Pobieranie skóry. Dlaczego zoolog został ojcem transplantologii?

Po raz pierwszy zdarzyło mi się czerpać korzyść z cudzej śmierci w pewien chłodny październikowy wieczór, gdy byłem na drugim roku studiów medycznych, na cały rok przed moim debiutanckim zetknięciem z transplantacją nerki. To, co działo się owego wieczoru, było chyba najbardziej dziwaczne ze wszystkich makabrycznych rzeczy, z jakimi miałem do czynienia podczas mojej pracy zawodowej. Zatrudniłem się właśnie w New York Firefighters Skin Bank, instytucji założonej w 1978 roku przez centrum leczenia oparzeń w New York Hospital w celu odzyskiwania i przechowywania skóry od świeżo zmarłych dawców. Do pracy dla banku wybrano po kilka osób z każdej grupy studenckiej; mieliśmy dołączyć do „elitarnego” zespołu, który w środku nocy wyruszał w miasto, by, no cóż, mówiąc po prostu, zdejmować skórę nieboszczykom. Rzecz jasna cel był bardzo ważny: pobrana skóra służyła później ofiarom oparzeń jako tymczasowy przeszczep, pokrycie ran do czasu, gdy podgoją się na tyle, by móc przyjąć przeszczep skórny pochodzący z ciała oparzonego. (…)

(…) Podczas rekrutacji do grupy „pobieraczy skóry” nie miałem pojęcia, kto opracował procedurę, jak miały się przeszczepy skórne do całej dziedziny przeszczepiania narządów ani jak ważne będzie dla mnie kiedyś to doświadczenie. Na drugim roku medycyny nie miałem jeszcze zajęć klinicznych z pacjentami, nigdy nie zajmowałem się chorym człowiekiem i wyobrażałem sobie, że zostanę onkologiem dziecięcym. Ale pomyślałem, że udział w tym przedsięwzięciu to będzie coś ciekawego, kusiło mnie też, by zdobyć nowe umiejętności i pobyć trochę w sali operacyjnej. (…)

W tamtych dniach skóra wydawała mi się tak mało ważna w porównaniu z sercem, nerkami czy wątrobą. Ale w miarę zdobywania zawodowych szlifów powoli zacząłem rozumieć, że każdy narząd, czy to wątroba, nerka, czy serce, czy, jeśli już mamy wyliczać, kości, oczy, zastawki serca i – tak jest – skóra, jest naprawdę wspaniałym, cudownym darem. Nie mówiąc już o tym, że właśnie skóra jest tą tkanką, która pozwoliła złamać szyfr i otworzyć drzwi do transplantacji innych narządów. W rzeczy samej, gdyby nie skóra i Peter Medawar, nie byłoby transplantologii.

Północny Oxford, bitwa o Anglię, 1940

Peter Medawar siedział z żoną i córką w ogrodzie swojego domu w Oxfordzie, ciesząc się niedzielnym popołudniem, gdy nagle cała trójka zobaczyła na niebie nadlatujący coraz bliżej dwusilnikowy samolot. Sądząc, że to niemiecki bombowiec, doktor Medawar i jego żona chwycili córkę i pospiesznie ukryli się w schronie, obiekcie, który od rozpoczęcia II wojny światowej stał się powszechnym dodatkiem do angielskich domostw. W odległości niecałych dwustu metrów usłyszeli głośną eksplozję. Okazało się, że nie był to niemiecki bombowiec, tylko angielski samolot w opałach.

Lotnik przeżył katastrofę i z oparzeniami trzeciego stopnia całego ciała został przewieziony do najbliższego szpitala – Radcliffe Infirmary. Wiedząc, że próby leczenia będą niemal na pewno skazane na niepowodzenie, jego lekarze zwrócili się do doktora Medawara z prośbą o pomoc. Czy Medawar był sławnym chirurgiem urazowym? Specjalistą intensywnej terapii z wieloletnim doświadczeniem w ratowaniu pacjentów w najcięższym stanie? Nie, był dwudziestopięcioletnim zoologiem zajmującym się przede wszystkim hodowlami komórkowymi, a ściśle biorąc, badał matematyczne podstawy wzrostu… serc kurzych embrionów. Czy Medawar znał prace, jakie Alexis Carrel prowadził w minionej połowie stulecia? Czy wiedział, że Carrel z powodzeniem przeszczepiał narządy, które jednak po kilku dniach przestawały funkcjonować z powodu jakiejś tajemniczej „reakcji”? Jeśli nawet, to z pewnością nie na tych zagadnieniach koncentrowała się jego intelektualna energia. A już na pewno nie wiedział o wysiłkach podejmowanych zaledwie pięćset sześćdziesiąt kilometrów od niego przez Willema Kolffa.

Peter Medawar urodził się w 1915 roku w Rio de Janeiro w Brazylii z matki Angielki i ojca Libańczyka zatrudnionego w wytwórni sprzętu dentystycznego. Jako małe dziecko pod koniec I wojny światowej przeprowadził się do Anglii i tam podjął naukę, podczas gdy jego rodzice wrócili do Brazylii. Przetrwał niełatwe lata w wielu szkołach z internatami w różnych miejscach Anglii i w roku 1932 wstąpił do Magdalen College Oxford University.

Gwoli sprawiedliwości, gdy lekarze opiekujący się młodym angielskim pilotem przyszli do Medawara po pomoc, nie był kompletnym nowicjuszem w dziedzinie oparzeń. Po wybuchu II wojny światowej komisja wojskowa nałożyła na niego obowiązek prowadzenia badań, które mogłyby wesprzeć siły zbrojne. Zaczął więc wykorzystywać swoje hodowle tkankowe do sprawdzania, które antybiotyki byłyby skuteczne i nietoksyczne w leczeniu ran oparzeniowych obciążonych, jak wiadomo, dużym ryzykiem infekcji. Opublikował doniesienia o skuteczności sulfadiazyny i penicyliny, co w tamtych czasach było ważnym odkryciem, ale jeszcze niczym w porównaniu z tym, co stało się później. Koszmar, jakim było życie w Anglii w roku 1940, plus dobrzy nauczyciele wspólnie sprawiły, że badania nad oparzeniami go wciągnęły. I właśnie to zmieniło wszystko.

Przez wiele lat nie mogłem zrozumieć, dlaczego właśnie sir Peter Medawar został uznany za ojca transplantologii. Najsłynniejszym odkryciem Medawara było zjawisko tak zwanej nabytej tolerancji immunologicznej. Stwierdził mianowicie, że jeśli płodowi myszy z jednego szczepu wstrzyknie się (bezpośrednio do macicy ciężarnej samicy) komórki niezgodnego immunologicznie dawcy (czyli innej myszy ze szczepu różnego pod względem genetycznym), to u dorosłej już myszy-biorcy przeszczep skórny od dawcy z tego drugiego szczepu przyjmuje się, nie wywołując reakcji odrzucania, bez potrzeby stosowania jakichkolwiek leków tłumiących aktywność układu immunologicznego. Innymi słowy, mysz nabyła „tolerancji” wobec dawcy. Swoje wstępne wyniki Medawar zaprezentował na konferencji w 1944 roku, a bardziej całościowe doniesienie opublikował w 1953. Tolerancja immunologiczna, przez niektórych określana mianem „Świętego Graala” transplantologii, nie jest stanem, jaki osiągamy czy do jakiego dążymy we współczesnej praktyce, z wyjątkiem niektórych badań eksperymentalnych. U naszych pacjentów, aby zapobiec odrzuceniu ich nowych narządów, stosujemy przewleką immunosupresję.

Przed Medawarem wszystkie próby przeszczepienia ludzkich narządów – a było ich wiele – kończyły się kompletnym fiaskiem. Wszyte narządy szybko obumierały (a wraz z nimi ich biorcy) i nikt nie wiedział dlaczego. Na przełomie wieków Carrel wysunął przypuszczenie, że istnieje jakaś „siła biologiczna”, która uniemożliwia organizmowi przyjęcie przeszczepu. Koncepcja odpowiedzi immunologicznej była wówczas całkowicie obca. Większość rozsądnych ludzi zarzuciła myśl o transplantacji, uznając ją za dziwaczny eksperyment, którym zabawiają się w laboratoriach zwariowani naukowcy.

Jeśli Alexis Carrel reprezentował wytrwałość i geniusz manualny technicznie niezbędny do przeszczepiania narządów jednego zwierzęcia innemu, to Peter Medawar zrobił następny krok – pokazał, że możliwe jest przezwyciężenie tej „siły biologicznej” i sprawienie, by przeszczepiony narząd przez długi czas utrzymał swoją funkcję. Medawar nadał zagadnieniu wiarygodność, dostarczając naukowcom materiału w postaci zasadnej hipotezy do przebadania, a jego wizja zainspirowała wiele kolejnych osób do urzeczywistnienia idei transplantacji.

Zaczął od próby rozwiązania problemu poparzonego pilota. Najpierw zajął się kwestią, jak powiększyć niewielką powierzchnię pozostałej mu zdrowej skóry tak, aby utworzyć wystarczające pokrycie dla pozostałych sześćdziesięciu procent ciała. Pierwsze podejście zrobił od strony hodowli tkankowej – spróbował namnażania komórek skóry pozostałej po operacjach plastycznych. Bez powodzenia. Następnie sięgnął po skórę autologiczną (czyli własną skórę pilota) i pokroił ją na bardzo cienkie warstwy, by osłonić jak największą powierzchnię tym, co jeszcze było do wykorzystania. To też się nie udało i pilot w końcu zmarł.

Rozczarowany Medawar uznał, że powinien zwrócić się raczej w stronę homoprzeszczepów – czy też, jak teraz je nazywamy, alloprzeszczepów (oba terminy oznaczają przeszczepy od dawców tego samego gatunku co biorca) – niż przeszczepów autologicznych. Udało mu się zdobyć grant rządu brytyjskiego na badania na tym polu i podjął pracę na oddziale oparzeń Glasgow Royal Infirmary. Jego pierwszym przedsięwzięciem, w którym towarzyszył mu chirurg Tom Gibson, był eksperyment przeprowadzony u chorej na padaczkę z ciężkimi oparzeniami, jakie odniosła, gdy wpadła do kominka gazowego. Z pomocą Gibsona Medawar umieścił na ranach kobiety liczne alloprzeszczepy o średnicy od czterech do sześciu milimetrów, a tuż obok, jako kontrolne, autoprzeszczepy pobrane z jej własnej zdrowej skóry. Alloprzeszczepy pozyskali od ochotników (prawdopodobnie studentów medycyny). W regularnych odstępach czasu usuwali przeszczepy z ran i badali pod mikroskopem. Medawar zauważył, że alloprzeszczepy były nacieczone limfocytami (rodzaj białych krwinek, elementów układu odpornościowego), podczas gdy autoprzeszczepy przyjmowały się, wrastały w nie naczynia krwionośne (z układu naczyniowego biorczyni), a reakcja zapalna była minimalna. Następnie Medawar i Gibson umieścili na ranach drugą serię alloprzeszczepów od tych samych dawców i obserwowali, czy przetrwają dłużej niż pierwsze. Okazało się, że drugi zestaw uległ zniszczeniu niemal natychmiast, przy znacznie silniejszej reakcji zapalnej. Medawar opublikował te wyniki w artykule zatytułowanym „The Fate of Skin Homografts in Man”.

Peter Medawar wywarł tak duży wpływ na naukę dzięki temu, że był wytrwały, potrafił przyznawać się do błędów, prowadził doświadczenia całymi miesiącami, a nawet latami, by uzyskać całościowy obraz zagadnienia, miał zdolność podejmowania w większości sytuacji właściwych działań, prezentował uzyskane wyniki na międzynarodowych konferencjach i co najważniejsze – publikował.

Po powrocie do Oxfordu Medawar skupił się całkowicie na sprawdzaniu hipotezy, że odrzucanie przeszczepu allogenicznego jest zjawiskiem immunologicznym. Wiedział, że nie uda mu się szczegółowo przebadać tego zagadnienia na ludziach, toteż nauczył się przeszczepiać skórę królikom, myszom, świnkom morskim i bydłu. W tych badaniach towarzyszył mu jego pierwszy doktorant, Rupert Everett Billingham, który odegrał niezmiernie ważną rolę. A potem wszystko zmieniło jedno spotkanie.

Na Międzynarodowym Kongresie Genetyki w Sztokholmie Medawar zawarł znajomość z przyjacielskim Nowozelandczykiem, doktorem Hugh Donaldem. Wdali się w rozmowę na temat odróżniania u bydła rogatego bliźniąt identycznych i nieidentycznych. Donald próbował zidentyfikować cechy wynikające z różnic genetycznych w odróżnieniu od wpływów środowiskowych, ale nie udawało mu się wymyślić prostego sposobu, aby odróżnić cielęta bliźniacze jednojajowe od dwujajowych zaraz po urodzeniu. Medawar stwierdził, że to powinno być łatwe.
– Mój drogi – rzekł z tą ekspansywną swadą, którą człowiek chętnie demonstruje na międzynarodowych kongresach – rozwiązanie jest niezwykle proste: trzeba zrobić krzyżowy przeszczep skóry między oboma cielakami i zobaczyć, jak długo się utrzyma. Jeśli prze­szczepy przyjmą się na dobre, możesz mieć pewność, że to bliźnięta jednojajowe, a jeśli po tygodniu czy dwóch zostaną odrzucone, możesz je z równą pewnością sklasyfikować jako dwujajowe.
Okazało się, że Donald hodował swoje bydło zaledwie sześćdziesiąt pięć kilometrów od Birmingham, gdzie Medawar w owym czasie pracował, zaprosił go więc, by przeprowadził te przeszczepienia. Ani Medawara, ani Billinghama bynajmniej nie ciągnęło na farmę, ale skoro słowo się rzekło, zaakceptowali zaproszenie. I oto wszystkie przeszczepy się przyjęły!

Medawar w obronie swojej hipotezy nie kwestionował faktów. Próbując zrozumieć, gdzie popełnił błąd, zatopił się w literaturze i w końcu znalazł odpowiedź w Madison w stanie Wisconsin – krainie krów, rzecz jasna.

Pracownia Immunogenetyki, University of Wisconsin, 1944

Ray Owen pracował na stanowisku adiunkta w zespole L.J. Cole’a, gdy nadszedł pewien list z Maryland. Opisywał on parę bliźniaczych cieląt, które najwyraźniej miały różnych ojców. Historia ta zafascynowała Owena; poprosił o przesłanie mu próbek krwi. Przekonał się, że cielaki, mimo iż nie były bliźniętami jednojajowymi – były chociażby różnej płci – i pochodziły od różnych ojców, miały tę samą grupę krwi. Później ustalił, że we krwi obojga cieląt znajdowały się antygeny grupowe matki i o b u ojców. A więc każde z nich miało dwie grupy krwi; czegoś takiego nikt jeszcze nie opisał! Jak to było możliwe?

Wiedziano już wtedy, że między sieciami naczyń krwionośnych bliźniaczych cieląt w jamie macicy, w przeciwieństwie do płodów ludzkich, istnieją połączenia, dzięki którym mogą one częściowo wymieniać się krwią jeszcze w stadium embrionalnym. Wiedziano także, że to właśnie z powodu tych połączeń samice z ciąży bliźniaczej, gdzie drugim z bliźniaków jest samiec, są niepłodne. (Hormony bliźniaka płci męskiej hamują rozwój żeńskich cech płciowych u samicy; zjawisko to opisano po raz pierwszy w 1916 roku). Ale nawet mimo mieszania się krwi w życiu wewnątrzmacicznym należałoby się spodziewać, że czerwone krwinki pochodzące od drugiego osobnika po porodzie obumrą i każde z cieląt będzie miało jedną grupę krwi. Możliwość, że zamiast tego pozostaną we krwi przez całe życie zwierzęcia, była czymś sensacyjnym. Wynikałoby stąd, że wymieniane są komórki krwiotwórcze, nie czerwone krwinki jako takie. Te bliźniacze cielęta były chimerami – to znaczy, że przez całe swoje życie w ich organizmach utrzymywały się komórki wywodzące się z genów dwóch różnych ojców.

Owen opublikował swoje obserwacje na temat chimeryzmu krwinek czerwonych w „Science” w 1945 roku. W wersji, którą złożył w redakcji, omawiał także koncepcję tolerancji immunologicznej i potencjalnych możliwości wykorzystania tego zjawiska w przyszłości dla celów transplantacji narządów. Niestety, recenzenci z „Science” uznali, że to już nie tyle science, ile science fiction, i odrzucili tę część artykułu.

Znowu Anglia, 1949

Po przeczytaniu artykułu Owena Medawar i Billingham nagle zrozumieli, co się stało. Cielęta nie odrzucały przeszczepów skórnych od nieidentycznych bliźniąt, ponieważ w życiu wewnątrzmacicznym miały kontakt ze swoimi komórkami, wskutek czego stały się chimerami, prawdopodobnie nie tylko pod względem właściwości czerwonych krwinek, ale także komórek układu immunologicznego. Naukowcy szybko opublikowali swoje wnioski i przeszli do kolejnego etapu doświadczeń: poszukiwania kombinacji szczepów myszy z cechą tolerancji nabytej w życiu płodowym. Udało im się wywołać tolerancję przeszczepów skórnych od myszy niespokrewnionych dzięki wstrzykiwaniu komórek dawców do organizmów biorców in utero. Innymi słowy, opracowali jedną z technik pokonywania dotychczas nieprzezwyciężalnej bariery w postaci reakcji odrzucania przeszczepu i nadali odkrytemu zjawisku nazwę „nabytej tolerancji immunologicznej”. To odkrycie opublikowali wraz z doktorantem Lesliem Brentem w „Nature” w roku 1953. Jak pisał Medawar:

Prawdziwe znaczenie odkrycia tolerancji immunologicznej polega na wykazaniu, że nawet jeśli eksperymentalnych metod, które opracowaliśmy w naszej pracowni, nie da się zastosować u istot ludzkich, to problem przeszczepiania tkanek jednego osobnika drugiemu jest rozwiązywalny. Po raz pierwszy udało się ustalić, że istnieje możliwość przełamania naturalnej bariery stojącej na drodze transplantacji obcych genetycznie tkanek: choć wielu utrzymywało, że jest to ze swej istoty niewykonalne (…). Tym samym ostateczna waga odkrycia tolerancji okazała się mieć wymiar nie tyle praktyczny, ile moralny. Wlało ono nowe siły w serca licznych biologów i chirurgów pracujących nad urzeczywistnieniem koncepcji przeszczepiania na przykład nerki jednego człowieka drugiemu.

Był to pierwszy przypadek przeszczepienia tkanek pomiędzy żywymi organizmami i przyjęcia się przeszczepu.
Rzecz jasna, gdy w środku nocy krążyłem po Nowym Jorku, pobierając skórę od nieboszczyków, nie wiedziałem nic o Medawarze. Ale gdy dostałem szansę umycia się do operacji wraz z zespołem pobierającym i patrzyłem, jak narządy zmarłego odjeżdżają w osobnych lodówkach – by, tymczasowo uśpione, odfrunąć w noc gdzieś, gdzie zostaną napełnione ciepłą krwią nowego właściciela i wrócą do życia, jakby nic się nie wydarzyło – zastanawiałem się, jak ktoś mógł wpaść na pomysł, że coś takiego zadziała. Nigdy nie przyszłoby mi do głowy, że zaczęło się od brytyjskiego zoologa, który przeszczepiał skórę myszom.

Wpływu odkrycia Medawara na niewielką grupę chirurgów i naukowców, którzy próbowali coś zrobić na tym polu, nie da się przecenić. Pierwsze trzy elementy układanki trafiły na miejsce: dowodu, że jest technicznie możliwe pobranie narządu jednego zwierzęcia, wszycie go innemu i podjęcie przez ten narząd pracy, dostarczył Carrel, Kolff – mechanizmu utrzymującego pacjentów z niewydolnością nerek przy życiu wystarczająco długo, by doczekali opracowania realistycznej strategii przeszczepiania narządów u ludzi, a Medawar – immunologicznego potwierdzenia, że istnieją sposoby przezwyciężania „siły biologicznej” powodującej odrzucanie tych narządów. Z właściwą sobie elegancją, rzetelnością i optymizmem Medawar dał tym, którzy chcieli pójść wskazaną przez niego drogą, nadzieję, że przeszczepianie narządów może zaistnieć w praktyce klinicznej, i zainspirował całe pokolenie badaczy do skoku na tę głęboką wodę.

Artykuł stanowi fragment książki „Części zamienne„, która ukaże się 16 października nakładem wydawnictwa Wielka Litera.