 |
Применение стволовых клеток в медицине
|
|
|
|
Будущее клеточной терапии и трансплантологии, а, возможно, и медицины в целом связано использованием стволовых клеток, применяемых с целью замещения структурной и функциональной недостаточности различных органов. Использованию ЭСК в клеточной терапии многих заболеваний препятствует ряд проблем:
технические трудности в получении чистой линии человеческих ЭСК;
недостаток информации об индукции их дифференцировке in vitro;
наличие ряда биоэтических вопросов, которые возникают при использовании ЭСК, полученных из эмбриональной ткани. В ряде стран приняты запретительные ограничения на использование в исследовательской работе эмбриональной ткани человека.
существование риска канцерогенеза. Инъекция ЭСК мышам может формировать опухоли, именуемые тератомами.
иммунологические проблемы отторжения.
В последнее время в литературе уделяется достаточно много внимания РСК, которые найдены почти во всех органах. Основные преимущества РСК заключаются в том, что они могут быть использованы при необходимости как аутогенный клеточный материал. Поэтому не возникает проблем иммунологического отторжения, а также этических препятствий к их использованию. Недостатки и проблемы при использовании
РСК для клеточной терапии связаны с тем, что еще недостаточно изучены факторы их дифференцировки in vitro, их трудно получить в достаточном количестве для развития клинического эффекта после трансплантации. Кроме того, с возрастом их количество и терапевтический потенциал уменьшаются. Хотя о применении СК в различных областях медицины накоплены многочисленные экспериментальные данные, но клинические исследования находятся в основном еще в стадии апробации и требуют анализа и усовершенствования.
|
|
|
Большое внимание ряд исследователей уделяют использованию в медицине СК костного мозга: кроветворных и стромальных клеток.
Выращивая стромальные стволовые клетки (ССК) и получая достаточно большие их количества, можно задавать направление их дифференцировки. Эти клетки способны дифференцироваться в клетки хрящевой, костной, мышечной, жировой тканей, ткани печени и кожи. В ближайшее десятилетие это направление медицинской науки может стать основой для терапии наиболее распространенных заболеваний сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, опорно-двигательного аппарата.
Применение СК в кардиологии.
В последние годы сделано несколько ключевых открытий, связанных с применением СК в кардиологии. D. Ortic и соавт. вызывали у мышей повреждение кардиомиоцитов путем перевязки левой главной коронарной артерии. Затем животным вводили в пораженную стенку левого желудочка костномозговые СК, которые вызывали образование кардиомиоцитов, эндотелия и гладкомышечных клеток кровеносных сосудов. В результате удавалось добиться образования нового миокарда, включая коронарные артерии, артериолы и капилляры.
Через 9 дней после начала заместительной клеточной терапии вновь образованный миокард занимал 68% поврежденной территории левого желудочка. Таким образом, удалось заменить «отмерший» миокард живой, активно функционирующей тканью. Установлено, что введение СК в зону повреждения сердечной мышцы (зону инфаркта) устраняет явления постинфарктной сердечной недостаточности у экспериментальных животных. Так, стромальные клетки, введенные свиньям с экспериментальным инфарктом, уже через восемь недель полностью превращаются в клетки сердечной мышцы, восстанавливая ее функциональные свойства.
По данным Американского кардиологического общества за 2000 год у крыс с искусственно вызванным инфарктом 90% СК, введенных в область сердца, трансформируется в клетки сердечной мышцы. В культуре человеческие кроветворные СК, подобно мышиным СК, дифференцируются в разнообразные типы клеток, включая кардиомиоциты.
|
|
|
Первым клиническим применением СК для лечения инфаркта называют исследование, начатое во Франции в 2000 г.: при операции на открытом сердце вводили выращенные в культуре аутологичные скелетные миобласты (более 30 инъекций) в зону инфаркта и периинфарктную зону. В этом исследовании получены отдаленные результаты (год для первого больного): увеличение фракции выброса и улучшение симптоматики. В. Strauer с соавт. [26] на 6-й день после развития острого трансмурального инфаркта трансплантировали больному СК костного мозга в окклюзированную коронарную артерию. Через 10 недель после трансплантации СК зона инфаркта уменьшилась с 24,6% до 15,7% поверхности левого желудочка. Сердечный индекс и ударный объем выросли на 20-30%, конечный диастолический объем при нагрузке снизился на 30%.
Польские клиницисты трансплантировали СК 10 больным с острым инфарктом миокарда. Авторы констатируют безопасность процедуры и отмечают, что спустя 5 месяцев после инфаркта миокарда у всех больных наблюдали увеличение фракции выброса левого желудочка. Авторы подчеркивают, что представленные материалы являются недостаточными для оценки эффективности и касаются только переносимости предлагаемого метода лечения.
Применение СК в неврологии и нейрохирургии.
Длительное время доминировало представление о том, что нервные клетки в головном мозге взрослой особи не делятся. И только в последние несколько лет доказано, что СК взрослого головного мозга могут формировать три главных типа клеток - астроциты, олигодендроциты и нейроны. Большое значение придают СК (в частности, стромальным) при лечении различных нейродегенеративных и неврологических заболеваний: болезни Паркинсона, болезни Альцгеймера, хореи Гентингтона, мозжечковых атаксий, рассеянного склероза и др. Болезнь Паркинсона вызывается прогрессирующей дегенерацией и потерей допамин-продуцирующих нейронов (ДП - нейронов), что приводит к развитию тремора, ригидности и гипокинезии. В нескольких лабораториях с успехом применяют методы, индуцирующие дифференцировку ЭСК в клетки со многими свойствами ДП - нейронов. После трансплантации СК, дифференцирующихся в ДП - нейроны, в головном мозге крыс с моделью болезни Паркинсона наблюдалась реиннервация головного мозга с высвобождением допамина и улучшением моторной функции.. Steinberg и соавт. из отдела нейрохирургии Стенфордского университета у крыс с моделью мозгового инсульта изучали выживаемость, миграцию, дифференцировку и функциональные свойства человеческих зародышевых нервных СК, вводимых животным в три разных участка тела, отличающихся по расстоянию от пораженного участка коры головного мозга. Через 5 недель после введения СК наблюдали миграцию клеток в область повреждения и их дифференцировку в нейроны. Результаты этого исследования свидетельствуют о потенциальной возможности использования СК в лечении мозгового инсульта.
|
|
|
В работах (Института биологии гена РАН, Институт биологии развития РАН, Институт акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН) выделены региональные нейтральные стволовые клетки плода человека, дана их подробная иммуно-гистохимическая характеристика, в том числе на проточном флюориметре. В опытах с трансплантацией стволовых нейральных клеток человека в мозг крыс была показана их приживляемость, миграция на достаточно большие расстояния и способность к дифференцировке. Последняя в значительной степени определяется микроокружением, в которое попадает трансплантат. Так, при трансплантации нейральных стволовых клеток человека, в ту область мозжечка крысы, где расположены клетки Пуркинье, они дифференцируются в направлении именно этого типа клеток, о чем свидетельствует синтез в них белка калбиндина, специфического продукта клеток Пуркинье.
Применение СК в эндокринологии.
Региональные СК существуют в поджелудочной железе в панкреатических протоках и островках Лангерганса. В нескольких последних сообщениях указывается, что СК, экспрессирующие нестин (который обычно рассматривается как маркер нервных клеток), могут генерировать все типы островковых клеток.
|
|
|
В настоящее время существует несколько подходов к созданию клона инсулин - продуцирующих клеток. В качестве исходного материала используют выделенные из человеческого трупа или полученные при биопсии поджелудочной железы в клетки и прогениторные клетки из панкреатических протоков.
Наиболее перспективным для получения инсулин-продуцирующих клеток считают использование эмбриональных клеток.
Испанские исследователи с помощью генной инженерии получили инсулин-продуцирующие клетки, которые трансплантировали мышам с диабетом. Через 24 ч содержание глюкозы у мышей снизилось до нормы. Спустя 4недели у 60% мышей уровень гликемии оставался нормальным, что свидетельствовало о приживлении трансплантированных клеток. Более того, клетки, продуцирующие инсулин, обнаружены у этих животных в селезенке и печени. Однако проблема заключается в том, что пока удается получить очень небольшое число инсулин - продуцирующих клонов.
Российскими биологами (Института биологии гена РАН, Харьковский институт криобиологии и фирма Вирола) разработана методика индукции в культуре стволовых стромальных клеток дифференцировки в направлении клеток, подобных клеткам островков Лангерганса, синтезирующим инсулин. Синтез этого белка был продемонстрирован с помощью современных методов молекулярной биологии и цитологии.
Интересно, что эти клетки формируют в культуре структуры, напоминающие островки Лангерганса. Они могут быть использованы для лечения диабета.
Применение СК в гепаталогии.
Много исследований посвящено изучению природы СК, которые могут восстанавливать печень взрослых млекопитающих. Работы, выполненные на грызунах, свидетельствуют о том, что СК костного мозга могут находиться в печени после ее повреждения и обнаруживают пластичность, превращаясь в гепатоциты. Е. Lagasse и соавт. вводили мышам с моделью печеночной недостаточности нефракционированные мышиные КСК. Введение этих клеток способствовало восстановлению показателей печеночных функций и увеличению выживаемости.
Применение СК в гематологии.
Одна из популяций костномозговых стволовых клеток - КСК ответственны за продукцию всех типов клеток крови. Эти клетки изучаю туже более 50 лет. К числу первых заболеваний, при которых стали использовать с лечебной целью КСК относятся, гемобластозы, острые лейкозы, хронический миелолейкоз, миеломная болезнь и др.
При перечисленных заболеваниях опухолевые гемопоэтические клетки разрушаются с помощью больших доз химиотерапии или общего облучения с последующим восстановлением нормального гемопоэза путем трансплантации аллогенных КСК.
|
|
|
Применение СК в лечении аутоиммунных болезней.
По аналогии с лечением гемобластозов изучают возможность использования КСК при некоторых аутоиммунных заболеваниях - системной красной волчанке, синдроме Съегрена, ревматоидном артрите, сахарном диабете типа 1 и рассеянном склерозе.
При перечисленных заболеваниях у больных собирались и замораживались КСК, затем пациенты получали высокодозированную химио-радиотерапию, после чего проводилась ауготрансплантация ранее замороженных КСК. После указанной процедуры в течение 3лет наблюдали 7 больных. На протяжении всего периода наблюдения у больных отсутствовали активные проявления болезни, и они не нуждались в иммуносупрессивной поддерживающей терапии.
Чрезвычайно перспективным представляется создание криобанка СК человека и организация соответствующей донорской службы.
Основной задачей криобанка СК человека является: обработка (уменьшение объема замораживаемого образца), удаление не определяющих дальнейшее применение клеточных элементов, смешивание скриоконсервантом и длительное, практически неограниченное во времени, хранение ранее заготовленных СК, вне зависимости от источника их получения.
Наиболее реальный на сегодня и практически неограниченный источник СК - пуповинная кровь.
Существуют криобанки СК с образцами для каждого родившегося ребенка, собранными из его пуповины и замороженными. При заболевании (онкологических, нарушениях иммунной системы, заболеваниях крови, мышц, кожи и т. д.) человек может воспользоваться трансплантацией собственных СК, которая включит механизмы самовосстановления поврежденных органов и систем. Сегодня в мире имеется несколько десятков таких официально зарегистрированных криобанков, примерно половина из них в США
Суммируя представленные данные о роли СК в организме человека, методах их выделения и использования, можно заключить, что изучение СК в любом аспекте представляется крайне актуальной научной проблемой, решение которой способно совершить качественный прорыв в медицине.
Заключение
Рассмотрев в данной работе проблемы использования в медицине стволовых клеток, можно сделать следующие краткие выводы.
Открытие стволовой клетки и развитие связанных с этим открытием клеточных технологий в медицине наряду с расшифровкой двойной спирали ДНК и генома, безусловно, относятся к важнейшим событиям, произошедшим в биологии в ХХ веке.
Стволовые клетки таят в себе невиданные возможности: от регенерации поврежденных органов и тканей до лечения заболеваний, не поддающихся лекарственной терапии.
Кроме восстановления утраченных функций органов и тканей, стволовые клетки способны тормозить неконтролируемые патологические процессы, такие как воспаления, аллергии, онкологические процессы, старение и т.д.
Именно клеточные технологии являются основой генной терапии, с которой связаны надежды на разработку индивидуальных схем лечения пациентов с самыми тяжелыми заболеваниями, в том числе наследственными.
Клеточные технологии и генная терапия представляют собой наиболее универсальные современные подходы к лечению. Технология стволовых клеток может привести к новому пониманию развития и дифференциации клеток, как и почему развиваются определенные ткани, почему возникают заболевания и как их лечить. Станет возможным клонирование от отдельных тканей до целых организмов.
Таким образом, наглядно демонстрирующих реальное значение клеточной биологии в решении актуальных проблем медицины XXI века, может быть продолжен.
Вместе с тем уже сейчас становится очевидным, что дальнейший прогресс как самой клеточной биологии, так и медицинской науки в целом будет связан не только и не столько с дальнейшим накоплением фактического знания, сколько с его творческим и этическим осмыслением.
Медицина ХХI века, безусловно, будет основана на фундаментальных достижениях клеточной биологии.
|
|
|
