Механизмы терапевтических эффектов клеточных препаратов

1. встраивание клеток в ткани и их дифференцировка

Феномен трансдифференцировки незрелых сома- тических клеток стали активно изучать и обсуждать еще 15-20 лет назад [14, 37, 38]. Эта идея захватила умы многих выдающихся ученых прежде всего потому, что ставила под сомнение традиционную концепцию происхождения и развития клеток. Она предусматривала возможность применения стволовых клеток для восстановления органов и тканей разного происхождения, образованных из тканей других зародышевых листков. Например, данная концепция допускает использование гемопоэтических клеток для восстановления нервной ткани. Первые сообщения, посвя- щенные этой проблеме, взбудоражили научную обще- ственность, после чего последовало огромное число работ, в которых мезенхимальные предшественники легко превра- щали в клетки эктодермального или эндодермального проис- хождения и наоборот. Казалось, что костный мозг рассма- тривают как источник клеток для регенерации всех органов. Несмотря на предостережения авторитетных ученых [39], которые указывали на недоказательность данных выводов и считали необходимым исключить феномен слияния клеток, эта концепция очень популярна и на сегодняшний день. Считается, что незрелые клетки костного мозга, жировой ткани и вообще всех тканей, где есть строма, могут дифференцироваться во многие клеточные типы. Все это доказательно продемонстрировано в условиях in vitro, разра- ботаны протоколы, которые позволяют, например, из МСК получить разные специализированные клетки [40]. Однако этого не происходит в условиях in vivo, и появляется все больше исследований, в которых показано, что трансплан- тированные клетки не дифференцируются в специализи- рованные клетки сердца [15–17]. Возможно, это связано не с отсутствием феномена трансдифференцировки экзо- генных клеток-предшественников, а с тем, что в культуре мы получаем клетки с ограниченной пластичностью или с тем, что микроокружение в области повреждения не способствует их дифференцировке в нужном направлении. Выводы многочисленных исследований, в которых продемонстрировано превращение стволовых/прогени- торных клеток в специализированные клетки сердца, осно- ваны на выявлении в этих клетках дифференцировочных маркеров КМЦ, эндотелия и т.д. [6, 14]. Но при этом необ- ходимо понимать, что наличие того или иного маркера совершено не обусловливает факт превращения проге- ниторной клетки, например в функционально активный рабочий КМЦ. По нашему мнению, обязательными крите- риями трансдифференцировки клеток костного мозга в специализированные клетки должны быть локализация и морфология этих клеток, которые очень часто совсем не учитывают. Кроме того, при трансплантации маркиро- ванных клеток всегда сложно исключить феномен слияния. Слияние клеток часто наблюдают в культурах, in vivo этот феномен достоверно установить очень сложно, особенно для КМЦ. Кроме того, неясно, как изменяется жизнедея- тельность и функционирование клетки после слияния [41]. Поэтому слияние клеток не рассматривают как основной механизм терапевтической активности клеточной терапии.

2. паракринные факторы, которые выделяют клетки. сами клетки умирают через некоторое время (около месяца), но за это время успевают насекретировать кучу всего

Стимуляция ангиогенеза и гипертрофия перифокального миокарда, по-видимому, происходила за счет паракринной индукции, которую в нашем исследовании не изучали. Многие исследователи считают индукцию репаративных процессов за счет паракринных факторов, выделяемых трансплантированными клетками, основным механизмом регуляции регенерации [15]. В культуре клеток и после транс- плантации показано, что стволовые/прогениторные клетки из различных источников продуцируют цитокины и факторы роста, регулирующие процессы заживления. Одни пара- кринные факторы стимулируют ангиогенез (VEGF, Ang I, FGF, PDFR и др.), другие ингибируют апоптоз (HGF, IGF-I), третьи стимулируют хоминг (Sdf-1) и иммобили- зацию клеток костного мозга (GM-CSF), четвертые регу- лируют ремоделирование рубца (MMP-3 и -6), пятые инду- цируют гипертрофию перифокального миокарда, а шестые оказывают противоспалительное и иммуномодулирующее действие [15, 42]. При этом трансплантированные клетки сами регулируют локализацию, количество и продолжи- тельность продукции паракринных факторов в зависимости от стадии восстановительного процесса, т.е. представляют из себя саморегулирующуюся систему с обратной связью. Возможно, что при выборе типа клеток для трансплантации необходимо учитывать, какие паракринные факторы они вырабатывают, а не основываться на теоретической возмож- ности их трансдифференцировки.

3. микровезикулы. клетки выделяют разные факторы в виде везикул, которые имеют свой "адрес". они приходят в определенное место и воздействуют на мишень

Экзосомы, по всей видимости, играют важную роль в восстановлении поврежденных органов. Все больше данных свидетельствует о том, что внеклеточные везикулы, секретируемые из гемопоэтических стволовых клеток, мультипотентных клеток стромы или сердечных стволовых клеток, обладают уникальными свойствами. Они защищают клетки, оставшиеся в поврежденных тканях, от апоптоза, стимулируют деление выживших клеток и рост сосудов.

За счет чего это происходит? Во-первых, мембраны этих везикул обогащены биологически активными липидами, такими, как близкий родственник церамидов сфингозин-1-фосфат. Во-вторых, на их поверхности синтезируются антиапоптозные и стимуляторные ростовые факторы и цитокины. В-третьих, они целенаправленно доставляют в поврежденные ткани мРНК, регуляторные микроРНК и ферменты, и вся эта «гуманитарная помощь» повышает способность клеток к регенерации.

Например, мезенхимальные стволовые клетки посылают с помощью экзосом в поврежденные клетки канальцев почек матричную РНК рецептора инсулиноподобного ростового фактора-1. В клетках начинается синтез этого рецептора, и регенерация идет активнее. Аналогичным образом транспортировка экзосомами мРНК TGF-β1 при повреждении дает начало активации процессов регенерации и восстановлению тканей [32].

Подобные механизмы перепрограммирования поврежденных клеток стволовыми могут быть задействованы и при инфаркте миокарда. В экспериментах на животных даже однократное введение экзосом мезенхимальных стволовых клеток уменьшает размер инфаркта и улучшает состояние подопытных. Очевидно, экзосомы восполняют дефицит ферментов, важных для снабжения клетки энергией, а значит, и для скорейшей реабилитации сердечной мышцы

4. микроРНК - способствует перепрограммированию соседних клеток

МикроРНК играют ключевую роль в дифференциации стволовых клеток в адипоциты (клетки жировой ткани)[175]. Изучение роли плюрипотентных стволовых клеток в адипогенезе проводилось на культуре бессмертных клеток-производных клеток костного мозга из линии hMSC-Tert20[176]. У бессмертных клеток, проходящих стадию дифференциации в адипоциты, была обнаружена сниженная экспрессия miR-155, miR-221 и miR-222, что свидетельствует о том, что эти микроРНК выступают как негативные регуляторы дифференциации. В то же время смещённая экспрессия[en] этих микроРНК значительно подавляла адипогенез и репрессировала включение основного регулятора PPARγ[en] и ССААТ/энхансер-связывающего белка альфа (CEBPA[en])[177]. Это даёт возможности для лечения ожирения на генетическом уровне.

5. трансформированные клетки. они выделяют то, что нам нужно. например, нейротроф. факторы для восстановления периферической иннервации

трансформированные клетки-соматические клетки, фенотип которых изменен под действием онкогенных вирусов или иных канцерогенныхвоздействий; для Т.к. характерны такие свойства как способность к неограниченному росту (в частности, росту в полужидком агаре), отсутствие контактного торможения и зависимости от факторов роста, наличие на их поверхности специфических антигенных детерминант