Biochemia transplantologii: jak ulepszyć procedurę?

Na co dzień pracuje pan w Zakładzie Biochemii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego i zajmuje badaniami w obszarze m.in. transplantologii. Co biochemia ma wspólnego z tą dziedziną medycyny?

Dr hab. Michał Skrzycki: Wbrew pozorom jest to bardzo złożone pytanie. Każdy narząd ma swoje parametry biochemiczne, parametry swojej funkcjonalności, zgodne ze specyfiką tego, co robi w organizmie. Znając wartości tych parametrów, które są określone i specyficzne dla danego narządu wiemy, kiedy dany organ funkcjonuje prawidłowo. 

Jaki to ma związek z transplantologią? Oczywiście chcemy, żeby narząd wszczepiany biorcy funkcjonował jak najbardziej prawidłowo. Stąd bardzo duża potrzeba precyzyjnego określenia takich parametrów, a dzięki nim również określenia żywotności narządu. Stąd też potrzeba realizacji badań narządów od strony biochemicznej, na poziomie molekularnym.

Mamy wielu oczekujących na narząd, z drugiej strony w praktyce klinicznej nie każdy pobrany organ może zostać przeszczepiony. Skąd klinicyści wiedzą, że czasami dany narząd nie jest zdatny do tego, żeby go przeszczepić?

Jak wiadomo, przy transplantacji najpierw trzeba narząd pobrać, wyjąć z organizmu dawcy. Dla takiego narządu jest to po prostu szok. Zostaje odcięty dopływ tlenu, dopływ krwi, która ten tlen oraz inne składniki odżywcze dostarcza narządowi. Ten brak tlenu nazywamy ischemią. Po pobraniu musimy narząd schłodzić w celu jego transportu czy w oczekiwaniu na przygotowanie biorcy. Przed wszczepieniem organ musi zostać ponownie ogrzany, następnie dochodzi do kolejnego ukrwienia i mamy do czynienia z tzw. reperfuzją. Zarówno ischemia jak i reperfuzja mogą spowodować bardzo duże uszkodzenia tkanek czy samych komórek. Z punktu widzenia biochemicznego do sytuacji tej może doprowadzić zarówno brak tlenu, jak również nadmiar tlenu, który prowadzi do wytworzenia wolnych rodników tlenowych i zapoczątkowania procesów apoptozy czy nekrozy. Może to uruchomić procesy zapalne w przeszczepianym narządzie. W efekcie przeżywalność takiego organu jest zmniejszona, a pacjent – biorca jest narażony na odrzut przeszczepu. Stąd też konieczność weryfikowania parametrów biochemicznych narządów pobieranych od dawców.

Obecnie uczestniczy pan w badaniach, które mają na celu opracowanie nowego systemu do pozaustrojowego przechowywania organów do przeszczepienia. Czy ten system może wnieść zmiany w obszarze transplantologii? 

Kluczem jest to, co dzieje się między dawcą a biorcą. Tak jak mówiłem w procesie pobierania narządów kluczowym jest przechowanie narządu w chłodnej temperaturze, a następnie jego ogrzewanie przed wykonaniem przeszczepu. Korzystamy również w tym procesie z płynu perfuzyjnego, który przepuszcza się przez naczynia krwionośne tego narządu. Najpierw służy on do wypłukania reszty krwi z narządu dawcy, a dalej płyn perfuzyjny jest stosowany do  podtrzymywania funkcjonowania tego narządu. Skład płynu, jego temperatura, to czy  dostarcza tlen, są to parametry, które mocno wpływają na stan narządu pobranego od dawcy. Całość tej procedury (w którym momencie narząd jest ogrzewany, podawane są składniki odżywcze itp.)  nazywamy protokołem perfuzji. W naszym protokole staramy się dostosować sposób przechowywania narządu do tego, by możliwie najefektywniej podtrzymać jego funkcje. Najczęściej narząd trzymany jest cały czas w niskiej temperaturze aż do momentu przeniesienia do organizmu biorcy. Nasz zespół stosuje inną procedurę – tak zwaną normotermię. Po ewentualnym przechowywania tego narządu w niskiej temperaturze (4 st. C), ogrzewamy go i utrzymujemy w 37 stopniach przez cały czas, niemal do momentu wszczepienia go. Dostosowujemy parametry płynu perfuzyjnego, tak aby jak najbardziej podtrzymywał narząd przy życiu oraz ograniczał uszkodzenia, które mogą powstać podczas całej procedury transplantacji, a być może nawet sprzyjał procesom regeneracji. Przyszłością takiej procedury jest umożliwienie przynajmniej częściowej regeneracji tkanki w stworzonych przez protokół warunkach.

Z jednego z etapów przeprowadzonych dotąd badań wynika, że nerka poddana perfuzji badanym płynem wykazała obecność markerów regeneracji. W jaki sposób jest to badane?

Chodzi o tak zwane biomarkery, o cząsteczkę, która monitoruje funkcje danego narządu. Czasem jej zwiększenie czy obniżenie pokazuje, że coś się dzieje z narządem, np. nerka musi produkować dany związek, to znaczy, że funkcjonuje prawidłowo. Chcemy mierzyć poziom takich związków w płynie perfuzyjnym. Zastosowaliśmy nowoczesne techniki jak proteomika i metabolomika – są to tak zwane narzędzia biologii systemowej. Proteomika pozwala nam ocenić całkowity profil białek, czyli w zasadzie wszystkie białka, które występują w danej próbce biologicznej. Metabolomika z kolei odnosi się do związków drobnocząsteczkowych, które w próbce biologicznej występują. W próbkach płynu perfuzyjnego pobranego w kluczowych momentach protokołu transplantacji mamy profile białek, z których każdy daje  kilka tysięcy wyników, co jest ogromną liczbą danych. Używamy metod statystycznych, żeby ocenić, czy pojawienie się danego białka czy związku w próbce jest ważne. Jeżeli tak, to wtedy przeszukanie odpowiednich baza danych pokazuje nam, czy to białko ma jakiś związek z procesami takimi jak na przykład regeneracja czy śmierć komórkowa czy uszkodzenie naczyń.

Następnie odnosimy się oczywiście do tego, czy poziom tego białka wzrósł, spadł, czy jest cały czas na stabilnym poziomie. Badamy je w różnych punktach tego protokołu, czy to białko dalej się zmienia, czy nie i patrzymy czy jest to skorelowane ze zmianami w tym protokole. Jeśli tak to znaczy, że być może to białko jest właśnie takim markerem, którego szukamy. Oczywiście pojawiają się takie markery, które już są znane, ale też mamy w tym profilu białkowym również takie cząsteczki, które są dla nas nowe, czasami trochę niespodziewane, ale bardzo ciekawe pod względem funkcji. 

Problemem transplantologii – przynajmniej w przypadku nerki – jest to, że nie ma nadal definitywnie stwierdzonego jednego czy więcej biomarkerów, które by na 100 proc. pokazywały, że ta nerka jest funkcjonująca czy nie. Są różne badania, różne parametry są brane pod uwagę, ale żaden nie jest ostateczny. Natomiast my mamy bardzo dużo danych, które możemy na różny sposób interpretować, zastosować różne metody statystyczne – mniej czy bardziej zaawansowane – i wyciągać z tego bardzo dużo nowych wniosków. Możemy w ten sposób poprawiać cały protokół perfuzji i procedurę transplantacji.

Czyli w obecnie stosowanych metodach oceny przydatności narządów do przeszczepienia nie stosuje się wszystkich tych metod, o których pan wspomniał? 

Są inne badania, ale raczej dotyczą nie płynu do perfuzji, ale bazują na biopsji nerek. Biopsja to procedura, która niechętnie jest wykonywana już w trakcie operacji, bo to dalsze uszkodzenie narządu. Lepiej monitorować płyn przepływający swobodnie przez nerkę. Z tym, że tu też jest jeden minus tej metody. Chodzi o czas. Proteomika i metabolomika to bardzo wolne metody, nie da się tego zrobić na bieżąco. Wykorzystujemy je na etapie eksperymentalnym, by wyłonić właśnie pewne związki, które mogą stać się w przyszłości takimi dobrymi biomarkerami. Dodatkowo dzięki tym metodom widzimy, co się dzieje z nerką w trakcie całej procedury transplantacji. Dzięki temu możemy ulepszyć tę procedurę, kierując się na przykład w stronę tego, żeby nerka się lepiej regenerowała, albo żeby sam płyn perfuzyjny był dla niej mniej inwazyjny.

Na jakim etapie są obecnie te badania? 

Tak, jak wszystkie nowatorskie metody, musimy przejść długą drogę. Na razie badania są prowadzone na organach zwierzęcych. Oczywiście to jest dość bliski model, natomiast przejście do badań klinicznych wymaga czasu. Po roku skończył się pierwszy etap, gdzie ta nowa procedura został zweryfikowana. Teraz robimy modele, które bardziej odpowiadają temu, co naprawdę dzieje się podczas operacji. Stosowana w eksperymencie technika ciepłego niedokrwienia pozwala symulować takie sytuacje, jak np. zawał serca czy udar mózgu, czyli powody, dla których zmarli mogą stać się dawcami narządów. Spróbujemy się też dowiedzieć, czy te sytuacje mają jeszcze wpływ dodatkowy na nerkę. Na pewno będzie rozwinięty duży panel badań. Myślę, że ten rok, może jeszcze nawet przyszły, to praca nad wyciąganiem wniosków, przygotowywaniem publikacji. W toku jest procedura patentowa, więc dużo rzeczy się dzieje. Na pewno już niedługo pojawią się same publikacje, a to już będzie wniesienie tych informacji do świata naukowego, co – mam nadzieję – otworzy nam drzwi na możliwość kreatywnego dialogu.