Учёные Миннесотского университета вернули к работе свиные почки после хранения при −150 °C

Группа исследователей из Университета Миннесоты сообщила, что свиные почки, охлаждённые до −150 °C и хранившиеся в морозильнике месяцами, удалось успешно согреть, и они снова заработали. По словам учёных, это сделано впервые. Почки оказались в стекловидном состоянии (витрификация), в одном случае, больше года. После отогрева их проверили в аппаратах и пересадили свиньям: органы вернули цвет и начали вырабатывать мочу, а это ключевые признаки работы. Исследование выложено на сервере препринтов bioRxiv и пока не прошло рецензирование. Работу вели трансплантолог Эрик Фингер и биоинженер Джон Бишоф. Они рассчитывают повторить результат на человеческих органах.

Зачем это нужно. Сейчас человеческий орган можно сохранять лишь 24-36 часов, и за это время его трудно доставить подходящему реципиенту. Реципиентам к тому же приходится всю жизнь принимать препараты, подавляющие иммунитет: у них есть побочные эффекты, они повышают риск инфекций и рака. Долгое хранение органов дало бы врачам больше времени на подбор пары и позволило бы заранее подготовить пациента и его иммунную систему. Фингер говорит: «С настоящим банком органов … не пациенты ждут орган, а органы ждут пациентов».

Витрификацию уже используют для яйцеклеток, спермы и эмбрионов, но с целыми органами всё куда сложнее. Криопротекторы (вещества вроде антифриза, не дающие образоваться разрушительным кристаллам льда) очень токсичны. Крупные ткани трудно быстро и равномерно охладить, а ещё труднее равномерно прогреть. Команда решает проблему с отогревом так: после насыщения органа криопротектором в него вводят наночастицы оксида железа. Клеткам они не вредят, но под действием электромагнитного поля выделяют тепло по всему органу. Меняя мощность поля, исследователи регулируют скорость нагрева: после отметки −120 °C он ускоряется. Крысиные почки таким способом витрифицировали ещё в работе, опубликованной в 2023 году: они хранились до 100 дней, после чего их пересадили крысам.

Перейти к свиным почкам оказалось непросто. Крысиная почка весит около одного грамма, свиная, около 100, а состав криопротектора, подходивший для крыс, на свиных органах работал хуже. «Нам пришлось заново открыть и изменить этот коктейль», говорит Бишоф; на это ушло три года.

Процедура такая. Почку извлекают у донора-свиньи, промывают консервирующим раствором, упаковывают и на льду везут в лабораторию. Там её подключают к устройству, контролирующему температуру и давление, и около двух часов заполняют смесью криопротекторов: достаточно медленно для равномерного распределения и достаточно быстро, чтобы ограничить токсичность. Затем примерно семь, восемь минут через орган прокачивают наночастицы. Охлаждают орган, подавая в камеру пары холодного азота. При температуре около −120 °C он «ведёт себя как стекло» (Фингер), и тогда, как считает Фингер, он может оставаться стабильным долго, «мы думаем, бесконечно». Охлаждение на этом этапе ненадолго останавливают, чтобы орган был стекловидным по всему объёму: иначе он может треснуть. Дальше почку доводят до −150 °C, и в морозильнике она может лежать дни, недели и месяцы. Небольшое число почек команда хранила больше года.

Как проверяли. Отогретые почки освобождали от химикатов и наночастиц и проверяли двумя способами: на перфузионных аппаратах (они поддерживают органы питательными веществами и помогают врачам их оценивать) и пересадкой свиньям с наблюдением в течение двух часов. В обоих случаях, по словам Фингера, почки «розовели». Орган выделял мочу примерно через минуту, но её было около двух третей от обычно ожидаемого объёма. Большинство почек хранилось дни или недели, одна, чуть больше года. После отогрева и подключения к перфузионному аппарату она выдала мочу «сразу» и, по словам Фингера, выглядела лучше многих других. Он говорит: «Теперь мы уверенно можем сказать, что способны хранить их год и отогревать с отличной функцией».

Ограничения. Отогретые почки вырабатывали меньше мочи и имели признаки повреждения; исследователи связывают его с химикатами-криопротекторами. Исследователи пока не показали, что почки способны поддерживать жизнь в долгосрочной перспективе. Криобиолог Грег Фэй, которого считают пионером области и который не участвовал в работе, признаёт важным то, что кровоток в почках восстановился, но беспокоится из-за масштаба повреждений: «По этим экспериментам нельзя сказать, смогли бы эти почки поддерживать жизнь или нет». Фингер надеется найти способы устранить повреждения: по его словам, состояние донорских органов может улучшаться на перфузионных аппаратах, а повреждённые почки могут отчасти восстановиться уже в организме; к тому же человеческие почки могут переносить процедуру лучше свиных.

Дальше команда хочет проверить почки на свиньях в течение более длительных сроков, вместе с другими исследователями искать менее токсичные криопротекторы и готовит эксперименты с человеческими почками. Сроков клинического применения в материале нет.

Ключевые факты

Свиные почки охладили до −150 °C в стекловидном состоянии и хранили месяцами; одна пролежала в морозильнике чуть больше года. После отогрева их проверили на перфузионных аппаратах и пересадкой свиньям.
Отогрев идёт за счёт наночастиц оксида железа в электромагнитном поле: они нагревают орган изнутри, а скорость нагрева регулируют мощностью поля.
Почки вернули цвет и вырабатывали мочу, но её было около двух третей от ожидаемого объёма. Видны признаки повреждения, которое исследователи связывают с криопротекторами. После пересадки свиней наблюдали два часа.
Работа опубликована как препринт на bioRxiv и не прошла рецензирование. Независимые эксперты называют результат вехой, но криобиолог Грег Фэй говорит, что по этим экспериментам нельзя понять, смогли бы почки поддерживать жизнь.
Следующие шаги: пересадки свиньям на более долгий срок, поиск менее токсичных криопротекторов и эксперименты с человеческими почками.

Почему это важно

Сейчас человеческий орган можно сохранять лишь 24-36 часов, и за это время его трудно доставить подходящему реципиенту. Если почки удастся хранить месяцами и даже годами, у врачей будет больше времени на подбор пары и подготовку пациента, а риск отторжения, по замыслу авторов, можно будет снизить. Эксперты, не участвовавшие в работе, называют результат вехой: криобиолог Питер Килбрайд говорит, что многие годы к этому шагу пытались прийти безуспешно, а Коркут Уйгун из Гарвардской медицинской школы считает, что работа позволит по-настоящему и бессрочно хранить органы в банке.

Кому это важно

Прежде всего это интересно трансплантологам, криобиологам и биоинженерам, работающим над хранением органов. Через них, пациентам, ожидающим донорских органов. Кевин Майер, глава организации по заготовке органов LifeGift (Техас), называет год хранения «очень большим делом» и представляет банки органов для экстренных случаев, когда ждать нельзя, например при некоторых передозировках или огнестрельных ранениях. К ИИ работа отношения не имеет.

Как это применить

Прямого применения пока нет: это лабораторный эксперимент на свиньях, и метод не готов для клиники. Команда планирует более длительные наблюдения после пересадки свиньям, поиск менее токсичных криопротекторов и эксперименты с человеческими почками. Сроков внедрения в материале нет.

Можно ли доверять

Результаты опубликованы как препринт на bioRxiv и не прошли рецензирование. Основные факты о ходе экспериментов исходят от самих исследователей, внешние оценки, от экспертов, не участвовавших в работе. Выводы осторожны: сами авторы признают повреждение органов, а Фэй прямо говорит, что по этим экспериментам нельзя сказать, поддерживали бы почки жизнь. Заголовок про «год» заморозки относится лишь к небольшому числу органов: большинство отогретых почек хранилось дни или недели, а подробно описана одна, лежавшая чуть больше года.

Риски и подводные камни

Почки выдавали около двух третей ожидаемого объёма мочи и показывали признаки повреждения, связанные, по мнению исследователей, с токсичными криопротекторами. Пересаженных свиней наблюдали только два часа, поэтому неизвестно, как органы поведут себя в живом организме в долгосрочной перспективе. Свиные почки служат моделью человеческих: по словам Фингера, человеческие органы могут переносить процедуру лучше, но это ещё предстоит проверить. Процесс требует точности: орган нужно охлаждать равномерно и быстро, чтобы не образовался лёд, а при неравномерности стекловидного состояния он может треснуть.

«С настоящим банком органов … не пациенты ждут орган, а органы ждут пациентов.»

— Эрик Фингер, трансплантолог Университета Миннесоты