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.

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 RT1^av1, 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.

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.

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. О том, что проще: замаскировать свиную почку под человеческую или вырастить в свинье настоящую почку человека, рассказывает материал «О свиньях и людях».