Клеточные технологии и современная медицина.

Н.А. Онищенко.

НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ РФ. г. Москва.

(Директор академик  В.И. Шумаков).

XX век можно по праву назвать столетием триумфального развития методов восстановительного лечения необратимо поврежденных органов путем трансплантации донорских органов и клеток.

Признанием огромной значимости для человечества развития трансплантационного направления медицины явилось присуждение в 1990 г. единой Нобелевской премии в области медицины двум выдающимся исследователям-врачам: E.D. Thomas за разработку и внедрение трансплантации клеток костного мозга и G. Murray за разработку и внедрение пересадок почек в клиническую практику.

Благодаря клинической эффективности трансплантационные методы восстановительного лечения получили всеобщее признание, однако, в последние три-четыре десятилетия продолжали изучаться и совершенствоваться преимущественно методы клеточной трансплантации.

Разработке методов клеточной терапии способствовали: повсеместно усиливающийся дефицит донорских органов и высокая себестоимость трансплантации, опасность развития осложнений, сопутствующих большой хирургии, а также чрезвычайно высокий процент инвалидизации и гибели больных от хронических заболеваний жизненно важных органов.

Выяснилось также, что клеточная трансплантация имеет даже ряд преимуществ по сравнению с органными трансплантациями: метод имеет более низкую себестоимость, безопасен, позволяет обеспечить медицинской помощью большее число больных, а также отказаться полностью или использовать слабые иммуносупрессивные препараты.

Стало очевидным, что с помощью метода клеточной трансплантации появляется возможность возмещения отсутствующих клонов специализированных клеток в поврежденных органах, возможность увеличения пула функционирующих клеток, а также активизации в сохранившихся клетках поврежденного органа собственного резерва регенерации и пролиферации.

Первоначально возможности клеточной трансплантации стали изучаться при разработке нетрадиционных методов лечения инсулинзависимого сахарного диабета и ряда дегенеративных заболеваний центральной нервной системы, прежде всего болезни Паркинсона [8,16,17,55].

В дальнейшем клеточные биотехнологии стали использоваться для лечения ишемических и травматических поражений разных органов, для лечения хронических воспалительных и некоторых системных заболеваний, таких как атеросклероз, онкологические заболевания, мышечная дистрофия Дюшенна, болезнь Вильсона и др. Аналитический обзор этих данных содержится в работах ряда отечественных авторов [2,3,10,14,20].

В практике применения клеточных технологий можно четко выделить 2 подхода, которые различаются научно-методологическими принципами, положенными в их основу. Первый подход – более ранний – связан с применением специализированных (дифференцированных) клеток растущих организмов (человека и животных). Второй подход начал развиваться последние 3 -5 лет и связан с разработкой технологий применения недифференцированных (стволовых) клеток человека.

1. Применение специализированных (дифференцированных) клеток из растущих организмов для восстановительного лечения поврежденных органов.

Терапия специализированными донорскими клетками, выделенными из растущих организмов, по сути представляет собой дальнейший этап развития метода тканевой терапии, учитывающий достижения современной клеточной биологии и трансплантационной иммунологии.

Метод провозглашает отказ от медикаментозной коррекции биохимического беспорядка в пораженных клетках и нацелен на возмещение в органах отсутствующих клонов специализированных клеток, а также участие трансплантированных клеток в восстановлении гомеостатических функций сохранившихся клеток пораженного органа.

Технически этот метод клеточной терапии в клинике стали выполнять двумя способами: путем непосредственной трансплантации донорских клеток в строго заданные участки тканей поврежденных органов (например, доставка нейрональных клеток с помощью стереотаксической техники) или доставки клеток в соответствующие органы током крови (например, при интрапортальном введении клеток островковой ткани поджелудочной железы), а также путем дистанционного управления процессами регенерации и пролиферации в поврежденных органах за счет временного размещения донорских клеток в экстракорпоральном контуре перфузионных систем, осуществляющих инкубацию донорских клеток в потоке крови или плазмы больного (например, клеток печени, селезенки) [7,20,35].

Изучение корригирующих возможностей этих двух технически различающихся методов клеточной терапии позволило установить ряд общих закономерностей реализации их воздействия на организм. Было констатировано, что стабильность, выраженность и длительность лечебного эффекта при использовании клеточных технологий находится в прямой зависимости от количества паренхимы, сохранившейся в пораженном органе и способной отвечать на регуляторные сигналы, а также от суммарной массы биологической активности используемого материала. Кроме того, определяющее значение для выраженности и длительности функционирования пересаженных клеток имеет степень биологической (биохимической) адекватности микроокружения, так как именно физиологически активные вещества микроокружения или, как их называют, сигнальные молекулы определяют реализацию генетической программы пересаженных клеток. Наиболее выраженный клинический эффект отмечался  при пересадках клеток в органы с аналогичным фенотипом клеток.

Между тем, оказалось, что даже при пересадке дофаминэргических нейронов от поздних эмбрионов (6-9 недель гестации) в ткань мозга, которая, как известно, окружена гемато-энцефалическим барьером, положительная динамика у больных с болезнью Паркинсона обычно нарастала только в течение первых 3-6 месяцев после операции (период развития пересаженных нейронов и установления их связей с мозгом больного) и затем шла на убыль за счет постепенной дегенерации и гибели трансплантированных нейронов.

Было высказано предположение, что гибель трансплантированных нейронов при этом может быть связана с отсутствием в мозге взрослого реципиента микросреды, обеспечивающей их выживание и развитие: отсутствует выработка определенного спектра ростовых нейротрофических факторов эмбрионального или плацентарного происхождения.

Не исключено также, что эмбриональные нейроны, будучи аллотрансплантатами, отторгаются реципиентом, поскольку нервные клетки поздних зародышей человека уже синтезируют антигены гистосовместимости, а стереотаксические манипуляции временно нарушают гематоэнцефалический барьер. В результате трансплантированные клетки становятся доступными не только для антител, но и для активированных лимфоцитов, ответственных за их отторжение и гибель.

Возможно также, что постепенная гибель трансплантированных клеток (даже аутотрансплантированных) и появление активных лимфоцитов могут быть обусловлены отсутствием полной интеграции этих клеток тканями реципиента из-за их предварительной изоляции, которая в последующем ослабляет чувствительность цитоплазматических мембран к сигналам межклеточных взаимодействий.

К тому же, не устраняется первопричина заболевания, и сохраняющиеся патологические воздействия могут способствовать гибели и трансплантированных донорских клеток.

Очевидно, действием всего спектра аналогичных факторов следует объяснять ограниченность сроков клинического эффекта клеточной терапии (не более 6-12 месяцев) и при лечении гипотиреоза, диабета, болезни Вильсона, а также других хронических заболеваний печени и других органов [7,20,21].

 В процессе изучения терапевтических возможностей метода клеточной трансплантации стало очевидным, что главным препятствием на пути внедрения клеточных технологий в широкую клиническую практику служат ограничения в получении достаточных количеств биоматериала – специализированных (дифференцированных) клеток с высокой биологической активностью, которой, как известно, обладают клетки из тканей молодых развивающихся организмов.

Для целей терапии использовались клетки из тканей поздних
эмбрионов человека со сроками развития 5-8 недель гестации, когда
заканчивается закладка эмбриональных зачатков тканей и органов; клетки
фетальных тканей человека со сроком развития плода свыше 8-12 недель
гестации, а также клетки из тканей органов новорожденных или
неполовозрелых животных (при необходимости получения больших объемов
клеточной массы). Клеткам из тканей развивающихся организмов отдается особое предпочтение, так как эти специализированные клетки имеют очевидное биологическое преимущество перед специализированными клетками взрослых доноров. Во-первых, большинство фетальных клеток имеют слабо экспресированные комплексы главных антигенов гистосовместимости (МНС-1 и МНС-2). Во-вторых, фетальные органы содержат наряду с уже дифференцированными клетками – бластные и региональные стволовые клетки, наделенные мощным потенциалом пролиферации; в-третьих, фетальные клетки за счет стволовых и бластных популяций, секретируют в организме реципиента уникальный комплекс цитокинов и ростовых тканеспецифических факторов, которые стимулируют регенерацию поврежденных тканей человека.

Чтобы уйти от проблем острого дефицита аллогенного донорского материала и от проблем биоэтики, возникающих при использовании человеческого абортивного материала, в 80-х годах прошлого столетия для клеточной терапии клиницисты стали широко использовать ксеногенный биоматериал.

Так, для лечения инсулинзависимого сахарного диабета была разработана технология получения островковых клеток из поджелудочной железы плодов свиней и коров, а затем из поджелудочной железы новорожденных кроликов.

Для лечения острой и хронической печеночной недостаточности различного генеза в экстракорпоральных контурах систем "Вспомогательной печени" стали использовать гепатоциты свиней препубертатного возраста (до 2 месяцев развития), так как эти клетки обладают не только высоким регенерационным потенциалом, но и способностью к выполнению органоспецифических детоксикационных функций.

Еще в начале 90-х годов прошлого столетия для усиления биорегуляторной активности гепатоцитов их инкубацию в экстракорпоральных контурах перфузионных систем стали проводить совместно с фрагментами селезенки тех же животных [7].

Использование селезенки в комплексном лечении заболеваний печени обосновывалось тем, что будучи важным органом иммуногенеза, селезенка подобно плодным тканям и клеткам костного мозга, даже во взрослом организме, содержит стволовые клетки и сохраняет достаточно высокий уровень обновления своего клеточного состава. Именно поэтому селезенка является мощным источником цитокинов и ростовых факторов – индукторов восстановительных процессов в клетках паренхиматозных органов. Кроме того, было показано, что Т-лимфоциты, которые служат в организме переносчиком регенерационной информации паренхиматозным клеткам нелимфоидных органов, завершают свое превращение в иммунокомпетентную клетку в селезенке, становясь способными к кооперативному взаимодействию с В-лимфоцитами при клеточно-опосредованном гуморальном иммунном ответе. Это обстоятельство и предопределило тот факт, что на протяжении последних 20 лет спленотерапия животными тканями стала интегральной частью комплексного лечения острой и хронической недостаточности функций жизненно важных органов, формирование которых всегда развивалось на фоне выраженного иммунодефицита.

Между тем, сохраняющийся дефицит донорского материала для лечения больных методами клеточных трансплантаций, призыв к ограничению использования ксеногенных источников из-за их более высокой антигенности, опасности заражения прионами и другими инфекциями, а также необходимость стандартизации используемых клеток и приготовления из них клеточных препаратов обусловили в последние 3-5 лет пробуждение необычайного интереса исследователей всего мира к проблеме стволовых клеток и к их так называемому «терапевтическому клонированию».

 

2. Биологические возможности применения стволовых клеток для восстановительного лечения поврежденных органов.

2.1. Общая характеристика и номенклатура стволовых клеток.

Стволовые клетки (СК) это клоногенные клетки, способные к самообновлению и дифференцировке в другие типы клеток.

СК характеризуются наличием трех главных свойств:

1.                       СК ассиметрично делятся, то есть при пролиферации СК вместо образования 2-х одинаковых дочерних клеток одна- дочерняя клетка становится коммитированной (commit – поручать, вверять), способной стать более специализированной, а другая – остается неспециализированной СК;

2.                       СК способны к самообновлению, т.е. репопулируют (пролиферируют без дифференцировки) на протяжении неопределенно длительного периода времени или даже в течение всей жизни организма (long-term subset);

3.                       СК могут дифференцироваться в специализированные типы клеток (по крайней мере в клетки 2-х различных фенотипов), проходя стадию прогениторных клеток (progenitor - предшественник) из так называемого краткосрочно существующего пула неспециализированных коммитированных СК (short-term subset).

По происхождению различают 2 группы СК – эмбриональные и региональные (взрослые) СК. Потенции генома этих клеток существенно различаются по свойствам и ассортименту воспроизводимых ими специализированных клеток.

Эмбриональные СК (ЭСК) – возникают на ранних стадиях развития зародыша и представляют собой клетки с тотипотентными или плюрипотентными свойствами. Именно эти клетки являются истинно стволовыми клетками в организме. На 2-4 сутки развития зародыша (стадия морулы) формируются тотипотентные СК, которые в условиях in situ способны развиваться до стадии взрослого организма (однояйцевые близнецы).

Оплодотворенную яйцеклетку – зиготу – также относят к тотипотентным СК, поскольку эта клетка воспроизводит все органы эмбриона и необходимые для его развития экстраэмбриональные структуры: хориональную часть плаценты, пуповину и др. Между тем, для биоэтически допустимых экспериментов, а также для получения и сохранения в лабораторных банках тотипотентных ЭСК используют не зиготы, а клетки-дублеры зиготы. Эти клетки получают лабораторным способом в обход процессов полового оплодотворения и беременности путем переноса ядра из какой-либо аллогенной соматической клетки в зрелую донорскую яйцеклетку, из которой предварительно был удален собственный пронуклеус (получение цитогибридов) [33,47].

Обычно же ЭСК выделяют из эмбриобласта на 5-7 сутки развития человеческого зародыша (стадия бластоцисты). Эти клетки плюрипотентны и представляют собой группу зародышевых клеток (около 80-100 клеток), являющихся зачатком всех будущих высокоспециализированных клеток. Клетки эмбриобласта способны дифференцироваться во все типы клеток, производные всех трех эмбриональных зародышевых листков, образовывать любые ткани организма, но не цельный организм, поскольку эти клетки не участвуют в образовании экстраэмбриональных структур (плаценты, пуповины и др.)  Далее читайте на сайте http://www.stemcell.rusmed.ru/_/stemcell/1/stem-18.htm      Наука, открытия в науке, медицина, современная медицина, новости медицины, медицинский портал, медицинский форум, бесплатная реклама на медицинском форуме. Лучшие порталы. Наука, научная деятельность. Стволовые клетки в науке.