Ранняя жизнь и путь к серологии

Карл Ландштейнер родился 14 июня 1868 года в Вене, городе, который стоял в эпицентре медицинских и научных инноваций в Европе в конце 19 века. Его отец, Леопольд Ландштейнер, был видным журналистом и редактором газеты, но его ранняя смерть, когда Карлу было всего шесть лет, поставила семью под финансовое напряжение. Его мать, Фанни Гесс, женщина значительного интеллекта и амбиций, взяла на себя ответственность за образование Карла, обеспечивая ему доступ к лучшим репетиторам и школам. Это раннее внедрение дисциплины и любопытства оказалось необходимым, поскольку Ландштейнер поступил в медицинскую школу Венского университета в 1885 году, окончив его медицинскую степень в 1891 году в возрасте 23 лет.

Окружающая среда в Вене подвергла Ландштейнера новаторской работе Луи Пастера во Франции и Роберта Коха в Германии, чьи открытия в теории микробов и иммунитете электризовали медицинский мир. Интерес Ландштейнера сместился от клинической практики к лабораторным исследованиям, и он начал «блуждающую» фазу через некоторые из лучших научных учреждений Европы. Он провел время в Вюрцбурге под руководством органического химика Эмиля Фишера, в Мюнхене под руководством патологоанатома Фридриха фон Реклингхаузена, а в Цюрихе под руководством токсиколога Артура Рудольфа Ханцша. Это эклектичная подготовка дала ему необычайно широкий экспериментальный инструментарий, смешивающий химию, патологию и физиологию. Самое главное, что она направила его внимание на серологию — исследование сыворотки крови и иммунных реакций, которые происходят в ней. В этот период Ландштейнер также развил глубокий и длительный интерес к химии антигенов и антител, перспектива, которая будет лежать в основе его самого известного открытия. Его ранняя работа по специфичности иммунных реакций

Кризис переливания крови 19-го века

К концу 1800-х годов переливание крови было отчаянной, рискованной игрой, выполняемой только в самых экстремальных обстоятельствах. Ранние попытки врачей, таких как Джеймс Бланделл в 1820-х годах, спасли некоторых женщин от послеродового кровотечения, но общий уровень смертности был ужасно высоким. Многие пациенты умирали в течение нескольких минут после получения крови, их тела реагировали с лихорадкой, ознобом, темной мочой и коллапсом кровообращения — синдром, который мы теперь признаем как острую реакцию гемолитического переливания. Медицинское сообщество было глубоко разделено. Некоторые обвиняли загрязненное оборудование, другие подозревали введение пузырьков воздуха, а многие просто отказались от процедуры как слишком опасно. Шокируя, некоторые врачи даже прибегали к переливанию молока или крови животных в отчаянии.

Фундаментальная проблема была полной загадкой: почему одни люди принимали кровь от донора без проблем, в то время как другие умирали от несовместимого переливания? Несколько успешных переливаний часто происходили между членами семьи или близкими родственниками, но никто еще не понимал основной закономерности. Эта клиническая головоломка была фоном для самой известной работы Ландштейнера. Отсутствие научной основы для безопасности переливания означало, что даже добросовестные врачи могли непреднамеренно убивать своих пациентов, создавая атмосферу страха и неуверенности, которая душила прогресс. Прямым следствием было то, что многие больницы просто перестали выполнять переливания вообще, оставив пациентов с тяжелым кровоизлиянием умирать. В этот вакуум шагнул Ландштейнер, вооруженный своим серологическим опытом и убеждением, что реакции не были случайными, а следовали предсказуемым иммунологическим правилам.

Эксперимент 1900 года, который был

Там, где другие видели случайную неудачу, Ландштейнер увидел закономерность. Опираясь на свои знания иммунологии, он предположил, что реакции были иммунологическими по своей природе — что кровь реципиента содержала вещества, которые могли атаковать и уничтожать красные кровяные клетки донора. В 1900 году он разработал обманчиво простой эксперимент, который изменил бы курс медицины. Он взял образцы крови у себя и пяти коллег, отделил сыворотку от красных кровяных клеток, позволив крови сгущаться, а затем систематически смешивал каждую сыворотку с каждым набором красных клеток. Результаты были суровыми: некоторые смеси оставались гладкими и однородными, в то время как другие сливались в видимые гранулы — реакция агглютинации, которую можно было увидеть невооруженным глазом.

Декодирование реакции агглютинации

Ландштейнер правильно интерпретировал слияние как антитело-антигенное взаимодействие. Он вывел, что красные кровяные клетки несут специфические поверхностные маркеры (антигены) и что сыворотка содержит встречающиеся в природе антитела, направленные против маркеров, отсутствовавших в собственных клетках человека. На основе этих реакций он выделил три различные группы, которые он назвал A, B и C (позже переименованные в O или ноль). Группа A имела антиген A и анти-B антитела. Группа B не имела антигена B и анти-A антитела. Группа O не имела ни антигена, но содержала анти-A и анти-B антитела. В 1902 году его коллеги Альфред фон Декастелло и Адриано Стурли идентифицировали четвертую группу, AB, которая имела как антигены A и B, так и не соответствующие антитела. Это завершило систему ABO, как мы знаем ее сегодня.

Ландштейнер опубликовал свои выводы в 1901 году в основополагающей статье под названием «О явлениях агглютинации в нормальной человеческой крови». Разработанный им тест на агглютинацию стал золотым стандартом для набора крови, процедура все еще выполняется миллиарды раз в год. Тест работает путем смешивания капли крови с сывороткой, содержащей известные антитела — если клетки сжимаются, соответствующий антиген присутствует. Четкость и воспроизводимость этого теста сделали его краеугольным камнем совместимости с переливанием. Простота метода означала, что его можно было выполнять в любой лаборатории с базовым оборудованием, а его надежность позволила врачам с уверенностью проверять доноров.

Трансформация трансфузионной медицины

Практическое воздействие открытия Ландштейнера было немедленным, но его широкое распространение заняло время. Первое успешное переливание с использованием печатания крови было выполнено в 1907 году доктором Рубеном Оттенбергом в больнице Маунт-Синай в Нью-Йорке, который также признал важность использования доноров крови того же типа и разработал всеобъемлющую процедуру тестирования совместимости. Истинное значение системы ABO стало неоспоримым во время Первой мировой войны. Конфликт привел к огромному количеству жертв, а способность печатать и сопоставлять кровь преобразовала медицину на поле боя. Доктор Освальд Хоуп Робертсон, американский врач, работающий с британской армией, создал первый банк крови на Западном фронте в 1917 году с использованием цитрованной крови, которая была набрана и сохранена в бутылках. Он использовал метод печатания Ландштейнера для групп доноров и реципиентов, резко уменьшая реакции переливания и спасая бесчисленные жизни.

Это заложило основу для гражданских банков крови, которые появились в 1930-х годах, в частности в Советском Союзе при докторе Сергее Юдине, который создал первый гражданский банк крови в 1932 году, а затем в Соединенных Штатах под руководством доктора Чарльза Дрю. Работа Дрю по хранению и организации плазмы во время Второй мировой войны еще больше усовершенствовала систему, но основной принцип остался типизацией ABO Ландштейнера. Сегодня глобальное кровоснабжение полностью зависит от структуры Ландштейнера. По данным Всемирной организации здравоохранения , примерно 118 миллионов донорских крови собираются во всем мире каждый год. Каждый отдельный блок набирается для ABO и Rh статуса, прежде чем он достигнет пациента, прямая линия непрерывности от статьи Ландштейнера 1901 года. Развитие терапии компонентов крови - разделение цельной крови на красные клетки, плазму и тромбоциты - далее умножило спасительный потенциал открытия Ландштейнера, позволяя одно донорство для нескольких пациентов с различными потребностями.

За пределами ABO: резус-фактор и гемолитическая болезнь

Неугомонное любопытство Ландштейнера не остановилось на системе АВО. После переезда в США в 1923 году для присоединения к Институту медицинских исследований Рокфеллера в Нью-Йорке он продолжил свои серологические исследования с той же систематической строгостью. В 1937 году, работая с Александром Винером, он вводил красные кровяные клетки от обезьяны-резуса кроликам и морским свинкам. Полученные антитела не только агглютинировали клетки обезьян, но и агглютинировали красные кровяные клетки большого процента людей. Они назвали этот антиген резусом, или резус-фактором. Дальнейшая работа показала, что около 85% населения переносили этот антиген (Rh-положительный) и 15% не переносили (Rh-отрицательный).

Открытие резус-фактора решило разрушительную медицинскую тайну: гемолитическая болезнь новорожденного (HDN). Врачи десятилетиями наблюдали, что некоторые дети рождаются с тяжелой желтухой и анемией, часто приводя к смерти или постоянному неврологическому повреждению (kernicterus). Работа Ландштейнера прояснила механизм. Если резус-отрицательная мать несет резус-положительного ребенка (наследованного от отца), иммунная система матери может подвергаться воздействию резус-антигена во время родов. При последующей беременности ее иммунная система может вырабатывать антиретровирусные антитела, которые пересекают плаценту и атакуют красные кровяные клетки резус-положительного плода, вызывая гемолиз и тяжелую анемию. Это открытие привело непосредственно к развитию резус-иммуноглобулина (RhoGAM) в 1960-х годах, профилактическое лечение, которое предотвращает этот иммунный ответ путем связывания и очистки фетальных резус-положительных клеток до того, как иммунная система матери может реагировать. Эта простая инъекция спасла миллионы жизней и предотвратил

Каскад открытий: другие системы групп крови

Систематический подход Ландштейнера открыл шлюзы для дальнейшего открытия. Сегодня Международное общество переливания крови (ISBT) признает более 40 систем групп крови, охватывающих более 300 антигенов. К ним относятся система MNS (открытая Ландштейнером в 1927 году с Филиппом Левином), система Келла, система Даффи и система Кидда. Каждая система представляет собой отдельный генетический локус и специфическую структуру белка или углеводов на поверхности красных клеток. Понимание этих систем является необходимым не только для безопасного переливания у пациентов с множественными антителами, но и для исследования эволюции человека, поскольку некоторые из этих антигенов служат рецепторами для патогенов. Например, антиген Даффи является рецептором для малярийного паразита Плазмодий vivax, объясняя, почему у многих людей западноафриканского происхождения отсутствует этот антиген на их красных клетках — генетическая адаптация к давлению малярии. Эта связь между группами крови и восприимчивостью к болезням остается активной область

Генетическая и антропологическая линза

Группы крови Ландштейнера стали одними из первых менделевских черт, нанесённых на карту у людей, показав, что они унаследованы в простой доминантной/рецессивной схеме. Ранние популяционные исследования Ландштейнера, его ученика Филиппа Левина и других выявили поразительные географические градиенты распределения групп крови. Тип B относительно распространен в Азии и частях Африки, Тип A распространен в Европе, а Тип O преобладает в коренных популяциях Америк, особенно в Центральной и Южной Америке. Эти схемы распределения предоставили антропологам мощные инструменты для отслеживания путей миграции человека, узких мест в популяции и событий примеси. В критическом научном вкладе данные группы крови помогли опровергнуть расистские типологии начала 20-го века, показав, что генетическая вариация человека была континуумом и не вписывалась чисто в дискретные расовые категории. Частоты ABO использовались для картирования заселения Америк, подтверждения теории Берингова моста и изучения генетической изоляции отдаленных популяций, таких как баски или айны Японии.

Группы крови и болезни: постоянная головоломка

Биологическое значение антигенов ABO выходит далеко за рамки переливания. Эти молекулы представляют собой сложные углеводы, экспрессируемые на поверхности красных кровяных клеток и многих других тканей, включая эпителиальные клетки и сосудистый эндотелий. Они функционируют как рецепторы для инфекционных агентов, а это означает, что группа крови может влиять как на риск инфекции, так и на тяжесть заболевания. Наиболее устоявшаяся связь между типом O и устойчивостью к тяжелой Plasmodium falciparum малярии, опосредованной снижением розетания (слипание инфицированных клеток в неинфицированные клетки и эндотелий.] Люди типа O также менее восприимчивы к Helicobacter pylori -ассоциированной пептической язве и Норовирус инфекции, в то время как люди типа A и B более восприимчивы к определенным штаммам.

Пандемия COVID-19 вновь привлекла внимание к этой области. Большое исследование ассоциации генома, опубликованное в New England Journal of Medicine, показало, что у лиц с кровью типа O был немного более низкий риск тяжелого COVID-19, в то время как у лиц с типом A был более высокий риск. Хотя эти относительные риски являются скромными, они указывают на основные биологические механизмы, связанные с воспалением, коагуляцией и эндотелиальной дисфункцией, которые имеют отношение к широкому спектру заболеваний, включая сердечно-сосудистые заболевания, венозную тромбоэмболию и даже некоторые виды рака. Продолжающиеся исследования исследуют роль антигенов группы крови в биологии рака, особенно в раке поджелудочной железы, где определенные фенотипы группы крови Льюиса связаны с более высоким риском. Связь между ABO и тромботические события хорошо установлена: у лиц, не являющихся O, более высокий риск венозной тромбоэмболии из-за повышенных уровней фактора фон Вилл

Признание, награды и постоянное наследие

За открытие групп крови человека Карл Ландштейнер был удостоен Нобелевской премии по физиологии или медицине в 1930 году. В своей Нобелевской лекции он подчеркнул практические преимущества своей работы по трансфузионной терапии и ее более широкие последствия для биологии и генетики человека. Он получил множество других наград, в том числе избрание в Национальную академию наук США и премию Ласкера в 1946 году за вклад в клиническую медицину. Ландштейнер оставался научно активным до своей смерти 26 июня 1943 года, публикуя статьи о химической природе веществ группы крови и продолжая свою работу по полиомиелиту, заболеванию, которое занимало большую часть его более поздних исследований. Его интеллектуальная строгость и настойчивость в точном экспериментальном дизайне установили стандарт для иммунологии и серологии, который сохраняется по сей день. Лаборатория Ландштейнера в Университете Рокфеллера продолжает его наследие, а дисциплина серологии группы крови остается краеугольным камнем лабораторной медицины. Организация Нобелевской премии отмечает, что его открытие «заложило основу для безопасных переливаний крови, что позволило миллионам операций и медицинских процедур, которые полагаются на донорскую кровь».

Современные банки крови и будущие границы

Принципы, установленные Ландштейнером, теперь внедрены во все аспекты современной трансфузионной медицины. Рутинное претрансфузионное тестирование включает в себя тип ABO/Rh, экран антител (непрямой тест Кумбса) и перекрестное соответствие между клетками донора и сывороткой реципиента. Технология банка крови продвинулась от простой агглютинации трубки до автоматизированной гель-колонки и твердофазных анализов, способных идентифицировать десятки антигенов в одном прогоне. В области также разработаны обширные базы данных доноров и редкие донорские программы для поддержки пациентов с необычными комбинациями антител или требованиями к высокочастотным антигенам.

Несмотря на эти достижения, проблемы остаются. Пациентов с редкими группами крови или тех, кто разработал антитела против высокочастотных антигенов, может быть трудно поддерживать, особенно в чрезвычайных ситуациях или ситуациях массового поражения. Для решения этой проблемы область движется к молекулярному генотипированию, а не просто фенотипированию. Генотипирование может предсказать профиль группы крови человека из образца ДНК, позволяя точно сопоставлять даже редкие варианты, которые могут не быть обнаружены стандартными серологическими методами. Исследователи также используют генную инженерию для создания «универсальных» типов эритроцитов типа O с помощью ферментативного удаления конечных сахаров из антигенов A и B с использованием специфических гликозидаз, полученных из бактерий. Другой рубеж — это культивирование красных кровяных клеток из гемопоэтических стволовых клеток in vitro, которые могут производить безграничный запас крови типа O без передачи инфекционных заболеваний. Эти границы, в то время как высокотехнологичные, являются прямым продолжением первоначального понимания Ландштейнера: что безопасное переливание крови основывается на понимании конкретных молекулярных сигнатур доноров с беспрецедентной скоростью, улучшая результаты для пациентов

Заключение

Работа Карла Ландштейнера иллюстрирует, как простой, хорошо продуманный эксперимент может решить неотложную клиническую проблему и одновременно открыть обширные новые области исследования. Его классификация групп крови обеспечила ключ, который открыл безопасное переливание, заложила основу для человеческой генетики и биологии населения и продолжает влиять на наше понимание взаимодействий хозяина и эволюции человека. Более века после его открытия системы ABO и Rh служат каждый день для спасения жизней, направляют исследования и связывают прошлое с будущим медицины. Ландштейнер не просто решил головоломку; он создал прочную основу для клинической практики и биологических открытий, которая остается столь же актуальной сегодня, как и в 1901 году. Его наследие измеряется не только в миллионах жизней, спасенных путем переливания, но и в устойчивой интеллектуальной структуре, которая продолжает генерировать новые знания о биологии человека и болезни.