Победить инфекции: иркутские ученые изобрели устройство для пересадки фекальной микробиоты

Трансплантация фекальной микробиоты — это перенос бактерий, вирусов, архей, грибов, которые содержатся в кишечнике, от донора реципиенту. Методика позволяет восстановить баланс микрофлоры и используется для лечения многих заболеваний, в частности, тяжелых кишечных инфекций. По словам Константина Апарцина, процедура известна свыше полутора тысяч лет, такой способ лечения использовали еще в Древнем Китае. Однако в современном мире научное сообщество заговорило о трансплантации кишечной микробиоты лишь в 1958 году.

— Те представители здоровой микробиоты, которые попадают от донора в кишечник больного человека, вступают в конкурентные взаимоотношения с плохими микробами, вытесняют и побеждают их, — рассказал Константин Апарцин. – Бактерии продуктами своей жизнедеятельности – метаболитами — улучшают здоровье всего организма. Работа любого органа человека связана с кишечником, известны механизмы, которые позволяют говорить о так называемых осях: ось кишечник-мозг, кишечник-печень, кишечник-кожа, кишечник-легкие. В китайской медицине метод пересадки применяют для лечения более 80 заболеваний.

Трансплантация микробиоты, к примеру, может спасти пациента от C. difficile-ассоциированной инфекции – тяжелого заболевания кишечника, которое нередко заканчивается летальным исходом.

— Эту инфекцию вызывает очень зловредная бактерия Сlostridides difficile, в норме в небольших количествах она есть у каждого. Но если человека полечить антибиотиками и лекарствами, которые снижают кислотность в желудке, то угнетается собственная микробиота, — отметил профессор. — При таком раскладе бактерия вызывает тяжелые изменения, вплоть до летального исхода, связанного с так называемым острым токсическим поражением кишки, когда она раздувается и перестает работать. У нас эта инфекция, к сожалению, недооценивается, но самое странное, что по стандартам ее предлагают лечить другими антибиотиками. Так вот, трансплантация фекальной микробиоты излечивает от этой болезни, потому что противные микробы замещаются здоровой микробиотой и состояние пациента существенно улучшается.

В России применение трансплантации фекалий предполагается пока только для лечения C. difficile-ассоциированной инфекции. Однако Константин Апарцин уверен, что это направление будет развиваться, и в клинические рекомендации со временем войдут и другие заболевания: ученые проводят исследования, в частности, методику изучают в медуниверситете имени Сеченова. «БайкалБиоМед» фактически создает продукт, под который прямо сейчас формируется рынок.

Особенно многочисленными исследования стали, когда наука плотно приступила к изучению так называемого метагенома – совокупности геномов микроорганизмов из одной среды обитания, например, кишечника. Геномное секвенирование микробов только сейчас входит в стандарты. Стоимость изучения высока, но, по мнению Константина Апарцина, скоро она станет доступной и тогда ученые смогут точно определить, кто именно живет в кишечнике человека. Метагеномные исследования позволяют открывать все новые виды бактерий, вирусов, архей и других микроорганизмов.

— Для меня, как для изобретателя технологии, важно четко понимать, что мы хотим пересадить и как сделать так, чтобы микробиота в наилучшем виде сохранилась до того, как ее получит реципиент, — подчеркнул ученый. – Путь России — развивать доктрину, расширять показания трансплантации фекальной микробиоты на основании уже полученных данных и своих проведенных исследований. Мы в начале этой дороги, но у нас есть понимание методики и того, насколько полезна и выгодна она может быть в условиях, когда требуется импортозамещение антибактериальной терапии. С учетом всех сложившихся обстоятельств убежден в том, что эта технология в ближайшие годы в Евразийском экономическом союзе и странах БРИКС имеет очень хорошие перспективы.

Изобретение ООО «БайкалБиоМед» носит название КAFFEE — Kindly Anaerobic Fast Faecal Exchange. Устройство включает в себя контейнер для донорского материала, транспортировочный кейс, набор одноразовых расходных материалов и программное обеспечение. Машина обрабатывает материал, а время консервации до начала обработки достигает 24 часов. Степень фильтрации позволяет вводить реципиенту продукт во время фиброколоноскопии.

По словам Константина Апарцина, крайне важно качество перенесенного материала, поэтому нужно сохранить микроорганизмы, которые дадут максимальный лечебный эффект. Профессор отметил, что наиболее полезные микробы, как правило, самые ранимые. Главное преимущество устройства КAFFEE – абсолютная герметичность и анаэробные условия для сохранности полезных бактерий. Эта идея и стала основой технологии, которую разрабатывает «БайкалБиоМед».

Донорский материал попадает в специальный контейнер, где создается анаэробная среда за счет углекислого газа, охлаждается и таким образом сохраняется до момента переработки, которая происходит в автоматическом режиме при нажатии одной кнопки. Устройство отделяет от микробиоты плотные массы, итогом становится расфасованный в пакеты раствор, насыщенный полезными микробами. Его можно применять для трансплантации сразу либо заморозить для дальнейшего использования.

— Идеи две: исключить доступ кислорода, в щадящем режиме обрабатывая эти массы, и полностью исключить контакт персонала с материалом. Наш девайс можно будет размещать в эндоскопической, в процедурной, в любой лаборатории, то есть он не требует специальных условий для работы с бактериями, — рассказал Константин Апарцин. — Это компактное и высокопроизводительное устройство. Один цикл работы при среднем количестве донорского материала 200−250 граммов выдает четыре пакета раствора, который можно вводить пациенту.

«Учитывая производительность устройства, в дальнейшем мы сможем создать банк фекальной микробиоты – по аналогии с банком крови. Наработать большое количество донорского материала с помощью нашего девайса совершенно реально. Возникает вопрос: а зачем так много? И тут мы переходим к главному вопросу, который выходит за рамки нашей разработки, но прямо стоит перед медициной. Для лечения большого количества заболеваний, а не только кишечной инфекции, донорский материал должен подходить пациенту по многим параметрам, в идеале мы должны знать метагеном. А после большого количества процедур мы сможем найти так называемых супердоноров – людей, материал которых подходит почти всем», — рассказал ученый.

Для того, чтобы устройство могло не только готовить материал к трансплантации, но и делать его полный анализ, необходимо программное обеспечение – так называемая система поддержки принятия врачебных решений, оснащенная искусственным интеллектом. Сейчас ПО находится в стадии разработки.

Искусственный интеллект позволит учитывать результаты метагеномного анализа доноров и реципиентов, кроме того, данные о них (пол, возраст, масса тела) будут фиксировать в специальной базе. Система сможет определить, насколько их бактерии «подружатся» и какой эффект даст лечение.

— Сейчас мы фактически на этапе завершения прототипа, то есть того устройства, которое сможем возить на выставки и показать, как оно работает, — говорит профессор. — Электроника разрабатывается отдельно, для этого нужен очень мощный коллектив программистов. Как только появится прототип, мы рассчитываем, что сможем привлечь инвесторов. Нас уже поддерживает Фонд стратегического и инновационного развития Иркутской области в лице межрегионального научно-образовательного центра «Байкал». В НОЦ увидели в нашем изобретении научно-образовательно-коммерческую историю, которая имеет хорошие перспективы для развития, за это я благодарен организации. Кроме того, мы являемся резидентами «Сколково». В виде микрогрантов на научные разработки мы получили шесть миллионов рублей. На эти средства и развивается наш стартап. Систему мы запатентовали, аналогов нашей разработки в мире нет.

Константин Апарцин отметил, что роль команды в любом стартапе – определяющая. Ученый считает, что такие организации, как НОЦ «Байкал» увеличивают вероятность встречи с единомышленниками и будущими партнерами.

— Уверен, что вместе мы получим очень хорошие результаты. Самое главное — это в чистом виде иркутская разработка: у нас есть научные данные, изобретения и технологии.

Межрегиональный научно-образовательный центр мирового уровня «Байкал» создан по инициативе губернатора Иркутской области Игоря Кобзева и главы Республики Бурятия Алексея Цыденова. Задача центра – формирование эффективного взаимодействия науки, бизнеса и власти для реализации высокотехнологичных проектов и содействия импортозамещению. НОЦ работает в трех направлениях: «Комплексная переработка древесины», «Переработка промышленных отходов», «АгроБиоМедТехнологии».

Фото Маргариты Романовой, IRK.ru

Реклама
Фонд стратегического и инновационного развития Иркутской области
Erid 2VfnxwTjZnY

Екатерина Емелина, IRK.ru