Стволовые клетки - источник "запчастей" для организма
|
Технологическая возможность образования различных тканей из стромальных стволовых клеток костного мозга (ССККМ) вызвала в последние несколько месяцев настоящий ажиотаж среди биотехнологических фирм западных стран. Все больше подтверждений находит гипотеза, согласно которой во взрослом организме существует центральное депо "запасных частей" в виде универсальных мультипотентных стромальных стволовых клеток костного мозга, которые приходят на помощь в тех критических для организма ситуациях, когда локальных тканевых ресурсов оказывается недостаточно. Подобно бригаде скорой медицинской помощи ССККМ способны преодолевать значительные расстояния, чтобы попасть в зону катастрофы, находить участки повреждения и "латать" дефекты самых различных органов и тканей.
Уже в ближайшее десятилетие это направление медицинской науки может стать основой для терапии наиболее распространенных заболеваний сердечно-сосудистой и центральной нервной системы, опорно-двигательного аппарата. Предлагаем краткий обзор перспектив использования стромальных стволовых клеток, который мы составили с помощью директора НИИ экспериментальной кардиологии Российского кардиологического научно-производственного комплекса МЗ РФ академика РАМН Владимира СМИРНОВА. Второе открытие Когда в ходе эволюции отслеживалась точность наследования информации, для каждой клетки одноклеточного или многоклеточного организма была создана целая система дублирования и контроля, которая не позволяла процессам транскрипции и трансляции выходить за определенный порог ошибок, поскольку ошибки, как известно, заканчиваются раковыми заболеваниями. Но не была забыта и система, позволяющая уже выросшему многоклеточному организму осуществлять регенерацию поврежденных тканей. Ее основа - стволовые клетки, способные поддерживать свой пул и одновременно дифференцироваться в разных направлениях, если это становится необходимым. Оставив за скобками эмбриональные стволовые клетки и клетки, имеющие отношение к гемопоэтической системе, попробуем разобраться со свойствами стромальных стволовых клеток костного мозга. Наша страна может по праву гордиться основополагающими исследованиями в области выделения, изучения и прогноза использования ССККМ. Добросовестные исследователи США и ряда других западных стран признают, что сегодня речь идет лишь о "повторном открытии", а приоритет исследований в этой области принадлежат российским ученым - А.Фриденштейну и И.Черткову. Их открытие мультипотентных ССККМ положило начало исследованиям роли этих клеток не только в судьбе гемопоэтических предшественников при трансплантации костного мозга, но и в регенерации повреждений тканей взрослого организма, В отличие от гемопоэтической системы стромальная образует клетки лишь в определенное время, они не обновляются часто, являются долгоживущими и пластичными. Сегодня уже установлено, что в крови млекопитающих всегда есть постоянные концентрации стволовых или колониеобразующих клеток костного мозга. Не обладая всеми уникальными возможностями эмбриональных клеток, стромальные стволовые клетки тем не менее в состоянии произвести настолько широкий набор тканей и клеток, что можно говорить об их блестящих перспективах для клинической медицины будущего. Доказана возможность дифференцировки ССККМ в хондроциты, остеобласты, аципоциты, фибробласты, кардиомиоциты, поперечно-полосатые мышцы. Помимо этих направлений дифференцировок, характерных для клеток мезенхимального типа, в работах последних месяцев говорится о возможности дифференцировки ССККМ в нейроны, нервную ткань, гепатоциты, холангиоциты. Уже сегодня ССККМ начали использовать для клинических целей. Выращивая стромальные клетки костного мозга и воспроизводимо получая достаточно большие их количества, биотехнологические фирмы, используя соответствующие "коктейли", могут задавать направление их дифференцировки. Роль ССККМ при атеросклерозе Итак, в тяжелой для организма ситуации на помощь локальным ресурсам начинают приходить ресурсы с центрального "склада". Они содержат универсальные запчасти, которые могут превратиться, как мы убедились, практически в любые клетки, поступив в необходимое окружение при получении сигнала от поврежденной ткани. Но, к сожалению, запасы центрального "склад" небесконечны... В НИИ экспериментальной кардиологии проводятся исследования роли костномозговых стромальных и гемопоэтических стволовых клеток в развитии атеросклероза человека. В крови пациентов с гиперлипидемией и коронарным склерозом был обнаружен высокий уровень циркулирующих ССККМ на фоне изменений костного мозга и развития в нем очагов миелофиброза. Другими словами, при возникновении атеросклероза и потока стромальных элементов в сосудистую стенку рано или поздно истощается костный мозг. Таким образом, атеросклеротический процесс влияет на состояние не только сосудистой стенки, но и костного мозга! Есть и еще одна проблема. Считается, что фиброз при атеросклерозе обусловлен фенотипической модуляцией гладкомышечных клеток стенок сосудов. Но способны ли давать нечто подобное гладкомышечным клеткам блуждающие по кровотоку стромальные элементы костного мозга - большой вопрос, ведь отличить локальные дифференцированные колониестимулирующие элементы от местных гладкомышечных клеток практически невозможно. В сосудистую стенку попадают и стромальные клетки, которые дифференцируются на месте в предшественников остеобластов. Возможно, с этим связан процесс остеосинтеза при образовании атеросклеротической бляшки. От ортопедии - к кардиологии Наиболее продвинутое на сегодняшний день применение ССККМ связано с лечением длительно незаживающих переломов. ССККМ, введенные в зону перелома, быстро превращаются в остеобласты и способствуют восстановлению поврежденных костей. Другой пример - регенерация поперечно-полосатых мышц. Обычно в норме или при небольших повреждениях они "ремонтируются" за счет своих клеток, но при серьезных травмах их не хватает и становится необходима миграция соответствующих клеток из какого-то общего источника. Лучшие работы в этом направлении принадлежат итальянским ученым. Они с помощью облучения убрали костный мозг у мышей, ввели им стромальные клетки костного мозга мышей-доноров, затем создали повреждение специальным токсином, в результате чего у мышей начали гибнуть мышцы передних ног. У 9 из 12 мышей в зоне повреждения наряду с вновь образовавшимися поперечно-полосатыми мышцами из местных источников масса клеток несла метку стромальных элементов костного мозга. Причем эти клетки приходили на место недифференцированными и дифференцировались локально под влиянием соответствующего сигнала. В той же Италии добились дифференцировки стромальных клеток костного мозга и в гладкомышечные клетки. В кардиологии применение ССККМ уже дошло до клиники. Есть масса публикаций, согласно которым введение стромальных элементов костного мозга в зону инфаркта миокарда практически полностью компенсирует сердечную недостаточность. Для этого необходимо примерно 60 млн стромальных клеток. Через 8 недель эти клетки почти неотличимы от клеток сердечной мышцы, они встраиваются в ее структуру и начинают сокращаться, как кардиомиоциты. Французские исследователи получают и вводят в зону инфаркта миобласты не из костного мозга, а из куска бедренных мышц. Описано, что у пожилых пациентов, перенесших аортокоронарное шунтирование, при этом исчезает сердечная недостаточность, отмечается улучшение сократительной способности сердца. В Японии есть интересные экспериментальные наработки в этом направлении. Получена специальная линия из стромальных клеток костного мозга мышей, которая бесконечно воспроизводится в культуре и простым добавлением определенного реагента она переключается в сторону формирования кардиомиоцитов. Аутологичные стромальные костномозговые клетки вводили в стенку левого желудочка, при этом экпрессируются маркеры, характерные для кардиомиоцитов, улучшаются сократительная функция миокарда и ангиогенез. Нервные клетки восстанавливаются! Стромальные элементы костного мозга могут переключаться даже на самые фантастические дифференцировки. Доказано, что стромальные клетки крысы после 20 пассажей при добавлении "коктейля" определенного состава через 2 недели на 80 проц. дифференцируются в нейроны. Группа ученых из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке отобрала для работы стволовые клетки из коры головного мозга и ввела их в мозг здоровых крыс и крыс после инсульта. Отобранные клетки несли в себе химическую метку, что позволяло следить за их развитием. Через 3-6 недель стволовые клетки, введенные как в мозг здоровых, так и больных крыс, завершили свою дифференцировку и превратились в обычные нейроны. Очень важно, что на этих клетках возникает рецептор фактора роста нервов. Не исключено, что недифференцированные стромальные клетки костного мозга участвуют в репарации нервной системы, хотя вплоть до последнего времени нейробиологи не допускали такой возможности. Многолетний опыт клиницистов и экспериментаторов убеждал, что поврежденные клетки в нейронных сетях взрослого мозга не регенерируют. Еще несколько лет назад считалось общепризнанным, что делящиеся нервные клетки можно наблюдать лишь в некоторых мозговых структурах плода и у детей в первые два года жизни. И вот ученым удалось доказать, что мозг человека тоже способен к регенерации, надо только ему помочь. В одной из клиник Питтсбурга в США 12 пациентам с массивным кровоизлиянием в мозг и локальной гибелью нервной ткани вводили по 20 млн нейронов в зону повреждения и наблюдали за клиническими проявлениями в течение года. Впервые в качестве лечебного средства применялись нейроны, полученные в лабораторных условиях из стволовых клеток. Ни у одного из 12 пациентов не было выявлено каких-либо отклонений или отрицательных последствий введения клеток в зону повреждения нервной ткани. У 2 пациентов наблюдали отчетливо позитивные эффекты (частичная обратимость гемипареза и афазии). ССККМ могут быть использованы в лечении опухолей головного мозга и травм спинного мозга. Демонстрирующие такую возможность исследования пока выполнены лишь на лабораторных животных, однако успешные результаты недавно завершенных американскими учеными экспериментов позволяют расширить перечень перспективных направлений лечебного использования ССККМ. Вводя столовые клетки в пораженный злокачественным новообразованием головной мозг мышей, специалисты одной из детских клиник Бостона наблюдали интенсивную миграцию этих клеток именно в область опухоли. По мнению ученых, обнаруженное свойство клеток-предшественников можно использовать для прицельной доставки в пораженную область мозга лекарственных препаратов или специальных генов, которые могли бы уничтожить опухоль. Как создать банк клеток? Представляется, что в ближайшие 10 лет это направление медицинской науки (восстановительная медицина), и технология получения стволовых клеток, использующая потенциал, имеющийся у взрослого человека, могут стать основными подходами в терапии самых разнообразных заболеваний. Чрезвычайно перспективным было бы создать банк ССККМ человека и организовать соответствующую донорскую службу для обеспечения нужд кардиологии, онкологии, ортопедии, неврологии. Но откуда получать такие клетки? Идеальный вариант - отобрать у человека образец его собственных клеток, получить культуру тканей, а затем при возникновении критической ситуации трансплантировать их обратно. Но убедить пациентов в необходимости сдавать свой костный мозг заранее (чем старше человек, тем меньше у него запас ССККМ) представляется маловероятным. В качестве альтернативы предлагается трансплантация обогащенной фракции гемопоэтичных предшественников, но пока точно не установлено, есть ли в ней стволовые клетки. И, наконец, третий, наиболее реальный на сегодня источник - пуповинная кровь. Ее клетки - удобный и практически неограниченный источник стволовых ССККМ. Например, стволовые клетки, полученные из пуповины сразу после рождения ребенка, можно с успехом использовать для лечения инсультов и болезни Паркинсона. Ученые из Университета Южной Флориды в экспериментах на мышах показали, что стволовые клетки из пуповины, введенные внутривенно, поступают в поврежденные участки головного мозга. Там они созревают и частично заменяют погибшие нейроны. По мнению специалистов, полученные результаты использования стволовых клеток в лечении травм и опухолей центральной нервной системы нуждаются в дальнейших серьезных исследованиях. Однако в перспективе развитие подобных технологий позволит коренным образом пересмотреть привычные сегодня методики лечения многих тяжелых заболеваний. Преимущества таких подходов трудно переоценить. Организм не дает иммунной реакции, поскольку вводятся собственные или совместимые по определенным антигенам клетки, и снимаются колоссальные проблемы с эмбриональными клетками, так как никто не даст полной гарантии, что они не могут переродиться в раковые, не говоря уже об этических аспектах. Поэтому лучший выход - пользоваться теми системами регенерации, которые нам дает сама природа. Подготовил Федор СМИРНОВ. |