Миллионы людей, которые ежегодно переносят серьезную операцию, не могут знать, сколько времени им потребуется, чтобы оправиться от операции. Некоторые почувствуют себя лучше через несколько дней. У других на это уйдет месяц или больше. Прямо сейчас врачи не могут сказать отдельным пациентам, к какой категории они подойдут.
Теперь исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета обнаружили, что уровень активности небольшого набора иммунных клеток в течение первых 24 часов после операции дает надежные ключи к разгадке того, как быстро пациенты оправятся от усталости и боли, вызванных операцией, и избавятся от них. снова на ноги.
Вывод, основанный на углубленном анализе образцов крови, взятых у пациентов среднего и старшего возраста, перенесших операцию по замене тазобедренного сустава, описан в исследовании, которое будет опубликовано в сентябре. 24 в области науки трансляционной медицины. Исследование может быть наиболее полной на сегодняшний день характеристикой реакции иммунной системы на травму.
Исследователи из Стэнфорда смогли сделать это открытие, потому что они использовали высокочувствительную технологию, называемую цитометрией одноклеточной массы. Метод, разработанный в лаборатории микробиологии и иммунологии профессором Гарри Ноланом, доктором философии, позволяет одновременно отслеживать большое количество биохимических характеристик как на поверхности иммунных клеток, так и внутри клеток, сообщая ученым не только о том, на какие клетки они смотрят. но насколько они активны.
Сильные подсказки в первые 24 часа
"Мы узнали, что в течение первых 24 часов после операции вы можете найти в крови четкие подсказки, которые показывают, в какой форме будет конкретный пациент через две недели," сказал Мартин Ангст, доктор медицины, профессор анестезиологии, боли и периоперационной медицины, который разделил старшее соавторство исследования с Ноланом.
Это открытие может привести к разработке персонализированного диагностического анализа крови для прогнозирования выздоровления после серьезной операции. (Стэнфорд имеет предварительный патент на соответствующую интеллектуальную собственность.Такая диагностика могла бы помочь врачам на раннем этапе принять решение о том, каким пациентам назначить улучшенные режимы, оптимизирующие выздоровление, и помочь выздоравливающим пациентам знать, что им сказать близким и начальникам, которых следует ожидать. Полное понимание молекулярных механизмов, выявленных в исследовании, может даже позволить клиницистам манипулировать иммунной системой, чтобы способствовать более быстрому выздоровлению.
По словам Ангста, большинство из более чем 200 миллионов хирургических процедур, выполняемых ежегодно во всем мире, являются незначительными. Но только в Соединенных Штатах миллионы этих процедур – например, замена тазобедренного сустава – достаточно травматичны, чтобы вызвать у пациентов глубокие воспалительные реакции.
Исцеление против препятствий
Этот начальный взрыв воспаления имеет важное значение для процесса заживления, – сказал Ангст. "Вам нужно выпустить дракона," он сказал. "Но тебе нужно уметь ездить на нем. Слишком сильное воспаление означает длительное выздоровление." Компоненты иммунной системы должны постоянно балансировать свой вклад в динамику, которая ускоряет, а не препятствует заживлению.
Несколько лет назад Angst присутствовал на выступлении Нолана с объяснением массовой цитометрии, которая позволяет одновременно измерять более 50 различных поверхностных и внутренних характеристик отдельных клеток, в то время как стандартные методы сортировки клеток обычно позволяют проводить максимум 12-15 таких измерений. Это положило начало сотрудничеству между Ангстом и Ноланом, чьи специальности были объединены докторантом Брисом Годильером, доктором медицины, теперь клиническим инструктором по анестезии. Годильер поделился ведущим авторством исследования с Габриэлой Фрагиадакис, аспирантом лаборатории Нолана.
По словам Нолана, профессора Рэчфорда и Карлоты Харрис, эта способность одновременно считать столько характеристик дает исследователям окно в душу клетки. "Мы можем наблюдать не только идентичность иммунной клетки, но и ее состояние," он сказал. Нолан владеет долей в Fluidigm, компании, производящей приборы для клеточной цитометрии и реагенты, используемые в исследовании.
В исследовании приняли участие 32 здоровых пациента, в основном в возрасте от 50 до 80 лет, которым впервые выполнялась операция по замене тазобедренного сустава, проведенная хирургами-ортопедами из Стэнфорда. Образцы крови у этих пациентов были взяты за час до операции, затем через один, 24 и 72 часа после операции и снова через четыре-шесть недель после операции. Образцы были быстро доставлены в лабораторию Нолана, где цитометрический анализ 35 особенностей примерно полумиллиона составляющих клеток каждого образца позволил выявить профили идентичности клеток вместе с ключевыми действиями, проводимыми внутри них.
Каждые три дня в течение полных шести недель после операции пациенты заполняли анкеты, проверяя степень боли и усталости, которые они испытывали, и насколько хорошо функционирует их восстановленное бедро.
Обнуление ключевого предиктора
Команда Стэнфорда заметила то, что Ангст назвал "очень хорошо организованный, зависящий от типа клеток и времени образец иммунного ответа на операцию." Паттерн состоял из последовательности скоординированных подъемов и падений числа различных типов иммунных клеток, а также различных изменений активности внутри каждого типа клеток.
"Удивительно, но эта послеоперационная подпись обнаруживалась у каждого пациента," Angst сказал. Однако величина различных увеличений и уменьшений количества клеток и активности варьировалась от одного пациента к другому.
Один конкретный фактор – изменения через один час по сравнению с 24 часами после операции в состояниях активации ключевых взаимодействующих белков внутри небольшого набора "первый респондент" иммунные клетки – на долю приходилось 40-60 процентов различий в сроках выздоровления этих пациентов. Также было заметное увеличение количества этих клеток первой линии вскоре после операции, но размер этого увеличения не коррелировал с индивидуальным выздоровлением почти так же сильно, как изменения активности внутри клеток.
Рассматриваемые клетки составляют лишь около 1-2 процентов всех лейкоцитов, обнаруживаемых в типичном образце крови здорового человека, поэтому изменения в них можно было бы легко пропустить, если бы использовалась менее тщательная технология обнаружения.
Сила наблюдаемой корреляции намного превышает силу, о которой сообщалось в предыдущих исследованиях, связывающих воспалительные реакции с клиническим выздоровлением. В таких исследованиях обычно изучали секретируемые вещества в крови или перемещение различных типов клеток в различные моменты времени после операции. Но этим исследованиям не хватало возможности одновременно наблюдать, например, какие типы иммунных клеток секретируют эти передаваемые с кровью вещества в любой момент времени или что именно эти конкретные типы клеток занимались в то же время.
Возможный способ прогнозирования восстановления
"Если корреляция объясняет только 2 процента или даже 10 процентов вариабельности показателей выздоровления, это может быть клинически не столь актуально," сказал Angst. "Наша надежная корреляция может привести к клинически полезному способу прогнозирования выздоровления после операции."
Исследователи полагают, но еще не доказали, что клетки, характер активности которых наиболее сильно коррелировал с траекториями выздоровления пациентов, являются так называемыми "клетки-супрессоры миелоидного происхождения," показано в других исследованиях для уменьшения воспаления. Эти клетки были связаны с негативными последствиями рака, когда слишком большая активность с их стороны, по-видимому, не позволяет иммунной системе организма атаковать опухоли.
Но в послеоперационном периоде их деятельность может быть именно такой, как прописал врач.
Стэнфордская группа теперь пытается определить, смогут ли они определить предоперационную иммунную сигнатуру, которая предсказывает скорость выздоровления. "Если бы мы могли предсказать время восстановления еще до того, как была сделана операция," сказал Годильер, "мы могли бы заранее увидеть, кому будет полезно повысить их иммунную силу, или от предоперационных вмешательств, таких как физиотерапия. Это может даже помочь нам решить, когда и нужно ли пациенту делать операцию."