В конце ноября 1979 года американские СМИ сообщили о первом в стране успешном переливании пациенту искусственной крови и анонсировали «гонку вооружений» на потенциальном рынке новых медицинских услуг. Однако всего два месяца назад британские ученые заявили, что клинические испытания искусственной крови на людях начнутся не ранее 2017 года. Чем же занимались изобретатели искусственной крови целых 36 лет? И зачем вообще нужен заменитель, если этот ресурс могут предоставлять доноры?
67-летний пациент из Миннесоты успешно перенес в конце сентября 1979 года операцию на сосудах ноги, а спустя две недели вновь попал в больницу: большая потеря крови в результате операции сильно ослабила его, и он подхватил какую-то инфекцию.
Если бы дело происходило не в 1979 году, а на пару веков раньше, пациент точно вышел бы из медучреждения вперед ногами. Вместо этого он вошел в историю — как первый американский пациент, которому сделали переливание искусственной крови.
Мужчина получил в общей сложности 2,3 литра флуосола (Fluosol) — препарата молочного цвета. Флуосол разработали в Японии и успешно применяли в экстремальных ситуациях: его получили примерно 490 японцев. Американский пациент вовсе не рвался на передовой край науки — просто, как абсолютное большинство участников ранних испытаний флуосола в США, он принадлежал к религиозной организации «Свидетели Иеговы». Примерно 500 тысяч последователей этого вероучения в США очень буквально трактуют библейское указание «воздерживаться от крови» (сейчас позиция несколько смягчилась): они даже под страхом смерти отказываются от донорской крови, в том числе и для своих детей, а к религиозным свободам в Штатах всегда относились трепетно, и за переливание пациенту обычной донорской крови врачи больницы в Миннеаполисе могли бы пойти под суд.
Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов (FDA) США разрешило выборочное применение флуосола в экстраординарных ситуациях, когда пациент в очень тяжелом состоянии отказывался от переливания крови. Таким образом принципиальные свидетели Иеговы сыграли неожиданную роль в развитии медицинской науки.
Первые эксперименты с переливанием крови начались почти сразу после того, как Уильям Гарвей в 1628 году опубликовал свой знаменитый труд о кровообращении. До этого считалось, что кровь вырабатывается в печени и постоянно потребляется внутренними органами, и переливать ее довольно бессмысленно, поскольку это не даст никакого длительного эффекта — хотя такие идеи все равно циркулировали. В ноябре 1667 года, по данным канадского историка Мэтью Роулинсона, 22-летнему молодому британцу перелили кровь овцы, чтобы вылечить того от «перегрева мозга». Через шесть дней после операции пациент на латыни отчитывался перед Королевским научным обществом, что ему стало лучше (надо полагать, действительно стало, хотя о дальнейшей его судьбе мы не знаем).
Естественно, не все ранние опыты были такими удачными для их участников: тогда же во Франции королевский врач Жан-Батист Дени перелил кровь ягненка некому Антуану Моруа, которому хотели таким образом привить послушание. У Моруа случился шок, и эксперимент закончился перед третьей процедурой отказом пациента; затем тот и вовсе скоропостижно скончался, а Дени судили за непредумышленное убийство. И хотя врача оправдали, инцидент на некоторое время отбил у европейцев охоту экспериментировать.
В 1818 году британский акушер Джеймс Бланделл написал в своей статье о женщине, которая умерла после родов от кровотечения, предположив, что ее наверняка можно было спасти простым переливанием крови. После десяти лет экспериментов сначала на собаках, а потом и на тяжелобольных Бланделл в итоге добился успеха: в 1828 году он сообщил, что с помощью переливания крови от мужей ему удалось спасти двух рожениц. Уже в 1832 году заграничный метод спасает жизнь петербурженки, которой в аналогичной ситуации кровь мужа переливает акушер Андрей Вольф: Всероссийский день донора в нашей стране отмечается 20 апреля в честь именно этого события.
К концу века человеческую кровь в переливаниях почти полностью заменили физрастворы, и переливание собственно крови даже какое-то время считалось «темной» и устаревшей практикой. Конечно, Бланделл, Вольф и его коллеги действовали наугад — Карл Ландштейнер, будущий нобелевский лауреат, открыл группы крови только в 1900 году, — и это могло несколько омрачить впечатления от новомодного метода. Однако «отец» трансфузионной медицины, американский врач Тибор Гринуолд как-то взял статистику по белому населению США и подсчитал, что при неизвестных группах крови у донора и реципиента из этой группы вероятность совместимости примерно равна довольно неплохим для XVIII века 64,4 процента. Но, видимо, с солевым раствором все же было проще.
В ХХ веке главной тенденцией была опора на переливание крови других людей. Работа над искусственной кровью при этом не прекращалась, но, как отмечают многие источники, открытие групп крови и возможности проверять доноров и реципиентов на совместимость, а также разделение донорской крови на компоненты (что позволяет помогать сразу нескольким пациентам) несколько ослабило актуальность создания искусственного аналога — ровно до того момента, когда в конце XX века человечество настигли две новые проблемы.
Во-первых, даже сегодня крови глобально не хватает. По данным Всемирной организации здравоохранения за 2012 год, из 108 миллионов ежегодных сдач крови примерно половина приходится на развитые страны, где живут 18 процентов населения Земли. 65 процентов крови собирается в десяти странах: США, Китае, Индии, Японии, Германии, России, Италии, Франции, Южной Корее и Великобритании.
Среднестатистический показатель количества сдач крови на тысячу жителей для богатых стран составляет 36,8; для стран со средним уровнем дохода — 11,7; для бедных стран — 3,9. При этом в 72 странах мира более 50 процентов донорской крови все еще получают от родственных и платных доноров, а не от добровольцев.
Даже в благополучных с этой точки зрения странах кровь все же под угрозой дефицита: по данным американского Красного Креста, в США ежегодно кровь сдается 15,7 миллиона раз, а постоянная потребность составляет лишь немногим меньше — 14,96 миллиона сдач, или 41 тысяча в день, то есть донорская кровь нужна каждые две секунды. Больше всего необходимы «универсальные» материалы — не только эритроциты крови I группы, но и плазма крови IV группы, которые можно переливать всем пациентам.
В России, по данным фонда «Подари жизнь», кровь ежегодно требуется примерно полутора миллионам человек: считается, что для удовлетворения этой потребности в стране должно быть 40 доноров на тысячу человек при нынешних 25. В целом по стране, как этим летом отчитался Минздрав, число доноров в 2014 году составило около 1,6 миллиона человек, почти не изменившись по сравнению с предыдущим годом. В отдельных регионах время от времени возникает дефицит донорской крови, но в целом ситуация остается относительно стабильной и после перехода в 2013 году на безвозмездное донорство.
Андре Палмер (Andre Palmer) и Маркос Интальетта (Marcos Intagliata) в обзоре для Annual Review of Biomedical Engineering 2014 года оценивают глобальный дефицит донорской крови в 200 миллионов сдач в год — с учетом того, что обычно у донора за раз берут около 450 миллилитров крови, это 90 миллионов литров. Используем красочную аналогию из фильма Кубрика «Сияние»: объем среднестатистического пассажирского лифта равен примерно 2,25 кубического метра, то есть в год нам не хватает примерно 40 тысяч пассажирских лифтов крови. Или, если вам привычнее считать в людях, 17,3 миллиона человек — столько пассажиров в день перевозит московский общественный транспорт.
Вторая большая проблема «живой» крови — заболевания, которые можно случайно получить вместе с ней: по данным ВОЗ, 25 стран мира не могут тестировать абсолютно всю донорскую кровь на ВИЧ, гепатит B, гепатит C и сифилис (эти проверки организация считает строго обязательными) — чаще всего из-за сбоев в поставках тестов. В итоге в богатых странах ВИЧ и гепатиты встречаются в донорской крови в десятых и сотых долях процента всех случаев, а в бедных странах этот показатель может доходить до 2-4 процентов.
Использование нестерильных шприцев при переливании крови, как считается, привело к первому в СССР случаю массового заражения ВИЧ — в Элисте в 1988 году. Платное донорство крови в сельских районах Китая в начале 1990-х годов, где иглы часто использовались многократно и мало кто заботился о тестировании на ВИЧ, только по официальным оценкам привело к заражению от 30 до 50 тысяч жителей страны.
До введения обязательного тестирования донорской крови на ВИЧ в 1985 году через переливание заразились более 1,1 тысячи канадцев, до 20 тысяч пациентов заразились гепатитом C. В США в 2001 году количество зараженных ВИЧ до тестирования крови (с 1985 года) оценивалось в 14,2 тысячи человек, а по гепатиту C переливание крови и пересадка органов до начала тестирования в 1992 году вообще были главным путем заражения. Сейчас риск получить ВИЧ вместе со спасительной донорской кровью в Штатах консервативно оценивается примерно в 1 на 1,5 миллиона, для гепатита C — менее одного случая на два миллиона; глобально же на донорскую кровь все еще приходится 2-4 процента случаев заражения ВИЧ и значительная доля заражений гепатитом C.
Итак, человек — очевидно неудобный аппарат для массового производства крови: для него это, мягко говоря, не основная деятельность, постоянно и надежно контролировать состояние «производственных мощностей» очень трудно, а добиться того, чтобы эти «мощности» вовремя явились на сдачу крови, не так просто. В США, по данным того же Красного Креста, донорами могут быть 38 процентов населения, а являются только десять.
Поэтому эффективный заменитель крови был бы отличным решением: при невысоких затратах на производство и хранение им можно было бы буквально залить нуждающиеся регионы и территории. Кроме того, с его помощью можно было бы смягчить риски побочных эффектов у реципиента, которые возможны даже при тщательной проверке крови на совместимость. Чаще всего это довольно неприятная, но безопасная аллергическая реакция на «чужие» белки плазмы, но бывают и более тяжелые случаи.
Наконец, те же Палмер и Интальетта осторожно отмечают свидетельства того, что в процессе неизбежного хранения донорской крови ее качество все же снижается, и не для всех пациентов переливание оказывается одинаково полезно.
Хотя со времен заметки в New York Times прошло 40 с лишним лет, ни журналисты, ни публика не потеряли вкус к новостям об искусственной крови, а слово «прорыв» применительно к этим разработкам даже несколько поизносилось.
Вот, например, относительно недавно — в 2004 году о прорыве сообщали из Японии: искусственный гемоглобин, который разработала группа профессора Эисюна Цутиды (Eishun Tsuchida), можно было хранить два года при комнатной температуре и производить со скоростью до тысячи литров в день. Правда, стоил литр такой искусственной крови (насыщенно-красной, как особо подчеркивали журналисты) примерно 57 тысяч фунтов стерлингов, или где-то 104 тысячи долларов по курсу того времени. Цутида скончался в 2010 году, но дело его живет, хотя «прорывная» кровь пока так и не вошла в массовое применение.
Эксперт гематологического подразделения FDA Абду Алаяш (Abdu Alayash) в обзорной статье для Cell Press в 2014 году подчеркивает: называть искусственной кровью то, что активно разрабатывается в последние десятилетия, вообще-то некорректно. Такая «кровь» не сворачивается, не переносит питательные вещества и не работает в составе иммунной системы организма. По сути, искусственные переносчики кислорода и препараты на базе переработанного или искусственного гемоглобина лишь не дают организму «задохнуться» в экстремальной ситуации большой кровопотери — это типичная ситуация «не до жиру, быть бы живу».
И это уже шаг вперед по сравнению с физрастворами, которые просто не дают давлению упасть до не совместимых с жизнью отметок. Тем не менее даже одну из множества функций крови — перенос кислорода — повторить на искусственных материалах оказалось весьма непросто.
Просто так гемоглобин в кровь добавлять нельзя — ему необходим «контейнер» в виде эритроцитов. Но красные кровяные тельца — довольно хитро устроенное изобретение эволюции, и сымитировать их удобную форму (двояковогнутый диск) и способность эффективно переносить кислород ученые пока не смогли. Как, впрочем, и просто синтезировать гемоглобин, который не был бы токсичен.
Именно поэтому во всем мире одобрен лишь один препарат на основе искусственного гемоглобина — Hemopure, которым в ЮАР лечат острую анемию у хирургических пациентов. Еще один препарат — Hemospan — все еще числится многообещающим.
Можно, как это было с пациентом из Миннесоты в 1979 году, полностью отказаться от любых попыток изобрести этот сложный велосипед. Так работают препараты на основе перфторуглеродов (ПФУ): тот самый флуосол и его советско-российский аналог перфторан, или «голубая кровь». Кровезаменители на основе ПФУ нетоксичны, но в их составе много жиров — вместе с такой «кровью» пациенту как бы переливают сразу очень много холестерина.
Флуосол в полноценных клинических испытаниях показал себя плохо, и в 1994 году его убрали с рынка. Отечественный перфторан считается препаратом второго поколения, он пока одобрен к использованию только в России; его американские «ровесники» — оксифлуор и оксигент — как и их предшественник флуосол не прошли клинические испытания.
Можно, как все нормальные герои, попробовать пойти в обход: у морских и дождевых червей — например, самых обычных Lumbricus terrestris — нет красных кровяных телец. Так что их переносчики кислорода, функциональные аналоги гемоглобина у млекопитающих, сразу «учились» обходить те проблемы, которые пока не дают ученым создать замену эритроцитам без самих клеток: токсичность, образование тромбов, повышение давления и так далее.
Здесь даже есть кое-какие успехи: ученые из Румынии в 2013 году отчитались о создании искусственной крови на основе гемэритрина — белка тех самых морских червей. Пока о результатах клинических испытаний «крови с родины Дракулы» ничего не сообщается.
Исследователи также не оставляют надежды когда-нибудь научиться просто выращивать настоящие эритроциты в прямом смысле — так, как это уже сделали с другими клетками крови: полностью функциональные тромбоциты удалось получить с помощью выращенного «в пробирке» костного мозга или даже биореактора.
Совсем недавно британские ученые заявили, что планируют начать клинические испытания искусственных эритроцитов на людях в 2017 году — как сообщалось, медики использовали для получения красных кровяных телец стволовые клетки. Будем надеяться, что эти испытания окажутся более успешными, чем предыдущие.
В 1982 году, через три года после «миннесотского пациента», пионер исследований в области кровезаменителей на основе ПФУ Роберт Гейер (который однажды успешно заменил всю кровь у крысы на такой препарат) так отзывался о перспективах новомодного метода: «Может быть, это не пойдет никуда, а может быть — будет всюду. Никто не знает». Сейчас эти слова тоже актуальны. Поэтому пока британцы и другие ученые трудятся, каждый из нас может хоть сегодня пойти и сдать кровь.