Стволовые клетки и клеточная терапия. Маленький путеводитель

Вот уже несколько лет тема стволовых клеток остается одной из горячих. Публикации о них регулярно появляются в самых разнообразных газетах и журналах, от научно-популярных до совсем желтых изданий. И тон этих публикаций проходит все градации – от самого восторженного до гневно-разоблачительного. Попытаемся разобраться, не впадая в крайности: что стоит за многочисленными предложениями «клеточной терапии» в России? И каковы реальные достижения в этой области, сделанные мировой медицинской наукой?

С одной стороны – в 1999 г. уважаемый научный журнал Science объявляет стволовые клетки одним из величайшим открытий ХХ века. Наши и не наши светила науки говорят о самых радужных надеждах на излечение болезней, которые до сих пор считались неизлечимыми. Во всем мире идет множество работ в самых серьезных и уважаемых научных заведениях; появляются достойные доверия сообщения о случаях, когда лечение стволовыми клетками дало реальные результаты.

С другой стороны – в Америке и Европе стволовые клетки запрещают. Появляются в прессе резко отрицательные высказывания академиков и светил медицинской науки (часто тех же самых, что восторгались), например, такие: «История со стволовыми клетками – это мифология, которая существует зазеркально, параллельно научной медицине». Как в печатных изданиях, так и в электронных все чаще видны предупреждения: «Опасно! Лечение стволовыми клетками – шарлатанство!»

Мнения настолько разнообразны, что логично задать вопрос – а точно ли они все говорят об одном и том же? Может, просто где-то какая-то путаница? Может, эти стволовые клетки разные бывают? И одни надо запретить, как в Америке, а другими – пользоваться и лечить все на свете?

Да, кстати, о лечении. Вот уже несколько лет в самых разных изданиях с завидной регулярностью появляются многообещающие заголовки: «Стволовые клетки излечат неизлечимые болезни!», «Клеточная терапия – медицина будущего», «Стволовые клетки вернут молодость», «Стволовые клетки дают надежду больным рассеянным склерозом (или болезнью Паркинсона, или диабетом, или…)».

И множество рекламных предложений – стоит только набрать, например, в «Яндексе», «стволовые клетки». Вот как здорово получается – еще только-только открыли, десяти лет не прошло – а уже в ближайшем косметическом салоне предлагают попользоваться, и иногда за вполне умеренную цену. И говорят, что этим еще Чарли Чаплин и Уинстон Черчилль лечились. И можно даже в домашних условиях – купи только крем со стволовыми клетками – и мажься, сколько хочешь, – молодей. А другие заведения предлагают лечение чуть ли не от любой болезни – и цены уже такие, что можно выбирать – или квартиру на эти деньги купить, или один курс омоложения пройти (а ведь может и не один понадобиться). Отчего это такой разброс цен – предлагают, вроде бы, одно и то же? Вопрос о лечении – «клеточной терапии» – самый интересный, хотя бы потому, что это уже может непосредственно касаться любого из нас. То, что обещают стволовые клетки – востребовано прямо сегодня, и непременно понадобится в будущем – ведь и от болезни или травмы никто не застрахован, а от старости – точно никуда не денешься (если доживешь). И как хочется, чтобы все было правдой! Но что-то уж больно хорошо для правды… Но неужели совсем все врут бессовестные платные врачи с косметологами?

Здравый смысл подсказывает, что разумнее всего не кидаться из крайности в крайность, а искать истину где-то между ними (а может, и слегка в стороне).

Попробуем сделать небольшой обзор того, что стоит за многочисленными предложениями «клеточной терапии» в России, а также реальных достижений в этой области, сделанных мировой медицинской наукой.

Никуда не денешься, придется начать с определений – просто для того, чтобы было понятно, о чем, собственно, разговор. И особенно потому, что в большинстве популярных (а иногда и научных) публикаций содержится множество ошибок в терминологии, из-за чего и происходит значительная доля путаницы.

Принципиально важными являются следующие свойства стволовых клеток (СК):

1. это неспециализированные (недифференцированные) клетки, они не выполняют никакой «работы» ;

2. они способны к многократным делениям;

3. из них могут развиться специализированные (дифференцированные) клетки.

Здесь необходимо напомнить, что стволовые клетки обладают способностью дифференцироваться – то есть преобразовываться из своего общего «универсального» («никакого») состояния в состояние специализированное – а именно становиться клетками конкретного органа или ткани.

Важно отметить, что высокодифференцированные клетки (например, кардиомиоциты – клетки сердечной мышцы, нейроны – нервные клетки) практически не делятся, в то время как менее дифференцированные клетки (фибробласты – клетки соединительной ткани, в том числе кожи, гепатоциты – клетки печени) частично сохраняют способность к размножению и при определенных условиях делятся и увеличивают свое число. Поэтому некоторые органы – сердце, мозг – с большим трудом восполняют утраченные клетки, и происходит это только за счет стволовых клеток. А у других органов – кожи, печени – способности к регенерации гораздо выше.

Стволовые клетки бывают разные

Самыми первыми СК, видимо, следует считать те, что получаются при первых нескольких делениях оплодотворенной яйцеклетки – из каждой может развиться самостоятельный организм (так, например, получаются однояйцевые близнецы).

Через несколько дней эмбрионального развития, на стадии бластоцисты, из ее внутренней клеточной массы можно выделить ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ (ЭСК). Путем определенных манипуляций (достаточно сложных) из них может быть получена бессмертная линия – т.е. клетки могут неограниченно и довольно быстро делиться, не изменяя своих свойств.

И из этих клеток при определенных условиях может быть получена любая специализированная клетка взрослого организма. Впервые такая бессмертная линия человеческих ЭСК была получена в 1998 году, и именно это Science признал одним из великих открытий. Выделение бессмертной линии ЭСК – процедура, требующая современного оборудования и высокой квалификации, поэтому в России в настоящий момент такие линии есть только в немногих научных институтах. Кстати, именно об ЭСК и идут дебаты в США и Европе – насколько этично их применение, ведь для получения линии ЭСК приходится уничтожать человеческий эмбрион (пусть это всего лишь микроскопический шарик из 200 с небольшим клеток) – а с точки зрения христианской религии это равносильно убийству человека. С другой стороны, при помощи ЭСК в будущем могут быть облегчены страдания и спасены жизни многих людей. В настоящее время в США не разрешено государственное финансирование исследований, связанных с получением новых линий ЭСК (а не «запрещено использование стволовых клеток», как пишут в некоторых статьях!). Подобные ограничения есть и в других странах, но не в России.

Очень часто в русских статьях эмбриональными СК называют стволовые клетки, полученные из абортированных плодов (фетусов) на 6-21 неделе. Это совсем не то!!! В научной литературе их называют ФЕТАЛЬНЫМИ. Они не обладают вышеописанными свойствами ЭСК, полученных из бластоцисты, – то есть способностью к неограниченному размножению и дифференцировке в любой вид специализированных клеток.

Эти фетальные клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, во-первых, может пройти только ограниченное число делений, и, во-вторых, дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Так, из клеток фетальной печени могут развиться специализированные клетки печени и кроветворные клетки. Из фетальной нервной ткани, соответственно, развиваются более специализированные нервные клетки и т.д.

При определенных условиях и под должным контролем выделение фетальных клеток разрешено в ряде стран, включая Россию.

Еще более специализированными являются СК ПУПОВИННОЙ КРОВИ. Главным образом, это кроветворные (гемопоэтические) стволовые клетки.

Во взрослом организме тоже присутствует несколько видов СК. Наиболее универсальными из них являются МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СК – они обнаружены в костном мозге, жировой ткани и в незначительных количествах в других тканях. Эти клетки могут давать начало разнообразным клеткам костной, хрящевой, мышечной и, возможно, некоторых других тканей. Там же присутствуют ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ (кроветворные) СК, из которых образуются все клетки крови, они находятся в больших количествах в костном мозге, а также присутствуют в периферической крови. По некоторым данным, гемопоэтические СК также могут дифференцироваться в клетки других тканей, например, мышечной.

И, наконец, во всех органах присутствуют РЕГИОНАЛЬНЫЕ СК – как правило, это уже достаточно дифференцированные клетки и они могут дать начало только нескольким разновидностям клеток, из которых состоят ткани данного органа.

Общей закономерностью является то, что если клетка вышла на этап дифференцировки (начала специализироваться), то количество делений, которое она может пройти, ограничено. Так, например, для фибробласта лимит делений составляет 50 делений, для стволовой клетки крови – 100.

Применение клеточных технологий в клинике

Клеточная терапия – не открытие конца 1990-х годов, но именно в это время появились научные работы, дающие новые широкие возможности ее применения и началось бурное развитие исследований в этой области на всех уровнях – от молекулярной клеточной биологии, опытов на культурах тканей и лабораторных животных до различных стадий клинических испытаний. Теоретически методы клеточной трансплантологии могут быть использованы в самых разных разделах медицины, но практическая их разработка идет неравномерно – случаются прорывы на разных участках, кажется, что уже близко к внедрению в практику… но по мере продвижения встают и новые проблемы. Вот, например, одно из первых ожиданий – болезнь Паркинсона. После множества опытов на животных были начаты клинические испытания по применению фетальных клеток, но однозначного результата так и не было получено; исследования продолжаются. Зато неожиданно быстро входит в клинику применение клеточных технологий в лечении болезней сердца.

Ранее всего из методов клеточной терапии в клиническую практику вошла трансплантация костного мозга. Уже с 80-х годов этот метод стал рутинным в лечении некоторых онкологических и гематологических заболеваний. Он позволил с высокой вероятностью добиваться излечения больных, до того считавшихся обреченными. Суть метода в том, что у пациента при помощи химио- или радиотерапии убивают раковые клетки, вместе с которыми погибает и кроветворная система костного мозга (отвечающая, в частности, за иммунитет). Трансплантация костного мозга позволяет восстановить гемопоэз, и главную роль в этом играют кроветворные (гемопоэтические) стволовые клетки, составляющие значительную долю клеток костного мозга. Иногда лучший эффект дает использование чистой фракции гемопоэтических стволовых клеток, которые при помощи специальных приборов выделяют из костного мозга или периферической крови донора (а иногда – и самого пациента в период ремиссии). Постоянно открываются все новые возможности трансплантации стволовых клеток – метод применяется для лечения других форм онкозаболеваний, для улучшения переносимости химиотерапии, для уменьшения реакции отторжения и т.д.

Близкий подход используется при лечении аутоиммунных заболеваний, при которых собственная иммунная система пациента разрушает его же клетки. К таким болезням относятся, например, системная красная волчанка (тяжелое системное заболевание соединительной ткани), рассеянный склероз (заболевание центральной нервной системы, связанное с образованием очагов демиелинизации – утраты защитной оболочки нервных волокон), ревматоидный артрит (хроническое прогрессирующее воспаление суставов с последующей их деформацией) и болезнь Крона (тяжелое и практически неизлечимое заболевание, проявляющимся дисфункцией пищеварительной системы). При лечении у пациентов стимулируется выброс в периферическую кровь гемопоэтических СК, затем они выделяются из крови при помощи специального оборудования и некоторое время сохраняются. Работа иммунной системы пациента полностью или частично подавляется, после чего вводятся аутологичные стволовые клетки. Новая иммунная система, заново восстановленная из трансплантированных собственных стволовых клеток, больше не разрушает клетки пациента. Лечение эффективно не во всех случаях, но иногда его результат превосходит результаты применения любого другого метода.

При диабете первого типа погибают продуцирующие инсулин бета-клетки поджелудочной железы. Трансплантация донорских бета-клеток позволяет восстановить синтез инсулина, но широкому применению этого метода мешает проблема отторжения. Кроме того, островковые клетки могут жить только ограниченный период времени. В опытах на животных доказана возможность дифференцировки стволовых клеток в бета-клетки in vivo и in vitro, стимуляция кровообращения в островках Лангерганса. Таким образом, трансплантация собственных стволовых клеток пациента может стимулировать регенерацию его бета-клеток, но пока еще на людях этого не было показано. Кроме того, СК костного мозга после трансплантации демонстрируют ангиопротекторный (защищающий сосуды) эффект, улучшая течение запущенных форм сахарного диабета. В настоящее время при сахарном диабете трансплантация стволовых клеток проводится главным образом в качестве дополнения к инсулинотерапии и для предотвращения развития вторичных осложнений или облегчения уже существующих.

Хорошие результаты дает трансплантация клеток в тех случаях, когда способности органа к регенерации недостаточны. Например, практически не восстанавливаются утраченные в результате инфаркта клетки сердца – на их месте образуется рубцовая ткань, в дальнейшем затрудняющая его работу. Трансплантация клеток в сердечную мышцу (кардиомиопластика) позволяет значительно улучшить функцию сердца. Проводятся клинические испытания с использованием разных типов клеток: мезенхимальных клеток костного мозга (иногда индуцированных к дифференцировке в кардиомиоциты – клетки сердечной мышцы), скелетных миобластов, гемопоэтических стволовых клеток. Стволовые клетки способны стимулировать рост новых микрососудов в ишемизированных областях и таким образом восстанавливать питание пораженного участка. Они способны улучшать выживаемость существующих кардиомиоцитов, а возможно, и образовывать новые сократительные элементы в миокарде. Описано несколько случаев успешного применения трансплантации стволовых клеток для лечения облитерирующих заболеваний периферических сосудов («болезнь курильщиков»). Исследуются возможности использования стволовых клеток для лечения атеросклероза и применения их в сердечно-сосудистой тканевой инженерии (конструирование биоискусственных артерий и клапанов сердца).

Клеточные технологии давно и широко применяются в лечении ожогов, незаживающих ран и язв. Для этого уже с 1980-х годов начали использовать клетки различных слоев кожи – фибробласты и кератиноциты, как аллогенные (донорские), так и аутологичные (собственные). Эти клетки помещаются на раневую поверхность в виде взвеси, иногда в различных матриксах, или в виде ранее выращенного монослоя. Пересаженные клетки стимулируют регенерацию, ускоряют образование новых сосудов (ангиогенез) и заживление раны; предотвращают образование грубых рубцов. В последнее время метод усовершенствуется – выращиваются многослойные имплантаты, используются мезенхимальные стволовые клетки костного мозга и т.д. Близко к этому использование фибробластов в косметических целях – при этом также идет стимуляция процессов жизнедеятельности клеток кожи, заполнение дефектов, разглаживание морщин.

Успешно применяются клеточные технологии в лечении болезней суставов – с начала 1990-х годов за рубежом применяется трансплантация аутологичных хондроцитов (клеток-предшественников хрящевой ткани). В последнее время активно разрабатываются методики, основанные на трансплантации в поврежденные суставы мезенхимальных стволовых клеток костного мозга – это менее травматичный для пациента подход, дающий не худшие результаты. Хорошо отработаны технологии направленной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток костного мозга и жировой ткани в клетки-предшественники кости и хряща. Трансплантация таких клеток-предшественников (обычно на подходящих носителях) позволяет восстанавливать значительные дефекты костной и хрящевой ткани, чего часто бывает невозможно добиться другими методами (например, восстановление костей черепа).

Особенно большие надежды на клеточные технологии возлагались при лечении различных нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Паркинсона или травматических повреждений спинного и головного мозга. Опыты на животных давали положительные результаты – восстанавливался синтез дофамина у крыс с моделью болезни Паркинсона, на крысах же было получено восстановление функций при повреждении спинного мозга. Были начаты клинические испытания, и в отдельных случаях пациенты получали облегчение. Однако достичь значительных и устойчивых результатов пока еще не удалось, поскольку открываются все новые факторы, препятствующие развитию полноценной нервной ткани.

Печень обладает достаточно сильным потенциалом регенерации, но при некоторых болезнях он оказывается недостаточным, и начинается фиброзное или жировое перерождение. Для лечения различных форм печеночной недостаточности применяется экстракорпоральное подключение донорских изолированных гепатоцитов (клеток печени). Кроме того, клетки печени вводятся в подкожную клетчатку, селезенку, под капсулу прямой мышцы живота или другими способами. Проводятся работы по культивированию и введению клеток печени, полученных от пациента. Кроме того, вводятся аутологичные гемопоэтические клетки, механизм действия которых может быть различным: трансдифференцировка в гепатоциты, стимуляция овальных клеток, увеличение количества непаренхиматозных клеток. Инъекции стволовых клеток позволяют значительно улучшить состояние больных.

Тканевая инженерия – создание трехмерных органов при помощи биодеградирующих матриксов; создание органов из нескольких тканей. Использование стволовых клеток, особенно аутологичных, делает возможным выращивание функционирующих органов и хорошее их приживление. К настоящему времени методами тканевой инженерии удалось вырастить полноценный зуб (на крысах); участок сосуда; многослойный имплант кожи; фалангу пальца из кости и хряща.

Как всегда, слишком радужные надежды при столкновении с жизнью несколько блекнут. Исцелить всех больных при помощи клеточных технологий прямо сейчас, в ближайшие год-два, не удастся. Тем не менее, наряду с теми областями медицины, в которых трансплантация различных клеток уже прочно вошла в практику (онкология, гематология, травматология) все шире становится их клиническое применение в кардиологии, артрологии, иммунологии и многих других сферах. Более подробно о применении клеточной терапии на сайте ЦМБТ, в версии для специалистов, со ссылками на публикации в научных изданиях. Отличительная особенность этого метода по сравнению с методами фармакологии – более тонкие, сложные и многообразные механизмы действия, еще далеко не полностью изученные. Не до конца понятен механизм действия даже в тех случаях, когда клинический эффект доказан; не решено еще множество проблем; по мере их решения возникают новые. Но ни одно из современных научных открытий не ставит под серьезное сомнение перспективы самого метода, хоть необходимы еще долгие и тщательные исследования на всех уровнях. Пока еще лечение методами клеточной трансплантации остается достаточно дорогостоящим, но введение в широкую практику и отработка технологий позволит сделать его более доступным.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.cbio.ru/