отсутствуют в литературе: вопрос об оптимальных параметрах качественного состава перфузата, оптимальном освобождении рециркулирующего перфузата от токсических продуктов клеточной жизнедеятельности путем использования современных диализных экстракорпоральных технологий, тщательной проработки хирургической техники эксплантации функционирующего сердечно-легочного комплекса. Большой раздел исследований связан с экспериментальным моделированием и биоинжинирингом: расчеты конструкции транспортного контейнера и технологических решений поставленных задач. В связи с этим в состав научной группы входят представители, имеющие большой опыт успешного решения междисциплинарных проблем: специалисты в области хирургии и трансляционной медицины, а также прикладной механики и математического моделирования. Верификация разработанного транспортного контейнера, методики консервации и хирургической техники оперативного вмешательства будут выполнены путем комплексной доклинической оценки на соответствие стандартов ГОСТ ISO 10993-4-2011, ГОСТ 27422-87 и ГОСТ 23498-79, включая протоколы гуманного обращения с животными в рамках Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях (Страсбург, 18.03.1986).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жульков М.О ., Зайнобудинов Ш.Ш., Сирота Д.А., Протопопов А.В., Зыков И.С., Макаев А.Г., Кармадонова Н.А., Муртазалиев М.Н., Косимов Ф.Ю., Таркова А.Р., Агаева Х.А., Фрыкина О.Е., Кобелев Е. Оценка коронарного статуса аутоперфузируемого донорского сердца в эксперименте Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского, 2023. Т. 11, № 3. С. 82–90. (год публикации - 2023)
10.33029/2308-1198-2023-11-3-00-00

2. Жульков, М. О., Зыков, И. С., Макаев, А. Г., Протопопов, А. В., Муртазалиев, М. Н., Косимов, Ф. Ю., Сирота, Д. А. Хирургическая техника эксплантации работающего сердечно-легочного комплекса в эксперименте Вестник трансплантологии и искусственных органов, – 2023. – Т. 25. – №. 3. – С. 122-128 (год публикации - 2023)
10.15825/1995-1191-2023-3-122-128

3. Жульков М.О., Таркова А.Р., Зыков И.С., Макаев А.Г., Протопопов А.В., Муртазалиев М.Н., Косимов Ф.Ю., Кармадонова Н.А., Смирнов Я.М., Кливер Е.Э., Волков А.М., Агаева Х.А., Сирота Д.А. Длительная нормотермическая аутоперфузия сердечно-легочного комплекса ex vivo как метод эффективного кондиционирования трансплантата: экспериментальное исследование Патология кровообращения и кардиохирургия., 4 (год публикации - 2023)

4. Смирнов Я.М., Жульков М.О., Зыков И.С., Сирота Д.А., Таркова А.Р., Кливер Е.Э., Кливер В.Е., Волков А.М., Агаева Х.А., Кармадонова Н.А., Суровцева М.А., Ким И.И., Повещенко О.В., Косимов Ф.Ю., Муртазалиев М.Н., Гусева А.В. Динамика морфофункционального статуса изолированного сердечно-легочного комплекса в условиях нормотермической аутоперфузии ex v ivo Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского, Клиническая и экспериментальная хирургия. Журнал имени академика Б.В. Петровского. 2024. Т. 12, № 3. С. 14–22. (год публикации - 2024)
10.33029/2308-1198-2024-12-3-14-22

5. Жульков М.О., Кармадонова Н.А. Суровцева М.А., Ким И.И., Повещенко О.В., Зыков И.С., Таркова А.Р., Сирота Д.А., Протопопов, Макаев., Шилова, Косимов Ф.Ю., Муртазалиев, Гусева, М.Н. Агаева Влияние длительной консервации сердечного трансплантата на активацию белков адгезии и синтетическую эндотелиальную функцию. ВЕСТНИК ТРАНСПЛАНТОЛОГИИ И ИСКУССТВЕННЫХ ОРГАНОВ (год публикации - 2024)

6. Таркова, А. Р., Зыков, И. С., Жульков, М. О., Протопопов, А. В., Смирнов, Я. М., Макаев, А. Г., Чернявский, А. М. Нормотермическая аутоперфузия сердечно‑легочного комплекса ex vivo: оценка функционального статуса и метаболизма Вестник трансплантологии и искусственных органов., Вестник трансплантологии и искусственных органов. – 2023. – Т. 25. – №. 4. – С. 150-159. (год публикации - 2023)
DOI: 10.15825/1995-1191-2023-4-150-159

7. Жульков М.О., Суровцева М.А., Ким И.И., Повещенко О.В., Зыков И.С., Таркова А.Р., Сирота Д.А., Кливер Е.Э., Волков А.М., Протопопов А.В., Макаев А.Г., Кармадонова Н.А., Исломов А.А., Гусева А.В. Исследование эффективности нормотермической аутоперфузии как метода длительного кондиционирования сердечного трансплантата Грудная и сердечно-сосудистая хирургия., Грудная и сердечно-сосудистая хирургия. 2024; 66 (3): 383–393. (год публикации - 2024)
10.24022/0236-2791-2024-66-3-383-393

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. В экспериментальной группе (n=5) кондиционирование сердца проводили в условиях 10-часовой нормотермической аутоперфузии. Уровень маркеров ишемии — лактатдегидрогеназы, креатинфосфокиназы-МВ, тропонина-I и лактата — в оттекающей из коронарного синуса крови в группе контроля после реперфузии в 2 раза превышал таковой в группе аутоперфузии. При макроскопической оценке наблюдались выраженная гетерогенность и отек миокарда сердец контрольной группы с выраженной констрикцией полостей желудочков. Результаты проведенного исследования демонстрируют значительное преимущество нормотермической аутоперфузии в сохранении морфофункционального статуса трансплантата. В группе аутоперфузии на протяжении 10-ти часов сердце самостоятельно обеспечивало коронарную перфузию, средний уровень сердечного выброса составил 1 052 ± 134 мл/мин. При исследовании сократительной способности миокарда в группе контроля наблюдалось статистически значимое снижение ударной работы левого желудочка по сравнению с группой аутоперфузии независимо от уровня преднагрузки, что подтверждается статистически значимым снижением рекрутируемой преднагрузкой ударной работы сердца в группе контроля. 2. В ходе экспериментов параметры газового состава крови оставались в пределах референтных значений. В ходе эксперимента наблюдалось значительное снижение уровня лейкоцитов в перфузате. При гистологическом исследовании легких, до этапа консервации в экспериментальной группе, изменения легочной ткани соответствовали воздействую ИВЛ, то есть носили характер острого вздутия в виде небольшого расширения входа альвеол с уменьшением их глубины, истончением альвеолярных стенок и уменьшением их резервной извилистости, сужением капилляров, что соответствовало проявлению эмфизематозного состояния первой степени. Вовлечение структурных элементов аэрогематического барьера приводит к нарушению легочного кровообращения, активации лейкоцитов с увеличением их числа в просвете сосудов в виде лейкостаза с последующей их секвестрацией в легочную паренхиму. Данные явления наблюдались на фоне принципиально разных гемодинамических условий функционирования правого и левого желудочков сердца. В проведенных сериях экспериментов оксигенирующая функция легких снижалась уже 5 часу аутоперфузии несмотря на применение различных противоотечных препаратов (гормоны, гиалуронидаза), моделирования гемодинамических параметров и применение дополнительных детоксикационных методов (ультра- и гемофильтрация). 3. В качестве экспериментальной модели для проведения серии острых экспериментов использовали свиней породы ландрас, самок весом 80±5 кг (n=3). Эксплантацию работающего сердечно-легочного комплекса выполняли через срединную стернотомию. Изоляцию работающего сердца начинали с удаления перикарда и мобилизации поперечной и верхней полой вены, затем выделяли брахиоцефальный ствол, левую подключичную артерию и нижнюю полую вену. Затем лигировали и пересекали брахиоцефальный ствол, в культю артерии устанавливали артериальную канюлю 20 Fr, которую соединяли с артериальной магистралью, ведущей в оксигенатор, затем производили катетеризацию легочной вены для осуществления возврата крови в левое предсердие. После постепенного пережатия нисходящей грудной аорты на уровне перешейка открывали артериальную магистраль и начинали забор артериальной крови в оксигенатор. Поток кислорода в оксигенатор подавали в соответствие 1:1. После стабилизации уровня крови и артериального давления в корне аорты полностью перекрывали, окончательно отделяли рСЛК от окружающих тканей, переносили в контейнер с теплым физиологическим раствором (38°С) и продолжали наблюдение. Производили катетеризацию легочного ствола для отведения крови в дополнительный венозный резервуар с возвратом крови в общий резервуар с артериальной кровью. Анатомические элементы корней легких лигировали и пересекали и проводили оценку параметров гемодинамики. Таким образом, была апробирована новая технология изолированной аутоперфузии сердечного трансплантата. В ходе наблюдения было изучено сопротивление модели взрослого оксигенатора по формуле. 4. Изооляцию аутоперфузируемого сердечно-лёгочного комплекса проводили по описанной выше методике, затем функционирующий комплекс был перенес в кабинет томографического исследования. С целью поддержания температурного режима проводили непрерывное мониторирование в полости левого желудочка сердца. Исследование проводили аппаратом магниторезонансной томографии - Achieva 1,5 Тл (Philips Medical Systems, Нидерланды) с программным обеспечением - cvi42 (Circle Cardiovascular Imaging Inc., Канада). Результаты исследования параметров гемодинамики отображены в отчетной документации. 5. В качестве модели для проведения серии экспериментов были использованы свиньи породы ландрас, самки, весом 505 кг в возрасте 4-5 месяцев (n-10). Коронарное сосудистое сопротивление составило 13,94,3 мм.рт.ст.*мин/мл/100г и 8,81,1 мм.рт.ст.*мин/мл/100г соответственно в контрольной и экспериментальной группе (р<0,05). На этапе реперфузии в сердцах контрольной группы при неизменных параметрах производительности аппарата искусственного кровообращения (300-350 мл/мин) и частоте ЭКС (100 уд/мин) к 10 минуте наблюдалось значительное повышение давление в корне аорты (до 170-210 мм.рт.ст.). В ходе исследования было показано, что после 6-ти часовой консервации раствором кустодиола уровень NO был ниже, чем в группе нормотермической аутоперфузии (378,5 μM/мл и 542,1 μM/мл соответственно, р<0,05), а концентрация АТФ статистически значимо выше в группе аутоперфузии по сравнению с контрольной группой (169,45 нг/мл против 130 нг/мл, р<0,05). Уровень эндотелиального релаксирующего фактора был значительно выше в группе аутоперфузии (378,5 μM/мл и 542,1 μM/мл соответственно в контрольной и экспериментальной группе, р<0,05). Тропонин I определяли в сыворотке крови методом хемилюминесцентного иммуноанализа, Troponin-I с использованием анализатора Architect I 2000sr (Abbott, США). В проведенном исследовании было показано, что 6-ти часовая консервация сердечного трансплантата раствором кустодиола также приводит к значительному росту концентрации P-селектина по сравнению с нормотермическим кондиционированием в условиях аутоперфузии. Повышение же H-FABP в группе аутоперфузии не наблюдалось даже спустя 6 часов кондиционирования сердца ex vivo, холодовой ишемии в течение 60 минут и этапа реперфузии, что позволяет предположить высокую эффективность аутоперфузии как метода пролонгированной защиты донорского сердца. Аналогичные результаты были получены и при исследовании концентрации лактата, тропонина-I и T в оттекающей от коронарного синуса крови, что доказывает недостаточную эффективность раствора кустодиола при проведении пролонгированной (6 часов) консервации сердечного трансплантата.

Публикации

Возможность практического использования результатов
В результате реализации проекта решен ряд фундаментальных научных задач, актуальных для мировой биомедицинской науки. Полученные результаты могут стать основой технологий, перспективных для внедрения в реальный сектор экономики и практическое здравоохранение. Возможность проведения динамического мониторинга функционального статуса донорского органа и широкого скрининга состояния трансплантата с использованием ультразвуковых, томографических и рентгенконтрастных методов исследований позволит прогнозировать исход операции трансплантации сердца, обеспечит оптимальный подбор реципиента, позволит исключить риск использования некачественных трансплантатов. Такой подход в полной мере отвечает задачам персонализированной медицины. Кроме того, возможность длительного поддержания нормотермической перфузии за счет собственных физиологических свойств трансплантата позволит значительно сократить технологическую загруженность разрабатываемой модели транспортной системы, исключив целый ряд сложных агрегатов, что, несомненно, отразится на экономических преимуществах устройства.