血液内感染可导致脓毒症,是临床患者死亡率最高的疾病。美国科学家发明了一种人工脾,不仅可能治疗血液感染,对正在非洲肆虐的埃博拉来说,也可能提供一种理想的治疗方案。
孙学军(第二军医大学海军医学系教授)指出,许多人听说过人工肾、人工心、人工肺和人工肝,人工脾则没有人知道。受到脾脏功能的启发,美国哈佛大学Wyss生物启发工程研究所Donald E Ingber等最近发明了一种人工脾,能治疗包括埃博拉等感染导致的脓毒症的血液清洗装置。描述这一技术的论文9月14日发表在《自然医学》上。
血液内感染可导致脓毒症,是临床患者死亡率最高的疾病。更无奈的现实是,大约50%的患者无法及时确定导致感染的具体细菌类型就已经发展成为脓毒症。临床上不得不依赖广谱抗生素来对付可能感染的细菌。但是这种方法往往不那么有效,而且可增加细菌耐药的危险。
脾脏有什么功能启发了这些科学家,用人工脾来对付血液内感染呢?
脾的组织中有许多称为“血窦”的结构,平时一部分血液滞留在血窦中,当人体失血时,血窦收缩,将这部分血液释放到外周以补充血容量。血窦的壁上附着大量巨噬细胞,可以吞噬衰老的红细胞、病原体和异物。脾脏是机体最大的免疫器官,占全身淋巴组织总量的25%,含有大量的淋巴细胞和巨噬细胞,是机体细胞免疫和体液免疫的中心,通过多种机制发挥抗肿瘤作用,脾脏切除导致细胞免疫和体液免疫功能的紊乱,影响肿瘤的发生和发展。
这一装置,模拟脾脏能连续清除血液中的病原微生物和毒素的功能,可以不需要鉴别感染类型,或者说没有特异性,只要是病原,一并清除。这一装置的基本原理是,将受到感染的血液和纳米磁珠包裹的人类调理素混合。什么叫调理素?凡具有调理作用的免疫活性分子称为调理素。
而所谓调理作用是指抗体、补体与抗原结合形成复合物,能通过Fc段、C3b与吞噬细胞表面的Fc受体、C3b受体结合,从而固定在吞噬细胞表面,有利于吞噬细胞对抗原抗体/补体复合物的吞噬、清除。如果抗原是细菌,则有助于吞噬细胞对细菌的吞噬和杀灭。抗体和补体的这种促进吞噬作用即为调理作用。抗体和补体是机体内主要的调理素。
这一发明中采用的调理素是甘露聚糖结合凝集素(Mannose-binding lectin,MBL)也被称为甘露糖结合蛋白或甘露聚糖结合蛋白)是一种在先天免疫系统中起作用的凝集素。甘露聚糖结合凝集素能结合多种病原和毒素,而不需要补体和凝血因子的协助。
纳米磁珠的作用是能将结合病原或毒素的甘露聚糖结合凝集素从血液中分离出来,产生清洗血液中毒素和病原微生物的目的,清洗好的血液被重新输送给人体,达到治疗脓毒症的目的。
这种人工脾脏能有效清除多种革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌和内毒素,为检验这种装置的效果,用大肠杆菌或金黄色葡萄球菌感染的大鼠模型,Ingber小组用这种装置对动物血液进行清洗,感染5小时后,89%的动物能存活下来,而没有经过这种装置治疗的对照组动物的存活率只有14%。研究人员发现这种装置能将动物血液中90%的细菌清除掉,肺脏等器官的炎症反应也明显减轻。
用内毒素休克动物模型进行的研究发现,这种装置能明显提高动物存活率。
对于成年人大约有5升的血液容量,这种装置以每小时1升的清洗速度,大约5小时可以完成。Ingber认为,如果这种装置结合抗生素治疗,可以解决大部分血液感染的问题。这种装置也可以对病毒感染产生效果,对目前正在非洲肆虐的埃博拉来说,这种技术或者能提供一种理想的解决方案。该小组目前正在用动物实验证明这种设想。
伦敦大学免疫学家Nigel Klein认为,这种装置也有帮助于疾病的诊断,因为能富集更多的病原,使诊断的效率提高。而过去诊断血液感染必须进行长时间的细菌培养,这种设备将有可能取代这种老套的办法。