История метода клеточной терапии

В этом разделе Вы можете ознакомиться с различными направлениями с сфере клеточных технологий, историческими примерами и видами стволовых клеток а так же источниками их выделения. Кроме того, Вы ознакомитесь с научно-медицинскими течениями в современной мировой науке.

Определение

Клеточная терапия - это лечение методом трансплантации живых клеток в организм человека, с помощью чего достигается замещение утраченных, не активных или поврежденных клеток у самого пациента и достигается выраженный регенеративный эффект: восстановление работы отдельных органов, тканей, организма в целом.

История в науке

Сама концепция стволовой клетки принадлежит русскому ученому Александру Максимову, исследовавшему процессы кроветворения.

Термин "стволовая клетка" был впервые употреблен им в 1908 году на съезде гематологического общества в Берлине. В 1951 году Лоренц (Lorenz) показал, что аллогенный костный мозг способен защищать от гибели вследствие остановки кроветворения животных, получивших высокую дозу облучения. В 1960-70-х годах советский ученый А.Я.Фриденштейн изучал и культивировал мезенхимальные (стромальные) стволовые клетки костного мозга. В 1981 году Мартину Эвансу (Martin Evans) впервые удалось выделить недифференцированные плюрипотентные линии стволовых клеток из эмбриобласта (внутренней клеточной массы) бластоцисты мыши. В 1998 году Д. Томпсон (James A. Thomson) и Д. Герхарт (John D. Gearhart) изолировали бессмертные линии человеческих эмбриональных стволовых клеток. В 1999 году журнал Science признал открытие эмбриональных стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии ХХ века после расшифровки двойной спирали ДНК и программы "Геном человека". В начале 2004 года корейские ученые У Сук Хван (Woo Suk Hwang) и Шин Ён Мун (Shin Yong Moon) впервые осуществили клонирование человека - в яйцеклетку, из которой предварительно удалили ее ядро, было пересажено ядро соматической клетки, эта яйцеклетка развивалась до стадии бластоцисты, из которой были получены ЭСК.

Разновидности клеточной терапии:

Чаще всего применяются стволовые клетки, но не обязательно. Например, при лечении диабета практикуется пересадка специализированных бета-клеток, выделяющих инсулин; есть первые опыты пересадки гепатоцитов (клеток печени) при лечении циррозов, для лечения ран и ожогов используются фибробласты и/или кератиноциты.

Некоторые методики предусматривают введение нескольких типов клеток - например, при трансплантации цельного костного мозга или суспензий фетальных органов. Использование современных методов разделения клеток позволяет получать высокоочищенные фракции строго определенных клеток, что в некоторых случаях необходимо или дает какие-либо преимущества. Например, если вместо костного мозга вводить только гемопоэтические стволовые клетки, уменьшается вероятность осложнения "трансплантат против хозяина".

По источнику донорского материала различают ксенотрансплантацию - когда вводятся клетки от определенного вида животного (например, человеку вводят клетки овцы или свиньи); аллотрансплантацию - когда вводятся клетки от представителя своего вида (человеку вводят клетки другого человека) и аутотрансплантацию - когда вводятся собственные клетки, предварительно выделенные и обычно прошедшие определенную обработку.

Механизмы действия клеточной терапии:

1. Прямое замещение поврежденных или утраченных клеток - доказано, что стволовые клетки обладают данными характеристиками. Работы по совершенствованию этих уникальных характеристик показывают всё более высокие результаты.
2. Пересаженные клетки выделяют биологически активные вещества, например, разнообразные факторы роста, и таким образом стимулируют жизнедеятельность клеток реципиента.
3. Введение чужеродного белка вызывает иммунный ответ организма, за счет чего тоже иногда достигается положительный эффект.

Первые попытки на практике

Первая трансплантация фетальной поджелудочной железы была сделана в Италии в 1928 г. больному инсулинзависимым диабетом, хотя без заметного результата. В 30-х годах были предприняты первые попытки трансплантации костного мозга, но добиться успеха удалось только в 1956 году, когда Э.Д. Томас (E.D. Thomas) сделал пересадку костного мозга после радиационного лечения острой лейкемии (донором была сестра-близнец). В середине 50-х годов был разработан метод криопресервации костного мозга человека, что позволило в дальнейшем достаточно широко использовать донорский костный мозг для лечения многих болезней. В 1961 г. была сделана первая пересадка фетальных гематогенных предшественников двум пациентам с апластической анемией. Начиная с 70-х годов во многих странах, в том числе в СССР, проводились клинические опыты по лечению различных болезней (особенно нервной системы) при помощи трансплантации человеческих фетальных тканей и клеток.

В начале 30-х швейцарский врач Поль Ниханс делал пациентам инъекции из только что извлеченных измельченных органов овечьего эмбриона (печени, щитовидной железы, тимуса и т.д.), т.е. вводились живые клетки. За годы работы клиники такие инъекции были сделаны десяткам тысяч пациентов, страдающих различными болезнями или просто желающих омолодиться. Во многих случаях лечение дало заметный положительный результат, большинство пациентов при этом отмечали и общее улучшение самочувствия. Однако были и случаи серьезных осложнений, поэтому впоследствии Ниханс перешел на инъекции экстрактов из этих органов, т.е. живые клетки в препарате уже отсутствовали. Метод известен под названием "органотерапия".

Близкие методы - органотерапия, ксенотрансплантация и др.

Исторически, метод клеточной терапии связан с некоторыми близкими методами, прежде всего, с органотерапией. Довольно часто эти методы путают, хотя между ними есть простое отличие - при клеточной терапии вводятся живые клетки, при современной органотерапии - только экстракты из органов животных (чаще всего из фетальных органов), которые применяются для устранения болезненных явлений, связанных с расстройством функций данного органа у человека или для омоложения.

Механизм действия этих двух методов сходен, но в случае клеточной терапии возможно еще и замещение донорскими клетками поврежденных клеток реципиента, а действие инъекции оказывается более длительным за счет того, что трансплантированные клетки продолжают жить и выделять различные биологически активные вещества в течение долгого срока.

Датой рождения органотерапии считается 1889 г., когда французский врач Шарль Броун-Секар из Коллеж де Франс сделал доклад в Парижском биологическом обществе. Броун-Секар, предварительно проверив действенность метода на животных, в целях омоложения делал себе инъекции вытяжки из семенников собак и кроликов и получил хорошие результаты. В 20-30-е годы русский врач С. Воронцов в Париже пытался пересаживать фетальные ткани (сперва животного, затем - человека) в случаях преждевременного старения. Но широкое распространение органотерапия получила в Европе с 1930-х годов, когда Поль Ниханс основал клинику La Prairie, работающую и по сей день. Используемые в настоящее время органопрепараты представляют собой "экстракты клеточных биомолекул массой менее 1млн Дальтон".

Органотерапия применяется во многих специализированных клиниках Европы и Америки, используются овечьи, кроличьи и телячьи экстракты из печени и других органов. Кроме того, "клеточные экстракты" входят в состав различных косметических средств, называемых "клеточной косметикой". Это могут быть экстракты из растений, из более или менее экзотичных животных (морских ежей или голотурий, например), из эмбриональных тканей овец или кроликов и т.д. Предполагается, что при помощи "процедур стабилизации" сохраняются некие "биологические характеристики" тех клеток, из которых получены экстракты. Возможно, в какой-то степени это действительно удается, но живых клеток в этих препаратах не содержится, так что называть применение "клеточной косметики" "клеточной терапией" по меньшей мере некорректно.

Трансплантация костного мозга

Самый распространенный, давно и широко применяющийся и официально признанный вариант клеточной терапии - трансплантация костного мозга. Костный мозг представляет собой смесь различных видов клеток, причем значительную долю составляют кроветворные стволовые клетки и гораздо меньшую - стромальные стволовые клетки.

Трансплантация костного мозга проводится в основном при трех группах патологических состояний:

1. Генетические обусловленные иммунодефициты.
2. Апластическая анемия любой этиологии.
3. Острый лейкоз.

Вначале производится по возможности полная эрадикация опухолевых лейкозных клеток, а наряду с ними и здоровых с помощью интенсивной химиотерапии или облучения. Затем трансплантируется здоровый костный мозг. Кроме того, в последние годы метод применялся для лечения аутоиммунных и некоторых других заболеваний.

Существуют два вида операции: аллогенная трансплантация и аутотрансплантация.

В середине 50-х годов впервые была сделана пересадка костного мозга от сестры-близнеца, а первая успешная трансплантация костного мозга от неродственного донора больному раком крови была выполнена в 1979 году. В случае, если донором является родной брат или сестра, существует 25% вероятности, что костный мозг по набору антигенов подойдет больному. Основная проблема неродственной трансплантации связана с поиском совместимого неродственного донора. Иногда возможна аутотрансплантация, то есть у больного забираются его собственные клетки, пока нет опухоли или же она не определяется. Клетки очищаются и хранятся, а больному проводят высокодозную химиотерапию. Затем костный мозг самовосстанавливается.

Сначала пересаживали цельный костный мозг, но в последние годы из него иногда выделяют очищенную фракцию гемопоэтических СК (ГСК). Еще один способ получить ГСК - при помощи специальной аппаратуры выделить их из периферической крови, предварительно вызвав (при помощи определенных медикаментов) выброс их туда из костного мозга. Этот способ менее травматичный, но требует более сложного оборудования и больше времени. Описано уже достаточно много случаев, когда вместо костного мозга применялась пуповинная кровь, причем для взрослых пациентов необходим материал от нескольких доноров.

Стволовые клетки - разновидности, сравнение, достоинства и недостатки

Принципиально важными являются такие 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.

На 4-5 день 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 быстро делиться, не теряя своих свойств. И из этих клеток может быть при определенных условиях получена любая специализированная клетка взрослого организма.

ФЕТАЛЬНЫМИ называют СК, полученные из абортированных плодов (фетусов) на 6-21 неделе. Эти 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.

Трансплантация фетальных клеток печени была впервые произведена в 1961 году, и к настоящему времени имеется достаточный мировой опыт их применения.

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

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. ГЕМОПОЭТИЧЕСКИЕ СК, из которых образуются все клетки крови, 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. 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 (например, в базальном слое эпидермиса - стволовые клетки эпидермиса, в криптах кишечника - стволовые клетки кишечника).

Этика

Почти с того момента, как были выделены первые ЭСК, начались споры об этичности этих исследований и основанных на них методов терапии. Главный вопрос в этих дебатах - этично ли для получения ЭСК разрушать человеческий эмбрион, пусть даже на самых ранних стадиях развития? Надо отметить, что использовались "лишние" бластоцисты, созданные при искусственном оплодотворении in vitro и оставшиеся невостребованными (при экстракорпоральном оплодотворении практически всегда создается избыток оплодотворенных яйцеклеток). В любом случае эти лишние эмбрионы не имели бы шанса на жизнь; и они не создавались специально для исследовательских целей. А использование ЭСК в клеточной терапии может облегчить страдания при самых разнообразных заболеваниях и даже принести исцеление многим людям, чьи болезни в настоящее время считаются неизлечимыми.

Подобные вопросы возникают и при использовании фетальных материалов, которые получаются в результате абортов. С одной стороны, аборты сами по себе неэтичны. С другой стороны, они разрешены и делаются независимо от того, будут или нет использованы ткани абортированных плодов. Этично ли лишать помощи больных людей, которые могли бы быть излечены методами фетальной терапии? Очевидно, ткани и клетки от абортированных плодов должны быть доступны для медицинских целей точно так же, как органы и ткани погибших людей для трансплантации. Естественно, как и при любом другом виде трансплантации, должна быть выполнена тщательная проверка донорского материала на зараженность вирусами и бактериями.

Гораздо проще обстоит дело со взрослыми СК, начиная от СК пуповинной крови. Этичность их использования не вызывает сомнений, поскольку донору не причиняется никакого вреда. По сути, при аллотрансплантации различных клеток на основе добровольного донорства дело обстоит так же, как при донорстве крови и регулируется теми же правилами и законами. В случае аутотрансплантации пациент получает свои собственные клетки, так что этические проблемы полностью исключаются.

Законодательное регулирование

Сложности в законодательном регулировании имеются в отношении эмбриональных и фетальных стволовых клеток. Правительствам приходится балансировать между крайними воззрениями на моральный статус эмбриона, с одной стороны, и обещаниями успехов в лечении болезней, с другой. В конфликт вступают обязанности государства в отношении здоровья населения и защиты его моральных установок.

В настоящее время в некоторых странах (США, Коста-Рика, Германия) не разрешено создания новых эмбрионов для исследовательских целей и новых линий ЭСК; в других странах это разрешено (Англия, Франция, Швейцария, Испания, Канада, Китай, Япония и т.д.). Во всех странах Европы и Америки запрещено репродуктивное клонирование, но в большинстве разрешено терапевтическое.

Термин "терапевтическое клонирование" недавно было предложено заменить новым: "перенос ядра соматической клетки", чтобы подчеркнуть, что эта технология не имеет никакого отношения к созданию новой жизни - "репродуктивному клонированию". Путем "терапевтического клонирования" могут быть получены ЭСК, генетический набор которых идентичен таковому пациента. Для этого в яйцеклетку с предварительно удаленным ядром пересаживается ядро клетки пациента, затем эта яйцеклетка развивается до стадии бластоцисты, из которой получают линию ЭСК. Теоретически из таких ЭСК можно выращивать ткани и органы, идеально подходящие данному пациенту (поскольку они несут его генетический набор).

В России, не смотря на заявления правительства о поддержке развития высоких технологий и биотехнологий в частности, ситуация вокруг Клеточных технологий остается весьма двоякой. Надлежащего регламента, а так же четких базисных норм и инструкций не выработано - а взамен предлагаются временные инструкции и положения.

Научное и медицинское сообщества открыто выступают в адрес официальных структур и ведомств с вопросами урегулирования и сертификации данного вида медицинской деятельности. Появляются надежны, что власти достойно отреагируют на поставленные вопросы и создадут благоприятные условия для развития научного и медицинского прогресса России в настоящем и будущем.