Стволовые клетки в современной медицине: настоящее и будущее

Юрий Романов, ведущий научный сотрудник Научно-практической лаборатории стволовых клеток человека РКНПК Росздрава, член Международных ассоциаций по изучению стволовых клеток и клеточной терапии, кандидат медицинских наук, доктор биологических наук.

Трансплантация стволовых клеток прочно вошла в арсенал современных подходов к лечению целого ряда наследственных и приобретенных заболеваний. Кроветворные стволовые клетки уже на протяжении десятилетий используются для восстановления кроветворения у пациентов с онкологическими и гематологическими заболеваниями. Мезенхимальные клетки все чаще применяются при лечении инфаркта миокарда и хронической сердечной недостаточности.

Активно разрабатываются подходы к применению трансплантации стволовых клеток при лечении заболеваний, которые до последнего времени считались неизлечимыми с помощью традиционных подходов: инсульта, нейродегенеративных заболеваний, травм головного и спинного мозга. Клеточные технологии – новая многообещающая отрасль современной медицины и от того, по какому пути она пойдет, зависит будущее медицины в ближайшие десятилетия. В данной работе суммированы основные сведения об источниках стволовых клеток, показаниях и противопоказаниях для клеточной терапии, наиболее перспективных направлениях исследований в этой области.

Несмотря на то, что термин "новые клеточные технологии" появился на страницах официальных документов и периодических изданий относительно недавно, он уже успел вызвать волну негативного отношения к данной проблеме, как среди врачей, так и среди пациентов. Газетная шумиха и «антиреклама» в дорогих журналах привели к тому, что в разряд клеточных технологий попали сомнительные методики "комплексного омоложения", лечения импотенции и других "тяжелейших заболеваний, которые не поддаются медикаментозному лечению". При этом применяемый клеточный материал, именуемый, как правило, стволовыми клетками, имеет с ними (стволовыми клетками) мало общего, а его качество оставляет желать лучшего.

Стволовые клетки

Термин "стволовая клетка" (СК) определяет популяцию тканевых или циркулирующих в крови низкодифференцированных клеток-предшественников, обладающих способностью к самообновлению и дифференцировке в клеточные компоненты различных тканей.

Наименее дифференцированные – эмбриональные СК получают из внутренней массы бластоцисты на 5-6 день после искусственного оплодотворения яйцеклетки. В результате культивирования in vitro из них могут быть получены линии "истинных" эмбриональных СК, сочетающие в себе практически неограниченный пролиферативный потенциал и возможность разнонаправленной дифференцировки.

Однако, несмотря на то, что эмбриональные СК уже неоднократно пытались применять при различных патологических состояниях, их клиническое применение пока порождает больше споров, нежели надежд. И связано это не только с этическими проблемами, которые в большей мере относятся к использованию для выделения клеток тканей фетального происхождения.

Опасность применения эмбриональных СК заключается в высоком риске малигнизации (перерождения в опухоль), развитии иммунных осложнений и реакции отторжения, высокой вероятности инфицирования вирусными и иными агентами, в том числе, животного происхождения.

В отличие от эмбриональных, СК, выделяемые из различных источников постнатального происхождения или из взрослого организма, обладают уже меньшими возможностями и уже исчерпали часть заложенного в них от природы потенциала. Тем не менее, и того и другого достаточно, чтобы рассматривать постнатальные СК, как наиболее адекватный материал для клеточной терапии на современном этапе ее развития.

Источники "взрослых" СК

Согласно современным данным, практически все известные тканевые системы содержат то или иное количество СК. Стволовые клетки были выделены из таких "экзотических" источников как волосяной фолликул и пульпа зуба, не говоря уже о коже, мышечной и нервной ткани, сосудистой стенке, периферической крови, амниотической (околоплодной) жидкости и различных частей последа. Тем не менее, практическое значение для выделения СК с целью их последующего клинического применения имеют лишь ткани, содержащие реальные количества клеток-предшественников. К ним можно отнести костный мозг, жировую ткань, кровь и строму пуповины/плаценты.

Ткань Тип СК Применение для трансплантации
Костный мозг Гемопоэтические (кроветворные)
Мезенхимальные (стромальные) Да
Да
Периферическая кровь после применения колоние-стимулирующих факторов Гемопоэтические Да
Пуповинная кровь Гемопоэтические
Мезенхимальные (крайне мало) Да
Нет
Жировая ткань Мезенхимальные В эксперименте
Ткань пуповины и плаценты Мезенхимальные В эксперименте

Наибольшее применение нашла трансплантация гемопоэтических СК, получаемых из костного мозга, пуповинной крови и "стимулированной" периферической крови. По имеющимся литературным данным в мире проведено более 100 тысяч трансплантаций СК из этих источников (около 5 тысяч – пуповинной крови). Основная масса трансплантаций была выполнена в ходе лечения злокачественных заболеваний, в первую очередь, острых и хронических лейкозов у детей и взрослых.

В последние годы появляется все больше сообщений об успешном применении трансплантации СК (в том числе, аутологичных) и при не злокачественных болезнях крови, аутоиммунных и нейродегенеративных заболеваниях. Попытки использования трансплантации СК по этим и другим показаниям связаны с существованием феномена пластичности, присущего, в том числе, и взрослым СК.

"Пластичность" взрослых СК

Сегодня уже практически не вызывает сомнения, что мезенхимальные СК костного мозга, жировой ткани и стромы пуповины/плаценты способны в экспериментальных условиях дифференцироваться не только в адипо-, остео- и хондроциты (клетки жировой, костной и хрящевой тканей). Исследования последних лет подтвердили возможность участия СК в регенерации тканей, возникающих из разных зародышевых листков и входящих в состав нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой системы. Среди клеточных элементов, получаемых in vitro и in vivo из низкодифференцированных СК, - миоциты и кардиомиоциты, эндотелиальные клетки и гепатоциты, нейроны и глиальные клетки.

Клеточная терапия

Клеточная терапия с использованием, в том числе, СК или их производных может основываться на двух свойствах применяемых клеток. Во-первых, на способности СК к размножению, самоподдержанию и дифференцировке в необходимые клеточные элементы, как в случае с трансплантацией гемопоэтических СК для восстановления кроветворения. С другой стороны, положительный эффект от введения (локального или системного) клеточного материала может быть связан с высокой синтетической и секреторной активностью клеток, продукцией как недостающих компонентов внеклеточного матрикса, так и растворимых биологически активных молекул.

В качестве примера можно привести попытки использования в травматологии и ортопедии трехмерных конструкций (биопротезов), содержащих клетки-продуценты белков костного матрикса. С их помощью возможно восстановление обширных дефектов костной ткани, не способных к консолидации естественным путем. Другим примером может служить использование клеток, секретирующих ангиогенные факторы, для ускорения процессов капиллярогенеза в ишемизированном органе. Иногда для этой цели бывает достаточно локального введения стволовых или даже дифференцированных клеток, спонтанно продуцирующих ряд цитокинов. Как и в случае ремоделирования костной ткани, создание генно-инженерных клеточных конструкций является более эффективным, но несет опасность их диссеминации по организму и стимуляции ангиогенеза не там, где этого требуется, например, в опухолях или участках хронического воспаления.

"Кризис" кардиологии и стволовые клетки

Не удивительно, что наибольшие перспективы для применения клеточных технологий открываются в кардиологии. Сердечно-сосудистые заболевания, инфаркт миокарда, хроническая сердечная недостаточность и связанные с ними патологические состояния являются одной из ведущих причин смертности и нетрудоспособности населения во всем мире. Существует точка зрения, согласно которой современная кардиология достигла уровня, когда с помощью всего имеющегося в распоряжении врачей арсенала терапевтических и хирургических приемов и методов уже практически невозможно повлиять на исход заболевания.

Изменить ситуацию к лучшему сегодня возможно только с применением клеточных технологий. В случае инфаркта миокарда и сердечной недостаточности основной целью клеточной терапии является повышение "клеточности" формирующейся рубцовой ткани, образование новых капилляров, питающих ишемизированную сердечную мышцу, сохранение старых или образование новых кардиомиоцитов. Все это, в конечном итоге, должно приводить к "положительному" ремоделированию ткани и повышению ее сократительной способности.

Исторически, для клеточной кардиомиопластики в разные годы и с разным успехом в клинике применялись различные клеточные типы: эмбриональные СК, мононуклеары костного мозга и периферической крови, миобласты, аутологичные и донорские мезенхимальные СК, фибробласты. Некоторые из этих исследований не закончились ничем, как, например, использование эмбриональных СК. Другие (имплантация миобластов) выявили ухудшение состояния пациентов в результате развития злокачественных аритмий. В отношении мезенхимальных СК или фракции клеток костного мозга прийти к однозначному заключению пока сложно в связи с отсутствием, на сегодняшний день, данных многоцентровых клинических исследований, подтверждающих или опровергающих безопасность и эффективность данного метода. Имеющиеся же в медицинской литературе сведения, по крайней мере, обнадеживающие.

Стволовые клетки в неврологии

Неврологию, наверное, можно отнести к тем немногочисленным областям практической медицины, которые поражают безысходностью или, во всяком случае, неблагоприятностью прогнозов. Перспективы для пациентов, перенесших обширный инсульт или страдающих нейродегенеративными заболеваниями, мало утешительны. Вероятно поэтому, на применение клеточных технологий в неврологии возлагают особые надежды. И основания для этого есть.

Способность СК костного мозга, жировой ткани, пуповинной крови и стромы пуповины/плаценты дифференцироваться в нейроны и глиальные клетки весьма убедительно доказана в целом ряде публикаций. Результаты доклинических исследований, проводимых на лабораторных животных, также более чем обнадеживающие. Интересно, что в случае восстановления мозга и его утраченных функций наибольшей активностью обладают клетки, выделенные либо из пуповинной крови, либо из ткани пуповины.

Механизм действия клеток, введенных в периинсультную зону или даже в системный кровоток, до конца не исследован. Вряд ли можно ожидать, хотя нельзя и полностью исключить, что они сами дифференцируются в нейроны или иные клеточные типы, формирующие ткань мозга, и непосредственно участвуют в восстановлении нарушенных связей. Скорее всего, положительный "клинический" эффект связан с их стимулирующим действием на оставшиеся живые клеточные структуры и (или) вторичным улучшением трофики ишемизированного участка. Подтверждением этому может служить достаточно быстрое исчезновение введенных клеток из ткани мозга и отсутствие дифференцированных клеток донорского происхождения. Если это действительно так, то насколько необходимо стремиться к использованию аутологичных клеток (клеток того же пациента) или можно попытаться применить в тех же целях аллогенные, но досконально охарактеризованные популяции или линии клеток?

Стволовые клетки – аутологичные или аллогенные (свои или донорские)

Вопрос о возможности применения в клинической практике аллогенных (донорских) клеток дискутируется уже давно. В отношении гемопоэтических СК ответ однозначный: для восстановления системы кроветворения клетки можно трансплантировать только при условии максимального совпадения антигенов комплекса гистосовместимости донора и реципиента. В противном случае трансплантат будет либо отторгнут организмом хозяина, либо начнет работать против него. Это же относится и к ситуациям, когда целью клеточной терапии является приживление и длительное функционирование трансплантированных (имплантированных) клеток, в основном, стромальных.

Поскольку найти двух генетически абсолютно идентичных людей практически невозможно (если только это не однояйцевые близнецы), теоретически, это обрекает реципиента на пожизненную иммуносупрессивную терапию. В этой связи, заявления об "иммунопривилегированности" СК – не более чем миф. Тем не менее, использование не только аллогенных, но и полностью несовместимых клеток в ряде ситуаций может быть оправдано. Иногда даже кратковременного присутствия активных клеток в участке поражения бывает достаточно, чтобы процессы регенерации и ремоделирования пошли более успешно, с точки зрения конечного клинического результата. Более того, способность мезенхимальных СК "отвлекать" внимание иммунной системы может найти применение и в трансплантологии в ее классическом понимании. Имеющиеся экспериментальные и ограниченные клинические наблюдения свидетельствуют, что с помощью системного введения аутологичных иди донорских мезенхимальных СК удается частично подавить реакцию отторжения трансплантата или проявления болезни трансплантат-против-хозяина.

"Классическое" применение стволовых клеток

Несмотря на огромное количество попыток использовать трансплантацию (имплантацию) СК при самых разнообразных заболеваниях, главной областью их применения остается гематология. Сегодня, успешное лечение острых и хронических лейкозов просто немыслимо без трансплантации гемопоэтических СК. При этом, несмотря на выраженный прогресс в диагностике, терапии и последующем ведении онкологических пациентов, основные источники СК остались прежними. Когда позволяют условия, это аутологичные СК стимулированной периферической крови, заготовленные до начала химиотерапии. В остальных случаях – костный мозг, полученный от родственного или неродственного донора. И здесь на первое место выступает необходимость подбора совместимого донора.

Задача сложная, несмотря на существование в мире почти шестимиллионного регистра доноров костного мозга. Даже в этих условиях почти для трети пациентов, нуждающихся в трансплантации, подходящий образец найти так и не удается. Не удивительно, что все большее внимание уделяется возможности использования гемопоэтических СК из других, т.н. альтернативных источников.

Пуповинная кровь – альтернативный источник СК

После ряда биологических и клинических исследований уже к концу 70-х годов стало очевидным, что богатым источником стволовых клеток является пуповинная кровь. Основным свойством гемопоэтических СК, содержащихся в пуповинной крови, является способность производить новые предшественники различных ростков кроветворения и полностью восстанавливать поврежденную кроветворную систему реципиента. Хотя пуповинная кровь содержит в среднем меньшее количество стволовых клеток по сравнению с костным мозгом она превосходит его в качественном отношении. Об этом свидетельствует почти в 10 раз меньшая доза клеток пуповинной крови, необходимая для успешной трансплантации.

Подобные различия в необходимой для трансплантации дозе клеток и клиническом эффекте определяются тем, что стволовые клетки пуповинной крови "моложе" клеток донорского костного мозга или клеток, мобилизованных в периферическую кровь колоние-стимулирующими факторами.

Поскольку пуповинная кровь является кровью развивающегося плода и циркулирует во всех его органах и тканях, она может быть обогащена не только гемопоэтическими, но и другими клетками-предшественниками. И действительно, многие исследования подтверждают, что в пуповинной крови содержаться клетки, способные в определенных условиях дифференцироваться в гепатоциты, эндотелиальные и мышечные клетки, нейроны и т.д. Это позволяет надеяться, что уже в скором будущем СК пуповинной крови могут стать основой для клеточной терапии различных патологических состояний организма. Интерес к СК пуповинной крови огромен, и вопрос об их перспективном применении требует серьезных экспериментальных исследований.

Трансплантация СК пуповинной крови – современное состояние

Первая успешная трансплантация пуповинной крови, полученной от "сиблинга", т.е. второго ребенка в той же семье, была проведена в 1988 году по поводу врожденной апластической анемии. На сегодняшний день в мире осуществлено уже более 5000 трансплантаций пуповинной крови. Для сравнения, за немногим больший срок было выполнено около 100 тысяч трансплантаций костного мозга и клеток, выделенных из периферической крови. Можно сказать, что в плане практического применения пуповинной крови медицина все еще находится в стадии развития и накопления опыта. Сегодня этот опыт основывается на ретроспективном анализе эффективности метода и заключается в том, что при правильном подборе пациентов (и реципиентов и доноров) результаты трансплантации пуповинной крови практически не отличаются от результатов применения "классических" источников стволовых клеток. Напротив был выявлен целый ряд преимуществ пуповинной крови, к которым можно отнести и меньший (по сравнению с костным мозгом) риск развития болезни "трансплантат-против-хозяина" при частичном HLA-несовпадении донора и реципиента. Успешная трансплантация возможна даже при использовании образца, полученного от гаплоидентичного (совместимого наполовину) донора (например, от ребенка матери), что недостижимо при использовании костного мозга.

Банки СК пуповинной крови

Создание коллекции образцов СК пуповинной крови представляет реальную альтернативу регистрам костного мозга, и все необходимые условия для этого существуют. Ежегодно в мире происходят десятки миллионов родов, т.е. существует неиссякаемый источник стволовых клеток. Их получение не несет опасности для здоровья донора. По сравнению с взрослыми донорами пуповинная кровь крайне редко бывает инфицирована вирусами и другими агентами, представляющими потенциальную опасность для здоровья реципиента. Вопрос лишь в том, что заготовленную пуповинную кровь, а лучше – выделенные из нее и сконцентрированные СК нужно где-то хранить. С этой задачей и призваны справиться высокоспециализированные медицинские учреждения, именуемые банками стволовых клеток.

Программы по созданию банков стволовых клеток пуповинной крови активно развиваются практически во всех странах мира. Инициатором этого направления стал профессор Х.Броксмейер, под руководством которого была заложена первая коллекция пуповинной крови для аллогенных трансплантаций. Полученные им данные послужили толчком к созданию банков-регистров, хранящих безымянные (безвозмездно сданные) образцы. Первое из подобных учреждений – Нью-Йоркский Центр Крови – появилось в 1993 году; в том же году были созданы банки пуповинной крови в Милане и Дюссельдорфе. Сегодня в мире насчитывается около 50 активных банков-регистров, в которых хранится в общей сложности около 200 тысяч готовых для трансплантации единиц пуповинной крови.

Именное хранение клеток пуповинной крови

"Именные" или "семейные" банки СК пуповинной крови (БСК) представляют собой альтернативу банкам-регистрам. Эти банки осуществляют целевое хранение клеток, направленное на их перспективное применение в случае возникновения заболевания у самого ребенка или его ближайших родственников. Во всем мире "именное" хранение стволовых клеток пуповинной крови развивается не менее активно, а количество образцов, хранящихся в частных банках, не уступает запасам банков-регистров: отдельные коллекции уже давно превысили десятки тысяч образцов.

Сегодня на карте мира практически не осталось стран, которые не имели бы одного или нескольких БСК. Не является исключением и Россия, хотя работы по созданию отечественных БСК были начаты с большим опозданием. Первый российский банк пуповинной крови – "КриоЦентр" (www.cryocenter.ru) на базе Научного центра акушерства, гинекологии и перинатологии РАМН – был основан в 2002, а приступил к работе (после периода сертификации и лицензирования) лишь весной 2003 года. Практически одновременно с "КриоЦентром" заявил о себе и государственный банк-регистр, созданный по инициативе Правительства г. Москвы. Еще чуть позднее, но тоже в 2003 году, начали рекламную кампанию "Флора-Мед" и "Гемабанк". К осени 2005 г. официально заявили о себе "Поволжский банк гемопоэтических клеток" в Самаре, осуществляющий хранение и именных и безымянных образцов, и дочернее предприятие московского "КриоЦентра" – "КриоЦентр Санкт-Петербург" (Покровский банк стволовых клеток). Ведутся работы по созданию БСК и в других регионах страны. Так что, для России выбор пока невелик. Тем более что некоторые из БСК до сих пор не прошли сертификации и не имеют лицензий, дающих им право на оказание этого вида медицинских услуг.

Перспективы клеточной терапии

Сегодня, клеточная терапия в ее цивилизованном понимании находится в стадии развития и накопления информации. Основное внимание уделяется разработке протоколов, сочетающих в себе безопасность и эффективность применения. Многие из вопросов требуют детальной экспериментальной проработки как in vitro, так и на лабораторных животных. Хочется верить, что с помощью клеточных технологий можно будет лечить заболевания, которые до сих пор считаются неизлечимыми. Однако пройдут еще годы, а может, десятилетия, прежде чем новые методы обогатят арсенал современной медицины.

Статья добавлена пользователем сайта

Самое популярное

Стволовые клетки в современной медицине: настоящее и будущее

Комментарии: