Чому наука досі не створила штучне серце

Від подорожі людини на Місяць до генної інженерії та штучного інтелекту. Наукові здобутки людства XXI століття виходять за межі можливого. То чому ж створення штучного серця виявилось таким складним завданням?

Ніщо так гарно не доводить досконалість людського серця, як невдалі спроби імітувати його. А історію створення штучного серця супроводжують як блискучі інновації, так і постійні невдачі.

1961 року американський президент Джон Кеннеді проголосив амбітну мету Сполучених Штатів — до кінця десятиліття здійснити космічний політ із висадкою астронавта на поверхню Місяця.

А 1964 року серцево-судинний хірург Майкл Дебейкі переконав президента США Ліндона Б. Джонсона профінансувати розробку першого штучного серця.

1969 року, здавалося, обидві цілі були досягнуті. Місія "Аполлон-11" була успішною, і людина зробила свої перші кроки на Місяці

Тоді ж Техаський інститут серця імплантував перше повністю штучне серце. Але після трансплантації у пацієнта почалися ускладнення і за день він помер.

Спочатку медики думали, що штучне серце назавжди замінить хворе. Однак мета виявилась надто амбітною, оскільки перша конструкція мала зовнішній компресор, який вводили через шкіру в тіло пацієнта.

З одного боку, це було корисно, оскільки механічні частини (найбільш схильні до зносу) можна було легко замінити, але пацієнту доводилось носити з собою громіздке обладнання.

Історія штучного серця також тісно переплітається з історією його трансплантації. На початку 1960-х це було лише обнадійливою мрією, але вже 1967 року кардіохірург Крістіан Барнард з Кейптауна провів першу в світі успішну пересадку серця людині.

Змінилося й призначення перших штучних сердець. Тепер вони мали підтримувати кровообіг, поки пацієнт очікує на донорське серце.

Як і в багатьох високо експериментальних методах лікування, першим під ніж хірурга ліг хворий у термінальній стадії.

Ним став 47-річний Хаскелл Карп. Чоловік страждав на гостру серцеву недостатність і пережив кілька інфарктів. Стан погіршувався, а відповідного донорського органу не було. Тоді й вирішили тимчасово пересадити штучне серце до появи відповідного людського.

Операція тривала 3 години, у ній брали участь 16 лікарів. Все пройшло успішно, і серце працювало три доби – до того моменту, коли знайшли донорський орган.

Спочатку це здавалося тріумфом, але за 32 години пацієнт трагічно помер від сепсису. Ба більше — пристрій пошкодив кров і нирки.

Інфекції та сепсис — постійна проблема для будь-якого пристрою, де є дроти, які вживлюють в шкіру.

І це ще не все.

Помпи, що качають кров, змінюють її склад, викликають згортання крові, що призводить до інсультів та розпаду еритроцитів.

Але наука не стояла на місці, і за десять років кардіохірург Роберт Джарвік створив штучне серце покращеної конструкції, якому дали його ім’я.

1982 року першим реципієнтом цього протезу став зубний лікар Барні Кларк, який прожив з ним майже три з половиною місяці.

За наступні три роки протез Jarvik-7 вживили ще п’ятьом безнадійним хворим, одному з яких він подарував понад двадцять місяців життя.

Але у двох інших пацієнтів були важкі інсульти, і врешті вони померли або від сепсису, або від проблем із кров’ю.

Розвиток кардіотрансплантації теж був нелегким: перший пацієнт помер вже за 18 днів після операції. Перший пацієнт у Британії прожив лише 45 днів, а загальні показники залишалися невтішними.

Однак причина невдачі полягала не в механіці. Тіло сприймало пересаджений орган як загрозу і починало посилено з ним боротися.

Щоб цього уникнути, пацієнту вводили препарати, що пригнічують імунну систему.

Перші імунодепресанти були простими, але розробка циклоспорину на початку 1980-х років здійснила революцію в імуносупресії, що значно покращило успіх операцій з пересадки органів.

Сьогодні у Британії щороку роблять близько 200 трансплантацій. Однак хронічна серцева недостатність залишається однією з найбільших проблем у багатьох країнах світу, а черга на операцію з пересадки серця може затягтися на роки.

Щоб розв’язати цю проблему, вчені почали шукати альтернативні шляхи. Одним з них стала безпрецедентна модифікація геному свиней. Науковці максимально наблизили його до людського, що в майбутньому може допомогти подолати нестачу органів для трансплантації.

Свині підходять для цього краще за інших тварин, оскільки їхня ДНК відносно близька до людської, внутрішні органи схожі за розміром. Крім того, свиней легко розводити у великих кількостях.

Перші клінічні випробування розпочалися у 2022 році.

Успіх трансплантації серця, однак, оживив пошуки повного штучного серця з більш досяжною метою — підтримувати життя пацієнта доки не знайдуть донора.

Впродовж десятиліть технології штучного серця вдосконалювались завдяки більш біосумісним матеріалам, покращеній конструкції клапанів та ефективнішому управлінню кровотоком.

Оскільки черга на операцію з пересадки серця може затягтися на роки, пацієнта нерідко підключають до так званого VAD ventricular assist device (допоміжний вентрикулярний пристрій). .

Цей механічний імплант лише полегшує роботу хворого серця, але не замінює його. Його створили як тимчасовий засіб продовження життя, а не як основний метод терапії.

Однак у міру дедалі ширшого застосування VAD, особливо протягом тривалого часу (терміном навіть до чотирьох років), лікарі все частіше почали звертати увагу на переваги такої помпи перед іншими формами кардіотерапії, і насамперед медикаментозної.

Наступним революційним кроком стала розробка допоміжного пристрою для лівого сердечного шлуночка (LVAD).

Це імплантована механічна помпа, що підтримує роботу серця у людей з ослабленим серцевим м’язом. Вона приймає кров з нижньої камери серця і допомагає перекачувати її до інших життєво важливих органів.

LVAD стало рятувальним колом у лікуванні серцевої недостатності у термінальній стадії.

На сьогодні у світі імплантували понад 15 тисяч LVAD, близько третини пацієнтів з термінальною стадією серцевої недостатності підтримуються цим пристроєм. Зазвичай LVAD використовують тимчасово, поки пацієнт очікує на донорське серце, але через дефіцит донорських органів пацієнти можуть залишатися на підтримці LVAD впродовж багатьох років.

Однак всі згадані пристрої мають недоліки. Вони, зазвичай, складаються з двох частин — імплантованої, підключеної безпосередньо до серця, та з’єднаної з нею дротами зовнішньої системи, що містить контролер і блок живлення.

Зовнішні акумулятори досі завдають незручностей і є джерелом інфекції для пацієнтів.

Тож пошуки штучного серця, що повністю імплантується, активно тривають.

Ніхто не очікує, що це буде швидко й легко. А численні багаторічні невдачі, безумовно, виховали у вчених смиренність і благоговіння перед природною інженерією серця.