Имплантируемый датчик распознал отторжение донорской почки на ранней стадии
Американские исследователи разработали имплантируемую биоэлектронную систему для длительного мониторинга реакции отторжения пересаженной почки в реальном времени.
В эксперименте на крысах она позволила зарегистрировать ранние признаки отторжения после отмены иммуносупрессантов за две-три недели до появления характерных изменений в анализе крови. Отчет о работе опубликован в журнале Science.
Пересадка почки - одна из самых распространенных операций в трансплантологии. Однако не все донорские органы сохраняют свои функции, причем отказать они могут на любом сроке: через год, пять и десять лет после операции в США продолжают функционировать 92,7; 77,6 и 49,5 процента пересаженных почек соответственно. Примерно в трети случаев причиной этого становится реакция отторжения трансплантата организмом хозяина.
Субклиническое (бессимптомное) отторжение может развиться у 10-15 процентов реципиентов в период от нескольких месяцев до года от трансплантации. Если ее вовремя выявить и принять меры, функцию органа во многих случаях удается сохранить. В настоящее время «золотым стандартом» диагностики субклинического отторжения служит биопсия. Но ее проводят нечасто (не более одного-двух раз в первые два года), и она чревата различными осложнениями. Исследование биомаркеров почечной функции, таких как уровень креатинина и азота мочевины крови (АМК) в крови, часто дает ложноположительные и ложноотрицательные результаты, поскольку на них могут влиять диета, мышечная масса, инфекции и лекарства.
Поскольку реакция отторжения сопровождается воспалением и изменениями перфузии, она вызывает изменения температуры пересаженной почки. Оттолкнувшись от этого факта сотрудники Северо-западного университета в Чикаго под руководством Джона Роджерса (John Rogers) разработали полностью имплантируемую систему продолжительного мониторинга температуры и термической проводимости почки. Она состоит из датчика и электронного модуля.
Датчик представляет собой литографический узор из золотых полосок 100 нанометров толщиной и 20 микрометров шириной, который складывается в трехмиллиметровый диск со змеевидными электродами для подключения. Он запечатан в оболочки из полиимида толщиной десять микрометров и силикона толщиной 100 микрометров. Эта гибкая (радиус изгиба до 2,8 миллиметра) и гладкая (шероховатость поверхности порядка 0,13 микрометра) конструкция размерами 3 × 7 × 0,22 миллиметра может растягиваться на 20 процентов. Она плотно и атравматично прилегает к поверхности органа. Ее помещают под капсулу почки и пришивают к ней. Датчик проводами соединяется с электронным модулем размером 1,1 × 1,6 × 0,5 сантиметра, который помещают в брюшную полость. Он оснащен модулем считывания показаний датчика, Bluetooth-соединением, системой-на-чипе с низким энергопотреблением и плоским элементом питания.
Подобная система позволяет в реальном времени регистрировать температуру (с чувствительностью до 0,004 градуса Цельсия) и термическую проводимость (показатель перфузии и температурных свойств ткани) почки. В контрольном эксперименте на крысах с их собственными почками эти показатели значительно колебались в первые двое суток после операции, что связано с хирургической травмой, лекарственными препаратами и использованием термической подложки. После этого они стабилизировались, не зависели от температуры окружающей среды и демонстрировали ровный циркадианный ритм. На поведение, питание и сон животных имплантированная система не влияла.
Расположение имплантированного датчика с электронным модулем и результаты продолжительного мониторинга единственной нативной здоровой почки
За испытания системы отвечала команда Лоренцо Гэллона (Lorenzo Gallon) из того же Северо-западного университета. Их проводили на крысах с изогенным (и донор, и реципиент - инбредные крысы линии Lewis с гаплотипом главного комплекса гистосовместимости RT11) и аллогенным (донор из линии August-Copenhagen-Irish с гаплотипом главного комплекса гистосовместимости RT1av1, реципиент - Lewis) трансплантатами почки. Изогенные трансплантаты во многом аналогичны пересадке от однояйцевого близнеца у людей и обычно приживаются, аллогенные с неполным совпадением по главному комплексу гистосовместимости в отсутствие иммуносупрессивной терапии отторгаются. Параллельно с термическим мониторингом у животных исследовали биомаркеры почечной функции в крови и гистологические образцы.
Приживление изогенного трансплантата и отторжение аллогенного
Эксперименты показали, что при начинающемся отторжении трансплантата температура почки испытывает флуктуации (в среднем на 0,6 градуса Цельсия) и переходит с нормального 24-часового ритма на 12- или 8-часовой. Подобные изменения в картине мониторинга позволяли распознать субклиническое отторжение на две-три недели раньше, чем уровни креатинина и АМК, в случае отмены иммуносупрессантов, и на три дня раньше, если их не назначали совсем.
Отсроченное отторжение трансплантата после отмены иммуносупрессанта
Таким образом, испытания системы на животных моделях продемонстрировали ее пригодность для ранней диагностики субклинического отторжения пересаженной почки. Биодатчик позволяет длительно получать в реальном времени информацию, отражающую восстановление после операции, действие препаратов, циркадианные и ультрадианные ритмы, а также реакции отторжения. По мнению авторов работы, эти данные могут помочь клиницистам анализировать эффективность иммуносупрессивной терапии и персонализировать их назначение.
Чтобы минимизировать риск отторжения трансплантата, а также восполнить постоянный дефицит доноров, ученые ищут альтернативные способы получения органов для пересадки. Китайским исследователям, работавшим в этом направлении, в сентябре 2023 года удалось получить первый свиной эмбрион с зачатком человеческой почки.
Автор: Олег Лищук
Ссылка на источник
В эксперименте на крысах она позволила зарегистрировать ранние признаки отторжения после отмены иммуносупрессантов за две-три недели до появления характерных изменений в анализе крови. Отчет о работе опубликован в журнале Science.
Пересадка почки - одна из самых распространенных операций в трансплантологии. Однако не все донорские органы сохраняют свои функции, причем отказать они могут на любом сроке: через год, пять и десять лет после операции в США продолжают функционировать 92,7; 77,6 и 49,5 процента пересаженных почек соответственно. Примерно в трети случаев причиной этого становится реакция отторжения трансплантата организмом хозяина.
Субклиническое (бессимптомное) отторжение может развиться у 10-15 процентов реципиентов в период от нескольких месяцев до года от трансплантации. Если ее вовремя выявить и принять меры, функцию органа во многих случаях удается сохранить. В настоящее время «золотым стандартом» диагностики субклинического отторжения служит биопсия. Но ее проводят нечасто (не более одного-двух раз в первые два года), и она чревата различными осложнениями. Исследование биомаркеров почечной функции, таких как уровень креатинина и азота мочевины крови (АМК) в крови, часто дает ложноположительные и ложноотрицательные результаты, поскольку на них могут влиять диета, мышечная масса, инфекции и лекарства.
Поскольку реакция отторжения сопровождается воспалением и изменениями перфузии, она вызывает изменения температуры пересаженной почки. Оттолкнувшись от этого факта сотрудники Северо-западного университета в Чикаго под руководством Джона Роджерса (John Rogers) разработали полностью имплантируемую систему продолжительного мониторинга температуры и термической проводимости почки. Она состоит из датчика и электронного модуля.
Датчик представляет собой литографический узор из золотых полосок 100 нанометров толщиной и 20 микрометров шириной, который складывается в трехмиллиметровый диск со змеевидными электродами для подключения. Он запечатан в оболочки из полиимида толщиной десять микрометров и силикона толщиной 100 микрометров. Эта гибкая (радиус изгиба до 2,8 миллиметра) и гладкая (шероховатость поверхности порядка 0,13 микрометра) конструкция размерами 3 × 7 × 0,22 миллиметра может растягиваться на 20 процентов. Она плотно и атравматично прилегает к поверхности органа. Ее помещают под капсулу почки и пришивают к ней. Датчик проводами соединяется с электронным модулем размером 1,1 × 1,6 × 0,5 сантиметра, который помещают в брюшную полость. Он оснащен модулем считывания показаний датчика, Bluetooth-соединением, системой-на-чипе с низким энергопотреблением и плоским элементом питания.
Подобная система позволяет в реальном времени регистрировать температуру (с чувствительностью до 0,004 градуса Цельсия) и термическую проводимость (показатель перфузии и температурных свойств ткани) почки. В контрольном эксперименте на крысах с их собственными почками эти показатели значительно колебались в первые двое суток после операции, что связано с хирургической травмой, лекарственными препаратами и использованием термической подложки. После этого они стабилизировались, не зависели от температуры окружающей среды и демонстрировали ровный циркадианный ритм. На поведение, питание и сон животных имплантированная система не влияла.
Расположение имплантированного датчика с электронным модулем и результаты продолжительного мониторинга единственной нативной здоровой почки
За испытания системы отвечала команда Лоренцо Гэллона (Lorenzo Gallon) из того же Северо-западного университета. Их проводили на крысах с изогенным (и донор, и реципиент - инбредные крысы линии Lewis с гаплотипом главного комплекса гистосовместимости RT11) и аллогенным (донор из линии August-Copenhagen-Irish с гаплотипом главного комплекса гистосовместимости RT1av1, реципиент - Lewis) трансплантатами почки. Изогенные трансплантаты во многом аналогичны пересадке от однояйцевого близнеца у людей и обычно приживаются, аллогенные с неполным совпадением по главному комплексу гистосовместимости в отсутствие иммуносупрессивной терапии отторгаются. Параллельно с термическим мониторингом у животных исследовали биомаркеры почечной функции в крови и гистологические образцы.
Приживление изогенного трансплантата и отторжение аллогенного
Эксперименты показали, что при начинающемся отторжении трансплантата температура почки испытывает флуктуации (в среднем на 0,6 градуса Цельсия) и переходит с нормального 24-часового ритма на 12- или 8-часовой. Подобные изменения в картине мониторинга позволяли распознать субклиническое отторжение на две-три недели раньше, чем уровни креатинина и АМК, в случае отмены иммуносупрессантов, и на три дня раньше, если их не назначали совсем.
Отсроченное отторжение трансплантата после отмены иммуносупрессанта
Таким образом, испытания системы на животных моделях продемонстрировали ее пригодность для ранней диагностики субклинического отторжения пересаженной почки. Биодатчик позволяет длительно получать в реальном времени информацию, отражающую восстановление после операции, действие препаратов, циркадианные и ультрадианные ритмы, а также реакции отторжения. По мнению авторов работы, эти данные могут помочь клиницистам анализировать эффективность иммуносупрессивной терапии и персонализировать их назначение.
Click to viewЧтобы минимизировать риск отторжения трансплантата, а также восполнить постоянный дефицит доноров, ученые ищут альтернативные способы получения органов для пересадки. Китайским исследователям, работавшим в этом направлении, в сентябре 2023 года удалось получить первый свиной эмбрион с зачатком человеческой почки.
Автор: Олег Лищук
Ссылка на источник