Tyrėjai ieško gamtos įkvėpimo, kaip gydyti ūminį kvėpavimo distreso sindromą – gyvybei pavojingą būklę, kuri kasmet paveikia tūkstančius žmonių.
2014 m. Frankfurto Gėtės universitetinės ligoninės Anesteziologijos, intensyviosios terapijos ir skausmo terapijos klinikos direktorius profesorius Kai Zacharowski gydė ypač komplikuotą Ebolos atvejį pacientui, sergančiam ūminiu kvėpavimo sutrikimu.
Vyro būklei pablogėjus, Zacharowskis ėmėsi naujo eksperimentinio vaisto – natūraliai žmogaus organizme esančios molekulės (FX06), kuris, jo manymu, gali stabilizuoti paciento būklę. Intervencija suveikė. Rezultatas, kuris buvo ir profesionaliai įkvepiantis, ir asmeniškai patenkintas.
„Pavyko išgelbėti žmogaus, tėvo ir kolegos gyvybę“, – sakė Zacharowskis.
Pandeminis ryšys
Ši patirtis Zacharovskiui atėjo į galvą po kelerių metų, kai kilo COVID-19 pandemija. Jo skyrius ligoninėje buvo atsakingas už didžiausio COVID-19 pacientų skaičiaus gydymą Heseno regione Vokietijoje.
Didelio masto kelių šalių moksliniai tyrimai buvo sukurti siekiant suprasti, kaip šis gydymas gali būti naudojamas siekiant užkirsti kelią COVID infekcijai, kuri progresuoja iki sunkiausios ir labiausiai gyvybei pavojingos formos: ūminio kvėpavimo distreso sindromo (ARDS).
COVend projektas, kuriam vadovavo Zacharowski, prasidėjo pandemijos viduryje 2021 m. lapkritį. Tyrėjai nusprendė panaudoti dirbtinio intelekto (AI) ir sistemų biologijos galią, kad geriau suprastų, kaip FX06 veikia atskirų pacientų organizme, ir nustatytų jo terapinę vertę kaip veiksmingas vaistas, neturintis žinomo šalutinio poveikio, skirtas naudoti kovojant su COVID-19.
„Esame nusiteikę optimistiškai, kad mūsų tyrimai suteiks precedento neturinčių įžvalgų apie ARDS“, – sakė Zacharowskis.
Platesnis pasiekiamumas
Tačiau tyrimo grupės misija tuo nesibaigė. Nors COVID-19 atkreipė dėmesį į šią labai bauginančią būklę, ją gali sukelti įvairūs veiksniai, įskaitant bakterinę ar virusinę infekciją, sepsį, traumą, operacijas ar kraujo perpylimus. Taip pat gali atsirasti įkvėpus toksiškų dūmų ar skysčio.
Šiuo metu nėra veiksmingos ARDS terapijos, o intensyviosios terapijos palatoms tai yra sunku valdyti. COVend tyrėjai apskaičiavo, kad kasmet ES užregistruojama nuo 30 000 iki 120 000 ARDS atvejų ir tai sudaro apie 10 % visų intensyvios terapijos pacientų. Taip pat labai didelis mirtingumas ligoninėje – iki 45%.
Ūminis kvėpavimo sutrikimas atsiranda, kai paciento plaučių oro maišeliuose (alveolėse) kaupiasi skysčiai, neleidžiantys jiems tinkamai prisipildyti oro ir sustabdyti deguonies patekimą į organizmą, o tai dažnai baigiasi mirtinomis pasekmėmis. Išgyvenę pacientai dažnai patiria nuolatinius randus plaučiuose.
„ARDS yra niokojanti būklė, dėl kurios ne tik didelis mirtingumas, bet ir ilgas daugelio išgyvenusiųjų pasveikimas“, – sakė Zacharowskis.
Natūrali apsauga
FX06 yra žmogaus organizme natūraliai esantis baltymo fragmentas, kuris jungiasi su kraujagysles dengiančiomis ląstelėmis ir padeda jas apsaugoti. Vaistas gali sumažinti mechaninę ARDS priežastį, kai skystis iš labai mažų kraujagyslių patenka į aplinkinius audinius, įskaitant alveoles.
COVend tyrimų komanda sėkmingai surengė pirmąjį klinikinį FX06 vartojimo lengvo ir vidutinio sunkumo ARDS atvejais tyrimą. Šiuo metu jie įdarbina apie 260 pacientų Prancūzijoje, Vokietijoje, Lietuvoje, Rumunijoje ir Ispanijoje. Rezultatų tikimasi 2026 m. pradžioje arba viduryje.
Tikslas – nustatyti, kuriems pacientams gydymas FX06 bus naudingiausias. Norėdami tai padaryti, COVend komanda profiliuoja šimtus pacientų kraujyje esančių molekulių ir naudoja dirbtinį intelektą, kad ištirtų jų vaidmenį ligos progresavime.
„Tai žavi molekulė, nes ją galima panaudoti labai įvairiais būdais“, – sako dr. Petra Wülfroth, COVend inovacijų pareigūnė ir Austrijos biofarmacijos bendrovės „F4 Pharma“, kuri yra projekto partnerė, vyriausioji mokslinė pareigūnė.
Atlikti tyrimai taip pat gali būti naudingi galimoms pandemijos ateityje, nes gydymas yra nukreiptas į būklę, kurią gali sukelti įvairūs patogenai.
„Mano svajonė būtų matyti šią molekulę intensyviosios terapijos terapijoje, kai padidėja smulkiųjų kraujagyslių pralaidumas – tai gali būti pavojinga gyvybei.
Kvėpuoja kaip paukštis ar žuvis
Šiuo metu, nesant veiksmingos farmacinės intervencijos, ARDS pacientams dažnai suteikiamas deguonis arba jiems padedamas ventiliatorius, kad būtų lengviau kvėpuoti. Sunkiais atvejais jų kraujas gali būti prisotintas deguonimi už kūno ribų, naudojant metodą, vadinamą ekstrakorporinės membranos deguonimi (ECMO).
Tačiau šie gydymo būdai gali turėti sunkų šalutinį poveikį pacientui. Naudojant ECMO kyla infekcijos arba krešėjimo pavojus, o ilgai naudojant ventiliatorių gali būti pažeistas plaučių audinys.
Profesorė Margit Gföhler, dėstanti biomechaniką ir reabilitacijos inžineriją Vienos technologijos universitete (TU Wien) Austrijoje, vadovauja projektui „BioMembrOS“, kuris truks trejus su puse metų iki 2027 m. vidurio.
Kartu su kolega iš TU Wien Michaelu Haraseku, chemijos inžinerijos ir membranų mokslo specialistu, jie koordinuoja tarptautinius tyrimus, siekdami sukurti alternatyvų kvėpavimo pagalbos prietaisą, įkvėptą natūralių ir labai efektyvių žuvų ir paukščių kvėpavimo mechanizmų.
„Mums reikia visiškai kitokių požiūrių, jei norime sukurti naujus kvėpavimo palaikymo prietaisus, kurie neturėtų problemų, kurias matome su dabartinėmis galimybėmis“, – sakė ji.
Kai kvėpuojame, deguonis iš plaučių patenka į kraują per alveoles ir mažų kraujagyslių tinklą, vadinamą kapiliarais. Tuo pačiu metu anglies dioksidas iš kraujo patenka į plaučius, kad iškvepiant orą gali būti pašalintas iš organizmo.
Šis procesas žinomas kaip dujų mainai, o ARDS jis yra labai pažeistas, kai alveolės yra užtvindytos. Dujų mainai leidžia organizmui papildyti deguonimi ir pašalinti anglies dioksidą, kurie yra būtini išgyvenimui.
Nauja membrana
„BioMebrOS“ komanda, vienijanti mokslininkus iš Austrijos, Vokietijos, Italijos, Portugalijos ir Pietų Afrikos, kuria naują membranos struktūrą, pagrįstą paukščių plaučių struktūra, kuri keičiasi dujomis efektyviau nei žinduolių. Jie taip pat apims tam tikrus žuvų žiauninio kvėpavimo aspektus, būtent jų paviršiaus sąlytį su skysčiais.
Idėja yra sukurti prietaisą su membrana, kuri pašalintų anglies dioksidą iš paciento kraujo, kai jis praeina, ir pripildytų jį deguonimi.
„Gamta sukūrė bioinžinerijos būdu efektyviausius sprendimus gyvenimo iššūkiams“, – sakė Gföhleris. „Pritaikę struktūrines ir funkcines labiausiai išsivysčiusių dujų mainų charakteristikas, sukursime radikaliai patobulintą technologiją.
Pirmasis „BioMembrOS“ tyrėjų tikslas yra sukurti nedidelį, išbandytą šios membranos struktūros prototipą ir patikrinti jo efektyvumą atliekant in vitro kraujo tyrimus.
„Bendras ateities tikslas būtų padaryti jį tokį efektyvų ir mažą, kad galėtume jį implantuoti pacientui“, – sakė Gföhleris, kuris tikisi, kad prietaisai su jų membranomis bus prieinami pacientams per ateinantį dešimtmetį.
COVID-19 galėjo padėti atkreipti visuomenės dėmesį į dideles ARDS sukeltas kančias, tačiau iššūkis yra daug platesnis. ARDS serga daugybe pacientų visame pasaulyje, o kvėpavimo takų ligos yra trečia pagal dydį mirties priežastis ES.
Nesvarbu, ar vykdant naujų molekulinių vaistų tyrimus, ar tobulinant medicininių ventiliatorių kūrimo būdą, reikia daugiau tyrimų, kad būtų sumažinta pacientų visame pasaulyje sukeliama kančia. Gamta gali pasirodyti svarbi sąjungininkė.