Больше всего из первых хирургов, занимающихся пересадкой органов, удалось добиться Алексису Каррелю. Будучи пионером сосудистой хирургии, он как никто другой обладал необходимыми навыками для проведения столь сложных операций, а его безграничная фантазия позволяла видеть возможности, которые другие упускали из виду. Вместе со своим коллегой из Чикагского университета Чарльзом Гутри он успешно удалил сердце маленькой собаке и прикрепил его к кровеносным сосудам на шее у собаки крупнее. Через час после операции сердце самопроизвольно забилось и продолжало биться еще два часа. Какие только эксперименты не проводили Каррель и Гутри в период между 1904 и 1907 годами! Они пересаживали легкие (как вместе с сердцем, так и без), почки, щитовидную железу и даже целые конечности. Самой эффектной стала операция 1908 года, в ходе которой Гутри создал двухголовую собаку, пересадив голову одного животного на шею другому. Пересаженная голова реагировала на свет и звуки и, казалось, отдавала себе отчет о происходящем, пока через три часа ее не усыпили.
Если некоторые ученые проводили подобные опыты с целью изучения функций отдельных органов, Каррель сразу дал понять, что видит в трансплантации серьезные перспективы в лечении различных болезней. Он указал на то, что возможности современной хирургии были, по большому счету, ограничены экстирпацией — радикальным удалением поврежденной болезнью ткани. «С другой стороны, — написал он, — когда экстирпация органа необходима, идеальным лечением была бы немедленная пересадка на его место органа здорового».
Это была совершенно невероятная идея, и она привлекла широкое внимание в 1907 году, когда Саймон Флекснер, директор исследовательского Института Карреля, сказал на собрании Американской ассоциации по развитию науки, что в один прекрасный день замена неисправных органов станет возможной. Пресса отреагировала с изумлением: «Возможна пересадка человеческого сердца», — гласил один из заголовков. Эти новости также вдохновили на создание, возможно, самого первого фантастического произведения про пересадку сердца — небольшого рассказа английского писателя Эдгара Джепсона под названием «Омоложение Беллами Гриста». По сюжету рассказа, пожилой американский поэт становится первым человеком, которому провели такую операцию. Доставшееся ему сердце обезьяны по кличке Моко настолько укрепило его здоровье, что и другие известные личности стали записываться на данную процедуру, так как их сердца были «изношены напряженным американским образом жизни». Вскоре, однако, начались проблемы — когда-то крайне серьезный поэт начал лазить по деревьям и сочинять стихотворения с заголовками «Ода спелому банану» и «Ореховая радость». Эти комичные последствия обозначили, однако, страхи многих людей, которые были по-прежнему убеждены, что сердце — это вместилище души и что получивший новое сердце пациент тем или иным образом приобретет характер донора.
После работы Карреля и Гутри в экспериментах по пересадке сердца последовала длительная пауза, и когда исследования в 1930-х годах возобновились, ученые уже всерьез задумывались о клиническом применении подобных методик. Мозг играет важнейшую роль в регулировании деятельности сердца, а также отвечает за его реакцию на эмоции и стресс. Возникающие в продолговатом мозге — участке мозгового ствола — сигналы передаются через пару нервов сердечной мышце, корректируя ее функции, в том числе — сердечный ритм. Группа ученых из клиники Майо в Миннесоте под руководством Франка Манна хотела узнать, как поведет себя сердце, если изолировать его от центральной нервной системы, и решили провести для этого пересадку сердца. В ходе экспериментов на собаках, проведенных в 1933 году, они брали сердце одного животного и пересаживали его на шею другому, подсоединяя магистральные сосуды к сонной артерии и яремной вене. Пересаженное сердце продолжало биться, однако никак не участвовало в кровообращении, так как собственное сердце собаки-реципиента оставляли на месте. Пересаженные таким способом сердца продолжали работать самое большее восемь дней. Манн справедливо заключил, что дело не в каких-то технических недостатках методики проведения данной операции, а в «некоем биологическом факторе» — несовместимости тканей донора и реципиента, которую необходимо как-то преодолеть, чтобы добиться продолжительной работы пересаживаемых органов.
Ученые никак не могли понять, почему пересаженные ткани так быстро отторгались. Правда, еще в 1902 году Эммерих Ульман заметил, что появление в организме чужеродных клеток «приводит к выбросу в кровь четырех ферментов, которые быстро разрушают пересаженную ткань». В 1941 году государственная комиссия, сформированная для изучения возможностей лечения военных ранений, попросила британского биолога Питера Медавара найти способ усовершенствовать методику трансплантации кожи, так как она была чрезвычайно нужна для лечения солдат с обширными ранами. Хотя методика широко применялась еще во время Первой мировой войны, хирурги никак не могли понять, почему результат столь часто оказывался неудачным. Медавар проводил опыты по пересадке кожи на кроликах и обнаружил, что если после неудачной трансплантации пересадить животному кожный лоскут от того же донора, то ткань отторгалась гораздо быстрее, чем в первый раз. Он сразу же понял, в чем было дело: это был классический адаптивный иммунный ответ. Иммунная система организма постепенно распознавала в первом трансплантате чужеродную ткань, и несколько дней спустя лимфоциты — белые кровяные тельца — начинали ее атаковать. Когда же угроза ликвидирована, лимфоциты начинают вырабатывать специальные антитела к донорской ткани, чтобы в случае повторного ее обнаружения отреагировать как можно быстрее — что и происходило, и вот почему повторная пересадка заканчивалась стремительным омертвением донорской кожи. Эта догадка была ключевой, так как наталкивала на способ решения проблемы: если каким-то образом подавить иммунную реакцию, то организм может перестать атаковать пересаженную ткань. Как только были найдены эффективные иммунодепрессанты, этот подход лег в основу всех последующих попыток трансплантации тканей и органов.
В 1940-х годах самые захватывающие исследования по пересадке органов проводились в Советской России. Об этой работе почти ничего не знали на Западе, пока двадцать лет спустя не была переведена на английский книга Владимира Демихова, поведавшая об успехах советских хирургов, достигнутых, скажем прямо, весьма жутковатыми способами. Так, в ходе одной операции Демихов разрезал двух собак пополам, а потом сшил их посередине вместе, создав тем самым гибридный организм. Более двадцати раз ему успешно удавалось пришить голову щенка к шее взрослой собаки — эти двухголовые чудовища жили после операции до четырех недель. Пересаженная голова реагировала на происходящее вокруг, лакала молоко из блюдца и злобно щелкала челюстями, когда ее провоцировали.
Но больше всего экспериментов он провел по пересадке собаке второго сердца, которое имплантировалось в грудную клетку и принимало активное участие в кровообращении. Тридцать первого марта 1949 года одно такое животное было представлено членам Академии медицинских наук в Москве. К их изумлению, Демихов продемонстрировал, что у этого здорового на вид животного было двойное сердцебиение. После этого собаку поместили под наркоз и вскрыли ей грудную клетку, чтобы продемонстрировать, что два сердца бьются независимо друг от друга и с разной частотой. Демихов также провел не менее шестидесяти семи операций по пересадке легких и сердца, а на Рождество 1951 года стал первым человеком, предпринявшим попытку провести ортотопическую трансплантацию. Выполненные им предыдущие трансплантации были гетеротопическими: то есть орган пересаживался не туда, где он должен в организме находиться. При ортотопической же трансплантации у реципиента полностью вырезается его собственное сердце, а на его место пришивается донорское. Первая операция обернулась неудачей, однако одна из следующих подопытных собак прожила тридцать два часа и чувствовала себя достаточно хорошо, чтобы пить и разгуливать по лаборатории. «Эти эксперименты, — позже написал он, — однозначно показали, что с точки зрения хирургии такие операции возможны».
Ничего не зная про работу Демихова, несколько групп американских исследователей также добились прогресса с ортотопической трансплантацией, используя недавно появившийся препарат для подавления иммунной системы — стероид под названием «кортизон». В 1957 году в борьбу вступил молодой хирург из Калифорнии. Несмотря на то, что его вклад впоследствии несколько померк на фоне триумфальных достижений Кристиана Барнарда, многие все равно считают его истинным отцом трансплантологии сердца. Норман Шамвэй стал врачом — а также хирургом-трансплантологом — по воле случая. Он родился в 1923 году в Мичигане и в начале войны пошел добровольцем в армию, где его из-за нехватки военных хирургов сразу направили в медицинскую школу. Получив диплом, он начал проходить стажировку в Миннесоте, а в 1952 году Джон Левис проводил там свою первую операцию на открытом сердце. Здесь он и заинтересовался применением гипотермии, которая стала главной темой исследований пять лет спустя, когда он пришел уже в Стэнфордский университет.
Здесь ему посчастливилось повстречать идеального партнера, Ричарда Лоуэра, чей тезка в семнадцатом веке первым сделал переливание крови. В своих первых опытах Шамвэй и Лоуэр охлаждали собак до температуры гораздо ниже нормальной и изучали возможности проведения операций с помощью данной методики. Им приходилось подолгу стоять в операционной в ожидании, пока тело оперируемого животного не достигнет нужной температуры, и Шамвэй предложил проводить время с пользой — вырезать сердце, а затем ставить его на место. Это было бы и отличной практикой, и позволяло бы заниматься так называемой «экстракорпоральной хирургией» — исправлять патологии сердца, пока оно находилось за пределами организма. Чтобы достать сердце, нужно было разрезать его магистральные сосуды — аорту, легочную артерию и обе полые вены, — а также четыре небольшие легочные вены. Это было достаточно просто, однако, когда пришло время ставить сердце на место, оказалось, что сшить обратно обрезанные вены и артерии было практически невозможно. Хирурги поняли, что им было бы гораздо проще, будь у них в распоряжении дополнительная живая ткань: в конце концов, портной, делая рукава для пиджака, не сразу обрезает их до нужной длины, а оставляет немного материала про запас и подравнивает их уже когда пришьет на место. Лоуэр предложил брать донорское сердце у другой собаки вместе с прикрепленными к нему участками магистральных сосудов. Это значительно упростило дело, так как теперь было гораздо удобнее пришивать артерии и вены.