Е.Б. Жибурт
ФГБУ «Национальный медико-хирургический центр имени Н.И. Пирогова» Минздрава России, Москва
Трансфузиология №3, 2015
Резюме
В мире накоплено достаточное количество экспериментальных данных о том, что циркуляция молодой крови может увеличивать продолжительность жизни, кровь молодых мышей восстанавливает способности стволовых клеток мышц и печени старых мышей, молодая кровь способствует восстановлению процессов ремиелинизации спинного мозга мышей, факторы, находящиеся в молодой крови, индуцируют ремоделирование сосудов, приводящее к увеличению нейрогенеза, регрессии старческой сердечной гипертрофии. Не только переливание цельной крови, но и плазмы молодых мышей старым улучшает связанные с возрастом изменения на когнитивном уровне – как кондиционирования контекстного страха, так и пространственного обучения и памяти. Ведется исследование безопасности и эффективности использования плазмы молодых доноров (мужчин до 30 лет) для лечения болезни Альцгеймера. Есть серьезные предпосылки для поиска возможных новых лечебных эффектов плазмы и ее препаратов.
Ключевые слова: переливание крови, донор, плазма, старение, омоложение, нейрогенез, болезнь Альцгеймера.
Введение
Создатель первого в мире Института переливания крови Александр Александрович Богданов в работе «Очерки организационной науки» писал: «Есть все основания полагать, что молодая кровь с ее материалами, взятыми из молодых тканей, способна помочь стареющему организму в его борьбе по тем линиям, по которым он уже терпит поражения, т. е. по которым он именно «стареется»; в какой мере помочь, это, конечно, может выяснить
только опыт».
Старение населения приводит к повышенному спросу на медико-санитарную помощь и социальную поддержку. По данным ВОЗ, во всем мире насчитывается более 250 миллионов пожилых людей с умеренной или тяжелой инвалидностью (таблица). В странах с низким и средним уровнем дохода насчитывается более 40 миллионов пожилых людей со значительным нарушением слуха, 32,5 миллиона – со значительным нарушением зрения в результате катаракт и 39,8 миллиона – со значительным нарушением зрения в результате аномалий рефракции.
Самой важной причиной утраченных в результате инвалидности лет в странах с высоким уровнем дохода – и второй по значимости в мире – является деменция. Число людей с деменцией удваивается почти каждые 20 лет, в значительной мере за счет быстро развивающихся стран со средним уровнем дохода. В настоящее время 58% людей с деменцией живут в странах с низким и средним уровнем дохода, и по прогнозам, этот показатель возрастет к 2050 г. до 71% [1].
Среди многочисленных достижений геронтологии в последнее время обращают на себя внимание новые данные, имеющие непосредственное отношение к клинической практике заготовки и переливания крови.
Парабиоз
Парабиоз (от греч. para – возле и bios – жизнь) – соединение двух организмов в целях изучения взаимных влияний через посредство кровеносной и лимфатической систем. Опыты парабиоза осуществлялись на млекопитающих, птицах и амфибиях непосредственным перекрестным соединением кровеносных сосудов путем сшивания краев кожных разрезов или установления сообщения между перитонеальными полостями партнеров. В этом определении Большой медицинской энциклопедии [2] интересно прошедшее время: «осуществлялись». То есть парабиоз – славный, но ушедший метод.
Это не совсем верно.
Действительно, интерес к парабиозу снизился в 1970-е, отчасти из-за этических проблем с подопытными животными и сложности получения соответствующего разрешения.
Так, в 1956 году в первом исследовании старения методом парабиоза молодых крыс соединили со старыми (1,5 и 16 месяцев соответственно, что соответствует 5- и 47-летнему возрасту человека). Некоторые крысы «не понравились» друг другу – вплоть до поедания головы партнера. Из 69 пар 11 погибли от загадочной «парабиотической болезни» приблизительно спустя две недели после соединения, что могло быть формой отторжения аллогенной ткани [3]. В этих первых экспериментах было показано, что кости старых животных по весу и плотности становятся подобными костям их молодых «партнеров» [4].
Спустя 15 лет другими группами исследователей было показано, что старшие крысы-партнеры жили на 4–5 месяцев дольше своих ровесников из контрольной группы, и впервые было сделано предположение о том, что циркуляция молодой крови может увеличивать продолжительность жизни [5].
В настоящее время применяются меры к сокращению дискомфорта и летальности животных. Подбираются мыши одного размера и пола, проводится их социализация в течение 2 недель до операции. Операция выполняется в стерильных условиях, используются подкладки с подогревом и антибиотики для предотвращения инфекции. Используются инбредные лабораторные мыши, совместимые генетически – для снижения риска парабиотической болезни [6].
В 2005 году ученые Стэнфордского университета опубликовали результаты исследования, показывающие, что кровь молодых мышей восстанавливает способности стволовых клеток мышц и печени старых мышей [7].
Расширяется спектр органов, исследуемых на предмет влияния на них молодой крови. В модели гетерохронного парабиоза показано, что молодая кровь способствует восстановлению процессов ремиелинизации спинного мозга мышей. В этом процессе задействованы моноциты и другие факторы крови молодого партнера [8].
В нервной системе взрослого сосуды нейрогенной зоны регулируют поведение стволовых клеток, обеспечивая циркулирующие и секреторные факторы. Возрастное снижение нейрогенеза и когнитивной функции связано со снижением кровотока и уменьшением количества нервных стволовых клеток. Следовательно, восстановление функции этой зоны должно противодействовать некоторым негативным эффектам старения. Показано, что факторы, находящиеся в молодой крови, индуцируют ремоделирование со-судов, приводящее к увеличению нейрогенеза и улучшению ольфакторной дискриминации стареющих мышей [9].
Наиболее частая форма сердечной недостаточности развивается при нормальной систолической функции и часто включает сердечную гипертрофию в пожилом возрасте. Развитие сердечной гипертрофии изучили в модели гетерохронного парабиоза. После 4 недель воздействия циркулирующей крови молодой мыши сердечная гипертрофия старой мыши драматически регрессировала, при этом уменьшились размеры кардиомиоцитов и произошло молекулярное ремоделирование. Реверсия возрастной гипертрофии не связана с гемодинамическими или поведенческими эффектами парабиоза [10].
Не только кровь, но и плазма
По данным, полученным в лаборатории Тони Висс-Корея (Tony Wiss-Corey), не только воздействие цельной крови, но и плазмы старых мышей при переливании молодым мышам снижает синаптическую пластичность, ухудшает кондиционирование контекстного страха, пространственное обучение и память [11].
Интересна методика заготовки и переливания плазмы. Пул плазмы собирали от 700 молодых (3 месяца) или старых (18 месяцев) мышей внутрисердечным кровотечением во время эвтаназии. Плазму получали из крови, собранной с ЭДТА, с последующим центрифугированием при 1000 g. Для денатурации плазма нагревалась в течение 2–3 мин при температуре 95 °С с последующим центрифугированием при 1000 g. Все аликвоты плазмы хранили при –80 °С до использования. Перед введением плазму подвергали диализу в фосфатно-солевом буфере, чтобы удалить ЭДТА. Плазму (100 мкл на инъекцию) вводили интраорбитально или в хвостовую вену во- семь раз в течение 24 дней. Объем циркулирующей крови мыши – около 1,5 мл, гематокрит – 45–50%. Соответственно, вводимая доза плазмы эквивалентна трансфузии 400 мл плазмы человеку с весом 70 кг.
В следующем исследовании авторы показали, что систематическое введение плазмы молодых мышей старым улучшает связанные с возрастом изменения на когнитивном уровне – как кондиционирования контекстного страха, так и пространственного обучения и памяти. Структурные и когнитивные улучшения, вызываемые воздействием молодой крови, опосредованы частично активацией белка (Creb) в старческом гиппокампе. Тем самым установлено, что воздействие на старых мышей молодой кровью в конце жизни способно омолодить синаптическую пластичность и улучшить когнитивную функцию [12].
Впервые направив статью с полученными результатами в журнал, авторы получили отказ от редакции с заключением: «Это слишком хорошо, чтобы быть правдой». Результаты были опубликованы после их подтверждения в другой лаборатории, с другим персоналом и оборудованием [6].
Эти результаты привлекли внимание компании в Гонконге, принадлежащий семье с высокой частотой болезни Альцгеймера, которая характеризуется потерей нейронов. Состояние одного члена семьи, как сообщается, временно улучшается после переливание плазмы. Эта компания выделила первоначальное финансирование, чтобы перевести подход Висс-Корея в клинику [6]. Висс-Корей сформировал старт-ап компанию «Алкахест» и в сентябре 2014 года начал рандомизированное, плацебо-контролируемое, двойное слепое исследование в Стэнфорде: тестирование безопасности и эффективности использования плазмы молодых доноров (мужчин до 30 лет) для лечения болезни Альцгеймера. Предполагается вводить по одной дозе плазмы в неделю, в течение 4 недель. Запланировано включить в исследование 18 человек с болезнью Альцгеймера, в возрасте 50 или старше. В дополнение к мониторингу симптомов заболевания исследователи оценят изменения в сканировании мозга и биомаркеров в крови [13].
В марте 2015 года в число инвесторов «Алкахеста» вошла компания «Грифолс» (Grifols), мировой лидер производства препаратов крови. «Грифолс» сделает инвестиции в акционерный капитал в виде денежной выплаты $ 37,5 млн в обмен на 45% акций «Алкахеста». Кроме того, «Грифолс» обес- печит дальнейший платеж в размере $ 12,5 млн и финансирует развитие производства лечебных препаратов плазмы. «Алкахест» получит поэтапные выплаты и гонорары от продаж такой продукции [14].
Важный белок
В поиске действующего начала омолаживающего эффекта молодой плазмы Эми Уэйгерс (Amy Wagers) и Ли Рубин (Lee Rubin) из Гарвардского университета провели протеомный анализ и обнаружили высокое содержа- ние у молодых и низкое – у пожилых фактора ростовой дифференцировки 11 (growth differentiation factor 11, или GDF11).
Изолированного введения GDF11 было достаточно, чтобы физически увеличить силу и выносливость мышц, а также обратить повреждение ДНК внутри мышечных стволовых клеток. Этот вывод ожидает подтверждения на других животных и в других лабораториях, но похожий белок продлевает жизнь и предотвращает мышечную дегенерацию у дрозофил [15].
GDF11 – секретируемый член семейства костного морфогенетического протеина (bone morphogenetic protein, BMP), суперсемейства трансформирующего ростового фактора – бета (transforming growth factor-β, TGFB; TGβ).
Эта группа белков характеризуется наличием полибазового протеолитического процессингового сайта, который отщепляется для формирования зрелого белка, содержащего семь консервативных остатков цистеина. Члены этого семейства регулируют рост и дифференцировку клеток эмбриональных и взрослых тканей [16].
Изолированное введение GDF11 может улучшить васкуляризацию головного мозга и усилить нейрогенез [9].
Восстановление уровня GDF11 у старых мышей ведет к реверсии возрастной гипертрофии сердца, открывая возможности терапии сердечного старения [10].
Геномная локализация и последовательность, а также трехмерная структура GDF11 известны [17]. До возможного начала клинических испытаний, по-видимому, понадобится не менее 5 лет дополнительных исследований.
Переливание крови: новые возможности
Переливание крови и ее компонентов – традиционная технология, не нуждающаяся в доклинических испытаниях. Сегодня практикуется гемокомпонентная терапия, нацеленная на коррекцию дефицита той или иной функции крови. В частности, плазму переливают для коррекции лабораторно доказанных дефицитов факторов свертывания крови и реже – других белков (ADAMTS13 и ингибитор С1-эстеразы).
Доза вводимой плазмы определяется весом пациента. Пробы на совместимость перед переливанием не проводятся.
Во избежание возможных осложнений (инфекции, аллоиммунизация, повреждение легких) используют патогенредуцированную плазму мужчин, обедненную лейкоцитами, надлежащим образом размороженную и подо-
гретую [18–28].
Вышеизложенное нацеливает:
а) станции переливания крови – на выделение молодых доноров в особую категорию;
б) лечебные организации – на ретроспективное исследование системных эффектов уже перелитой плазмы доноров разного возраста, а также на поиск возможных новых лечебных эффектов плазмы молодых доноров.
Опытные врачи припомнят случаи снижения степени угнетения сознания на фоне переливания плазмы. Возможно, мы стоим на пороге расширения показаний к применению этого компонента донорской крови и приготовленных из него препаратов.
Литература
1. Хорошее здоровье прибавляет жизни к годам. Глобальное резюме для Всемирного дня здоровья 2012 г. Документ ВОЗ WHO/DCO/WHD/2012.2.
2. Парабиоз. Большая медицинская энциклопедия. http://bigmeden.ru/article/Парабиоз.
3. McCay C.M., Pope F., Lunsford W. et al. Parabiosis between old and young rats // Gerontologia. – 1957. – Vol. 1, № 1. – Р. 7–17.
4. Horrington E.M., Pope F., Lunsford W., McCay C.M. Age changes in the bones, blood pressure, and diseases of rats in parabiosis // Gerontologia. – 1960. – Vol. 4. – Р. 21–31.5. Ludwig F.C., Elashoff R.M. Mortality in syngeneic rat parabionts of different chronological age // Transactions of the New York Academy of Sciences. – 1972. – Vol. 34, № 7. – Р. 582–587.
6. Scudellari M. Ageing research: Blood to blood // Nature. – 2015. – Vol. 517, № 7535. – Р. 426–429.
7. Conboy I.M., Conboy M.J., Wagers A.J. et al. Rejuvenation of aged progenitor cells by exposure to a young systemic environment // Nature. – 2005. – Vol. 433. – Р. 760–764.
8. Ruckh J.M., Zhao J.W., Shadrach J.L. et al. Rejuvenation of regeneration in the aging central nervous system // Cell Stem Cell. – 2012. – Vol. 10, № 1. – Р. 96–103.
9. Katsimpardi L., Litterman N.K., Schein P.A. et al. Vascular and neurogenic rejuvenation of the aging mouse brain by young systemic factors // Science. – 2014. – Vol. 344. – Р. 630–634.
10. Loffredo F.S., Steinhauser M.L., Jay S.M. et al. Growth differentiation factor 11 is a circulating factor that reverses age-related cardiac hypertrophy // Cell. – 2013. – Vol. 153, № 4. – Р. 828–839.
11. Villeda S.A., Luo J., Mosher K.I. et al. The ageing systemic milieu negatively regulates neurogenesis and cognitive function // Nature. – 2011. – Vol. 477. – Р. 90–94.
12. Villeda S.A., Plambeck K.E., Middeldorp J. et al. Young blood reverses age-related impairments in cognitive function and synaptic plasticity in mice // Nat Med. – 2014. – Vol. 20, № 6. – Р. 659–663.
13. The PLasma for Alzheimer SymptoM Amelioration (PLASMA) Study. https://clinicaltrials. gov/ct2/show/NCT02256306.
14. Grifols to make a major equity investment in Alkahest http://www.grifols.com/en/web/uk/ view-news/-/new/grifols-to-make-a-major-equity-investment-in-alkahest.
15. Demontis F., Patel V.K., Swindell W.R., Perrimon N. Intertissue control of the nucleolus via a myokine-dependent longevity pathway // Cell Rep. – 2014. – Vol. 7, № 5. – Р. 1481–1494.
16. Hall S.S. Young blood // Science. – 2014. – Vol. 345. – Р. 1234–1237. 17. Pruitt K.D., Tatusova T., Maglott D.R. NCBI Reference Sequence (RefSeq): a curated nonredundant sequence database of genomes, transcripts and proteins // Nucleic Acids Res. – 2005. – Vol. 1, № 33. – Р. 501–504.
18. Жибурт Е.Б. Трансфузиология: учебник. – СПб.: Питер, 2002. – 736 с.
19. Жибурт Е.Б. Правила переливания плазмы. Руководство для врачей. – М.: Медицина, 2008. – 240 с.
20. Жибурт Е.Б., Копченко Т.Г., Губанова М.Н. Инактивации вирусов в дозе плазмы для переливания // Трансфузиология. – 2008. – Т. 9, № 2. – С. 36–48.
21. Жибурт Е.Б. Бенчмаркинг заготовки и переливания крови. – М.: Издание Российской академии естественных наук, 2009. – 364 с.
22. Жибурт Е.Б. Связанное с трансфузией острое повреждение легких (ТРАЛИ). – М.: Национальный медико-хирургический центр имени Н.И. Пирогова, 2010. – 64 с.
23. Жибурт Е.Б., Шестаков Е.А. Правила и аудит переливания крови. – М.: РАЕН, 2010. – 347 с.
24. Жибурт Е.Б. Трансфузиологический словарь: Руководство для врачей. – М.: РАЕН, 2012. – 319 с.
25. Жибурт Е.Б. Подогревание крови и инфузионных растворов. – 2-е изд. – М.: РАЕН, 2012. – 72 с.
26. Жибурт Е.Б., Шестаков Е.А., Вергопуло А.А., Кузьмин Н.С. Правила и протоколы переливания крови. – М.: Национальный медико-хирургический центр имени Н.И. Пирогова, 2014. – 32 с.
27. Жибурт Е.Б., Мадзаев С.Р., Шестаков Е.А., Вергопуло А.А. Менеджмент крови пациента. – М.: Национальный медико-хирургический центр имени Н.И. Пирогова, 2014. – 64 с.
28. Жибурт Е.Б. Вопросы и ответы для аттестации трансфузиологов. – М.: Национальный медико-хирургический центр имени Н.И. Пирогова, 2015. – 80 с.