Трансплантация головы: инженерные проблемы и их решения

Клабуков И.Д., к.б.н. заведующий отделом передовых клеточных технологий Первого МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России

  • Старт: 6 февраля 2020
  • Продолжительность: ∞
  • Этап: подготовительный
  • База: Босфорский университет, Турция
  • Руководитель: -
  • Сложность: incredible

Введение

Пересадка головы на сегодняшний день остается одной из самых трудных задач в медицине. Голова — одна из самых крупных и сложных частей тела человека.

Для успешной пересадки головы необходимо последовательное решение следующих проблем:

  • 1

    Обеспечение должной анестезии во время трансплантации.

  • 2

    Отделение головы от туловища.

  • 3

    Сохранение изолированной от туловища головы в условиях, минимизирующих повреждение головного мозга. В момент отделения от туловища наблюдается резкое падение внутричерепного кровяного давления, прекращается обеспечение мозга кислородом, что приводит к повреждениям функций мозга.

  • 4

    Осуществление спинномозгового анастомоза — сшивание нервных волокон спинного мозга с нервными волокнами головы.

  • 5

    Осуществление микрохирургических анастомозов кровеносных сосудов.

  • 6

    Восстановление циркулярных дефектов трахеи и пищевода, осложнения которых обусловлены прежде всего продолжительной ишемией, а также нарушением нормальной периферической иннервации и кровоснабжения.

  • 7

    Проведение ортопедических операций по восстановлению целостности, механической прочности и обеспечению подвижности костных элементов.

  • 8

    Обеспечение иммунологической совместимости головы и тела.

Большинство известных примеров пересадки головы или голова-грудного комплекса относятся к сосудистой хирургии, а совсем не к нейрохирургии. Так, первая известная операция парабиоза относится к 1912 году1, непосредственно после первых работ Алексиса Карреля по отработке сосудистого шва.

В 1950-х годах Владимиром Демиховым совместно с его помощником Владимиром Горяйновым была проведена серия экспериментов по сшиванию пересеченных пополам крыс и собак с получением подобий химерных организмов. Результаты данного эксперимента описаны в его книге2. У животных восстанавливалось кровоснабжение нижней части тела путем наложения анастомоза аорт и полых вен. При этом пересеченные фрагменты спинного мозга просто фиксировались, попыток их сшивания для получения полноценной химеры не предпринималось. Из недостатков можно также отметить отсутствие связей лимфатической системы, спинномозгового и периферических нервов. Однако подобная серия экспериментов на крысах по сборке химерных организмов представляется хорошей экспериментальной моделью для отработки различных методов наложения сосудистого шва и восстановления проводимости спинномозгового канала. При этом ожидаемая продолжительность жизни химерного организма может составить несколько суток.

Таким образом, практические задачи трансплантации головы сводятся к отработке методов обеспечения целостности изолированного головного мозга, микрохирургических анастомозов кровеносных сосудов, восстановлению, циркулярных дефектов трахеи и пищевода, ортопедических операций по восстановлению целостности, механической прочности и обеспечению подвижности костных элементов, обеспечению иммунологической совместимости.

Вместе с тем, ключевой научной задачей является создание условий для восстановления проводимости нервных волокон спинного мозга.

Таблица 1. Технические проблемы при проведении безопасной и жизнеспособной трансплантации головы человека3

Технический вызовПреодолен?Прогресс на сегодняшний день Нерешенные проблемы
Сосудистый анастомоз ДаCarrel & Guthrie (1908): Усовершенствованные методы наложения швов на сосуды.
Демихов (1954): поддержание кровотока в легких и сердце, несмотря на пересечение спинного мозга.		White (1965): аутоперфузия головного мозга после пересечения шейного отдела.
Ren et al. (2015): протокол перекрестного кровообращения / профилактика ишемии головного мозга путем сохранения одной донорской сонной артерии и одного донорского яремного сосуда.
ИммуносупрессияДа1950-е и 1960-е: проведена разработка азатиоприна, 6-меркаптопурина и кортикостероидов.
1999: открытие иммунодепрессантов, которые были эффективными для предотвращения отторжения кожи без выраженной токсичности.		Оптимизация безопасности и эффективности новых иммунодепрессантов.
Пересечение спинного мозга и спинномозговой анастомоз НетCanavero (2013): контролируемое иссечение спинного мозга для поддержания целостности тканей и обеспечения функционального восстановления.
Ren et al. (2014): поперечное сечение спинного мозга ниже позвонка C3/C4 для обеспечения поддержки ствола мозга и независимого дыхания донора.		Основано на многочисленных животных моделях, которые не соответствуют физиологии человека.
Слабое понимание проприоспинальной схемы, лежащей в основе восстановления спинного мозга.
Слияние спинного мозга НетBorgens and Cho (2004-2012): продемонстрированный успех фьюзогенов, таких как PEG, в восстановлении спинного мозга после травмы.Доказательства эффективности фьюзогенов на основе животных моделей (собак и морских свинок). Требуют проведения дальнейших клинических исследований применения ПЭ.
Травмы, при которых использовались фьюзогены не были эквивалентны пересечению спинного мозга, который может произойти при трансплантации головы человека.
Реваскуляризация, нейропротекция, церебральная ишемия НетRen et al. (2015 г.): использовали умеренную гипотермию с применением перекрестного кровообращения для минимальной церебральной ишемии.
Putintsev et al. (2008): продемонстрировали нейропротекторную роль перфторана при церебральной ишемии.		Для пересадки головы человека потребуется период церебральной ишемии, превышающий период в экспериментах на мышах из-за технических препятствий во время операции.
Эффективность многих потенциальных нейропротекторных фармакологических агентов не была подтверждена в клинических условиях.
Контроль болиНет–Современные методы лечения послеоперационной центральной невропатической боли не подкреплены клиническими исследованиями.
Современные подходы основаны лишь на теоретических построениях.

Протокол эксперимента по пересадке головы
Часть 1: Спинномозговой анастомоз

Подготовка к пересадке головы представляет собой сложную методическую задачу. Прежде всего необходимо исключить в операции неблагоприятные исходы, являющиеся следствием неудовлетворительного подготовки к операции и неудачного выполнения сосудистых анастомозов. Поэтому непосредственно перед трансплантацией тела необходимо будет отработать методику сшивания половинок тела, показанную ранее в работах В.П. Демихова.

1. Объект исследования
Линейные крысы Wistar

2. Охлаждаемый стол
В то время, как для рутинных абдоминальных операций рекомендуется использовать подогреваемый столик для исключения, то для трансплантации тела потребуется охлаждать области головного мозга4. Подобное охладение может негативно сказаться на работе хирургической бригады, а также потребует введения в команду дополнительных обязанностей анестизиолога по контролю температуры в различных зонах тел.

3. Продолжение следует….

  1. Guthrie, C. C. (1912). Blood-vessel surgery and its applications. Arnold. https://archive.org/details/bloodvesselsurge00guthuoft/page/n17[↩]
  2. Демихов, В. П. (1960). Пересадка жизненно важных органов в эксперименте.[↩]
  3. Lamba, N., Holsgrove, D. & Broekman, M.L. The history of head transplantation: a review. Acta Neurochir 158, 2239–2247 (2016). https://doi.org/10.1007/s00701-016-2984-0[↩]
  4. Smith K.D., Zhu L. (2010). Brain hypothermia induced by cold spinal fluid using a torso cooling pad: theoretical analyses // Medical and Biological Engineering and Computing, Vol. 48. – № 8. – P. 783-791.[↩]