Моя исследовательская карьера началась в сентябре 1972 года, сразу после окончания университета. Мне было очень приятно, что результаты моих экспериментов во шли в учебную программу изучения воздействия адреналина на поверхностные клетки. Тем временем я продолжал работать в лаборатории по несколько часов в день, чтобы детальнее разобраться в действии этого гормона на работу сердца. Джон Росс и еще один кардиолог, Джим Ковелл, предложили мне исследовать сосочковые мышцы кошек – цилиндрические мышцы около миллиметра в поперечнике и полсантиметра длиной, которые при сердцебиении обеспечивают закрытие сердечных клапанов в нужный момент.
Многие ученые считают эти мышцы удобным объектом для изучения механических свойств сердечной мышцы. Трудность задачи состоит в необходимости быстро удалить сердце и извлечь мышцу, прежде чем наступит ухудшение работы органа, а это происходит почти мгновенно. Как и большинству других ученых, мне не нравится использовать животных в научных целях, хотя я знаю, что вводя большую дозу нембутала, я обеспечиваю им более гуманную смерть, чем в приютах для животных, откуда мы их и получаем.
Привязав с одной стороны к мышце кусочек кетгута, мы закрепляли ее в ванне с раствором соли, через который пропускался кислород. Свободный конец мышцы был зажат в крошечном тензиометре – для точного измерения силы сердечных сокращений при стимуляции адреналином. Результат был еще более поразительным, чем в эксперименте с клетками сердца: для получения четко выраженного эффекта нужна была лишь одна теплая стеклянная бусина.
Это устройство позволило провести очень точные измерения действия различных лекарств и гормонов на сердечную мышцу и таким образом разобраться в механизме действия адреналина.
Среди экспериментов, предложенных Стивом Мейером, было изучение воздействия кокаина на адреналиново-стеклянные бусины. Известно, что одним из возможных эффектов при добавлении кокаина является блокирование распространения адреналина по нервным окончаниям. Майер хранил некоторое количество кокаина (да и других наркотиков) в сейфе у себя в кабинете. Мы обнаружили, что кокаин усиливает действие адреналина на бусины (вот почему препарат может вызывать боль в груди при его злоупотреблении), и пришли к выводу, что кокаин, вероятнее всего, дополнительно воздействует на какие-то другие участки мембран клеток сердца.
Хотя у меня была полная учебная нагрузка, мне пришлось написать еще одну статью для журнала PNAS – она была опубликована в начале 1973 года. Но в результате оценки моих аспирантских экзаменов оказались ниже среднего балла на медицинском факультете. Едва начавшись, моя карьера снова была под угрозой.
Бывало, из-за посредственных оценок студентов отчисляли из аспирантуры, но мне дали поблажку, поскольку за первый год в аспирантуре я опубликовал больше статей в серьезных журналах, чем средний аспирант за целых пять лет, но с условием, что я сдам устный экзамен специальной комиссии. Я справился, и они даже предложили изменить мой «неуд» на «отлично», но потом сошлись на «хорошо» и меня не отчислили. За последующие два года, параллельно с выполнением аспирантских обязанностей ассистента на кафедре, среди которых были операции на открытом сердце у собак, я написал еще 11 достаточно серьезных статей.
Между тем я начал размышлять о новых способах использования иммобилизованных лекарственных препаратов и ферментов. Одна идея пришла мне в голову во время лекции Дж. Эдвина Сигмиллера о подагре, известной как «болезнь королей» из-за связи со злоупотреблением жирной пищей и алкоголем. Подагра – это накопление в крови мочевой кислоты и отложение ее кристаллов в суставах и других тканях. В результате человек испытывает сильные боли, развивается артрит. Подагра связана с метаболизмом пуринов – азотсодержащих соединений, которые входят в состав молекулы ДНК. За исключением человека, все млекопитающие обладают ферментом под названием уриказа, расщепляющим пурины и превращающим их в растворимые соединения. Больных подагрой лечат путем введения уриказы из печени свиньи, но у пациентов часто развиваются иммунные реакции – организм атакует чужеродный свиной фермент, и эффект лечения падает.
У вот у меня возникла некая бредовая идея: почему бы не пропускать кровь по экстракорпоральному шунту с иммобилизованной уриказой, и таким образом осуществить циркуляцию крови обходным путем, тем самым предотвратив формирование иммунной реакции? Каплана заинтересовала эта идея, и Сигмиллер тоже сказал, что стоит попробовать. И тут я столкнулся с десятками чисто технических проблем. Как присоединить уриказу к стеклянным бусинам? Как проверить идею, если для этого варианта терапии невозможно использовать больных людей? Насколько велик риск шунтирования? Каплан, как и ранее, поддержал меня и заметил, что большинство ученых сами отговаривают себя от проведения экспериментов из-за боязни всяких осечек, но «если ты уверен в необходимости эксперимента – просто делай его!»
С помощью Джека Диксона мы присоединили фермент к бусинам, при этом сохранив его активность. К всеобщему удивлению и моему восторгу, он стал даже активнее, чем нативный фермент. Я разработал уникальный способ пропускать кровь через бусины с уриказой с помощью кардиотомного резервуара – пластикового пузыря размером с футбольный мяч, снабженного ниппелями для инфузии в артерию или вену. Обычно кровь поступает в центральную камеру, покрытую мелкой сеткой для предотвращения попадания сгустков крови. Я поместил в камеру бусины с ферментом, расположив их прямо на этом фильтре.
Теперь задача состояла в том, как испытать мой «ферментный реактор» и на каких биологических объектах. Сигмиллер отметил, что собаки далматинской породы имеют патологию обмена веществ: уровень мочевой кислоты у них возрастает из-за высокопуриновой диеты, что нетрудно спровоцировать, так как мясо богато пуринами. Мы посадили одного нашего далматинца исключительно на мясную диету, и уровень мочевой кислоты у него резко возрос. Спустя четыре часа после перфузии его крови через реактор с иммобилизованным ферментом уровень мочевой кислоты опустился до нормы, и собака практически ожила.
Но это не убедило моих критиков. Возможно, говорили они, уровень мочевой кислоты у собаки был гораздо ниже, чем у больных подагрой, а потому никаких выводов делать нельзя. Ситуация осложнялась еще и тем, что в организме собак всегда присутствует небольшое количество уриказы.
Сигмиллер предложил в качестве объекта исследования взять какую-нибудь птицу. У птиц нет уриказы, отсюда белый цвет (как у мочевой кислоты) птичьего помета. Учитывая размер моего ферментного реактора, нам требовалась довольно крупная птица. По мнению главного ветеринарного врача, ее вес должен был быть от 25 до 35 килограммов. Он знал одну ферму по соседству, где выращивали индюшек такой величины, но предупредил, что птичка будет довольно немолода и, скорее всего, «с характером». Оказалось, что это даже мягко сказано.
Когда 35-килограммовую индюшку доставили в грузовике, своими капризами и размахиванием почти двухметровых крыльев она наделала немало шума, а достаточно просторной для осуществления предстоящего эксперимента оказалась только операционная сердечно-сосудистой хирургии.
Составив вместе два операционных стола и установив оборудование, мы обвязали индюшку веревкой вокруг шеи и вытянули ее из клетки. Наша испытуемая теперь выглядела еще более злобной, чем раньше. Как только ее усмирили – а для этого понадобилось четверо лаборантов, – я взял у нее кровь для измерения уровня мочевой кислоты.
Ветеринар наш не был уверен, что именно порекомендовать в качестве анестезирующего средства, и предложил попробовать барбитурат пентобарбитал в той же дозе, что и для собак с перерасчетом на вес тела. Я ввел соответствующую дозу нашей птице, которую продолжали удерживать силой. В этот момент ветеринар сказал, что он вспомнил кое-что насчет физиологии индюшек: скорее всего, нам понадобится еще некоторое количество пентобарбитала.
Как по команде, птица повернулась, грозно посмотрела на меня и как будто согласилась отключиться. Ветеринар посоветовал немного подождать, но ничего не происходило, и спустя несколько минут я повторно ввел дозу анестетика. Птица немного расслабилась, но не казалась сонной, – хотя я и понятия не имел, как на самом деле должна выглядеть сонная 35-килограммовая индюшка. Мы решили удвоить дозу. Вроде эффект был, а может, и нет. Я ввел еще три больших дозы. Наконец индюшка отключилась.
Все вместе мы ее подняли и положили на два операционных стола, где находились ферментный реактор и насос для перекачивания крови. Я уже было собрался проколоть артерию и ввести шунт, как птица вдруг моргнула и через несколько мгновений взмахнула крыльями – наступил полный хаос, и столы из нержавеющей стали с грохотом опрокинулись. Лаборанты тщетно пытались удержать птицу, а я старался в это время ввести в жилку ее крыла огромную дозу пентобарбитала. На сей раз мне удалось внедрить шунт и начать эксперимент. Каждый раз, когда птица моргала, ей дополнительно вводили пентобарбитал. Наконец передо мной лежала на спине неподвижная индюшка, и все было вроде под контролем.
