Катрен СтильСтвол жизни
Анна Колинько о том, как развивается медицина стволовых клеток
В 1909 году русский гистолог Александр Александрович Максимов на съезде гематологического общества в Берлине представил свою работу «Лимфоцит как общая стволовая клетка разнообразных элементов крови в эмбриональном развитии и постфетальной жизни млекопитающих», в которой впервые использовал термин «стволовая клетка» (СК) в его нынешнем понимании. Александр Максимов экспериментально доказал развитие всех форм кровяных элементов из одной родоначальной клетки, которую назвал стволовой и определил морфологически как малый лимфоцит. Он наметил несколько направлений возможной дифференцировки СК: гранулопоэз, лимфопоэз, эритропоэз и тромбоцитопоэз.
Однако важный вопрос: каким образом СК «знают», как им дифференцироваться, пока оставался нерешенным. Ответ нашел немецкий эмбриолог Ханс Шпеман. В 1935 году он получил Нобелевскую премию за открытие организующих структур в эмбриональном развитии. Шпеман со своими коллегами Хильдой и Отто Мангольдами пересаживал ткани зародышей двух близкородственных видов тритонов — от одного вида к другому. Оказалось, что судьба пересаженной ткани почти полностью зависит от того, куда (а не откуда) ее пересадили. Шпеман также нашел одно удивительное исключение: участок эмбриона, расположенный вблизи соединения трех основных клеточных листков (эктодермы, эндодермы и мезодермы), будучи пересаженным в любое место другого эмбриона того же срока, развивался не в соответствии с его новым расположением, а продолжал линию своего собственного развития и направлял развитие окружающих тканей. После этого эксперимента стала очевидна главенствующая роль микроокружения в дифференцировке СК и теоретически открыты пути к выращиванию необходимых видов дифференцированных клеток из стволовых.
В начале 1960‑х в Институте рака в Торонто Эрнест Маккаллох и Джеймс Тилл в экспериментах на мышах показали эффект от пересадки СК крови, что позволило вскоре перейти к использованию СК в медицине. Канадские ученые облучали мышей летальной дозой рентгеновских лучей (900–1000 рад) и подсаживали им клетки красного костного мозга (КМ) необлученных сингенных животных (т. е. имеющих одинаковый генотип по главному комплексу гистосовместимости). На вскрытии в селезенках облученных мышей были обнаружены «узлы» — колонии делящихся клеток, которые превращались в эритроциты, белые клетки и тромбоциты, причем количество «узлов» было пропорционально объему введенных стволовых клеток.
Первая пересадка костного мозга
В ноябре 1968 года в Миннеаполисе проведена первая успешная аллогенная трансплантация КМ 5‑месячному мальчику с тяжелым врожденным комбинированным иммунодефицитом (тимусная алимфоплазия и агаммаглобулинемия — Х-сцепленный тяжелый комбинированный синдром иммунодефицита, SCID). В семье пациента в трех поколениях было 11 случаев этого заболевания с летальным исходом.
Пересадку проводила группа ученых во главе с докто-ром Робертом Гудом. Одна из четырех сестер мальчика была выбрана в качестве оптимально совместимого донора. Клетки ее периферической крови и КМ были введены интраперитонеально (выделять собственно СК тогда еще не умели). Через две недели после трансплантации у пациента выявлены признаки восстановления гемопоэза. При этом 25 % клеток из образцов КМ имели женский ка-риотип. Через 45 суток у пациента развилась тяжелая апластическая анемия, в связи с чем выполнена вторая инфузия КМ от того же донора. Через две недели уровень лейкоцитов в периферической крови восстановился до нормальных значений, а эритроциты несли антигены группы крови донора. Обследования, проведенные в течение двух лет, подтвердили наличие у пациента полноценного иммунитета.
Эта процедура стала началом эры успешного лечения множества гематологических заболеваний, но, к сожалению, до сих пор не получила широкого применения в России из‑за сложности и дороговизны.
Несмотря на то, что именно Роберт Гуд провел первую успешную трансплантацию, он был исключен из списка претендентов на Нобелевскую премию после скандала в 1973 году. Его ассистент Уильям Самерлин подкрасил черным фломастером трансплантаты кожи от черных мышей белым, чтобы сделать результат пересадки более ярким. Обман раскрылся, когда один из помощников случайно смыл краску.
С периферии
В 70‑х годах прошлого века советские ученые Александр Фриденштейн и Иосиф Чертков обнаружили в КМ два вида мультипотентных СК: гемопоэтические и стромальные (мезенхимальные, долгоживущие и редко делящиеся), а главное, они доказали, что оба типа СК постоянно циркулируют в кровотоке. Благодаря этому открытию в 80‑х годах была проведена первая трансплантация СК, полученных из периферической крови (ТПСК), причем, как выяснилось, у нее есть ряд преимуществ перед трансплантацией костного мозга (ТКМ):
- донор не подвергается болезненной и небезопасной процедуре забора КМ;
- не требуется госпитализация донора;
- скорость приживления (т. е. время от пересадки до начала полноценного функционирования СК) при ТПСК выше, чем при ТКМ.
- К минусам ТПСК можно отнести:
- введение донору гранулоцитарного колониестимулирующего фактора (для того чтобы СК вышли в периферическую кровь) может вызывать гриппоподобные симптомы;
- использование клеток периферической крови донора повышает вероятность острой и особенно хронической реакции «трансплантат против хозяина»;
- ТПСК — дорогостоящий метод, поскольку количество получаемых СК значительно меньше, чем при заборе костного мозга и перед пересадкой может потребоваться их культивация.
Если 80‑е и 90‑е стали «звездным часом» мультипотентных СК крови, то ХХI век, скорее всего, принесет славу эмбриональным СК (ЭСК).Способность ЭСК к неограниченной пролиферации и вторичной дифференцировке в культуре только начинает использоваться для создания нового «биосырья» взамен донорских органов. Например, в 2004 году группа исследователей из медицинской школы Киотского университета впервые в мире вырастила из ЭСК структурно полноценные капилляры. Позже были получены клетки головного мозга, нервной и печеночной ткани, клапаны человеческого сердца. В 2006 году в США впервые был выращен сложный человеческий орган — мочевой пузырь, и проведено семь таких трансплантаций.
Не всё так просто
Несмотря на то что пересадка СК может произвести впечатляющий клинический эффект, это отнюдь не панацея. С одной стороны, далеко не всегда пересадки эффективны, а с другой — они могут вызывать серьезные осложнения, в том числе:
- инфекции;
- кровотечения;
- интерстициальную пневмонию;
- острую реакцию «трансплантат против хозяина» (иммунное поражение различных органов и тканей, чаще всего — кожи, ЖКТ и печени, развивается у 30–50 % реципиентов при аллогенной трансплантации и в 20–50 % случаев оканчивается летально).
- Возможен ряд отсроченных осложнений:
- хроническая реакция «трансплантат против хозяина» (развивается через 70–400 дней после пересадки, часто первым проявлением становится зудящая сыпь на ладонях или ступнях, диспепсия, печеночная желтуха);
- развитие острых лейкозов из клеток с генотипом донора через несколько лет после трансплантации (влияет ли на это генетическая нестабильность СК или факторы реципиента — вопрос открытый);
- появление в месте введения СК сосудистых образований, у которых повышен риск кровотечения.
Применение стволовых клеток
Основная идея терапии с использованием стволовых клеток проста: доставить в место «поломки» дифференцированных клеток новые мультипотентные СК, которые под воздействием микроокружения дифференцируются в зрелые клетки, способные выполнять специализированную функцию.
Сегодня схема лечения выглядит следующим образом: у пациента мобилизируются СК (из периферической крови или пунктата КМ), затем они помещаются в банк СК. Иногда клетки используются сразу, минуя этап банкирования, также могут применяться технологии увеличения количества клеток in vitro — экспансия СК. При онкозаболеваниях крови или после химиотерапии забор СК у пациента невозможен (поэтому иногда клетки специально забирают до химиотерапии), и источником клеток для проведения курса лечения становятся аллогенные (подобранные в соответствии с главным комплексом гистосовместимости) клетки доноров из специализированных банков. Полученные СК затем доставляются к пораженному органу: это может быть инъекция препарата или, например, внутривенное капельное введение стволовых клеток при поражении костного мозга.
В настоящее время терапия СК стала рутинным методом в онкогематологии: в основном к их пересадке прибегают в случаях, когда после полихимиотерапии костный мозг пациента не может самостоятельно восстановить гемопоэз; проводятся исследования, в которых пересадка СК идет вместо химиотерапии (и есть некоторые положительные результаты). Кроме того, есть обнадеживающие клинические исследования и в области кардиологии, хирургии и неврологии.
Банки стволовых клеток
Для подбора подходящего донора СК существуют международные регистры доноров костного мозга, на сегодняшний день насчитывающие более 5 миллионов потенциальных доноров. Для некоторой части пациентов, нуждающихся в трансплантации, найти подходящего донора не удается. Поэтому около 20 лет назад под руководством микробиолога-иммунолога Хэла Броксмейера в США была заложена первая коллекция пуповинной крови (неиссякаемого источника СК). Полученные им данные послужили толчком к созданию банков-регистров, хранящих безымянные, безвозмездно сданные образцы. Эта идея с энтузиазмом была подхвачена во многих странах, в том числе и в России. Сегодня в мире около 50 активных банков-регистров, в которых в общей сложности хранится около 200 тысяч единиц пуповинной крови.
Кардиоклетки
Нейроклетки
Показателен пример терапии болезни Паркинсона с использованием СК. В начале века специалисты компании Celmed BioSciences провели эксперименты на добровольцах, и первым пациентом, которому помогла экспериментальная методика, стал 57‑летний летчик. Стволовые клетки были выделены из его головного мозга и далее культивировались в лабораторных условиях. Около 20 % выращенных таким образом нейронов секретировали дофамин. Через три месяца после процедуры трансплантации клеток, по заключению независимых неврологов, состояние пациента улучшилось на 37 %. Через год, уже после отмены лекарственных препаратов, произвольные движения пациента улучшились на 83 %.
Список заболеваний, которые в России пытаются лечить стволовыми клетками, очень обширен (клинические исследования находятся на разных этапах). Некоторые из низ перечислены в таблицах 1 и 2.
Пока же в у нас в стране законодательно разрешено использовать СК только для лечения онкогематологических заболеваний (лейкозов, сложных анемий и т. д.). Во всех остальных случаях требуется получение специальной лицензии. Например, в 2009 году Банк стволовых клеток ООО «КриоЦентр» при Научном центре акушерства, гинекологии и перинатологии Москвы получил лицензию на использование концентрата ядросодержащих клеток пуповинной крови в лечении и реабилитации пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, травматическими и перинатальными поражениями головного мозга.
Итак, стволовые клетки — не панацея, но, несомненно, величайшее открытие человечества, для осознания потенциала которого потребуются еще долгие годы.
3245 просмотров
Поделиться ссылкой с друзьями ВКонтакте Одноклассники
Нашли ошибку? Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter.
зарегистрированным пользователям