Клеточные технологии: лечение, оздоровление, омоложение
Обще-регенерирующий эффект трансплантации стволовых клеток
STEMCELLS.RU
Проводилось множество работ, в которых изучались возможности терапии различных заболеваний при помощи трансплантации стволовых клеток, причем во многих случаях применялось системное введение; но обычно не ставилось задачи проследить общий эффект трансплантации.
Доказано, что как системное, так и местное введение стволовых клеток дает доказанный множественный положительный эффект, механизмы которого в настоящее время поняты частично и еще нуждаются в дальнейшем изучении. Возможно, что развитию ряда заболеваний способствует утраченная с возрастом способность СК КМ выходить в периферический кровоток и восстанавливать и/или регулировать функцию поврежденных органов. В этом случае системное введение стволовых клеток позволит в значительной степени восстановить нарушенные функции. СК костного мозга секретируют ряд цитокинов, обладающих антиапоптотическим и ангиогенетическим эффектами, они реализуют свой потенциал не только за счет заместительных, но и за счет индуктивных и информационных свойств, которые поддерживаются в этих клетках адекватным микроокружением.
Результаты трансплантаций аутологичных взрослых стволовых клеток костного мозга говорят о безопасности применения этих клеток в клинике: ни в одном из опубликованных клинических исследований не было указаний на развитие каких-либо осложнений, связанных с применением СК КМ.
Различные стволовые клетки (чаще всего гемопоэтические или мезенхимальные костного мозга) вводились внутривенно и разносились с током крови по всему организму. В опытах на животных обычно вводились генетически меченые клетки, что давало возможность проследить их дальнейшую судьбу. Клетки донорского происхождения обнаруживались во всех органах, причем они дифференцировались в клетки соответствующих тканей. Например, в опытах на мышах было показано, что при внутривенном введении цельного костного мозга или его отдельных фракций донорские клетки приживались в костном мозге, коже, мышцах, печени, головном мозге, сердце и других органах и тканях (Eglitis, Mezey 1997, Bittner et al. 1999, Orlic et al. 2001, Badiavas et al. 2003, Fathke et al. 2004, Newsome 2003). То же самое происходит и при трансплантации стволовых клеток людям – это было показано при биопсии или при посмертном изучении различных органов пациентов, которым трансплантировался костный мозг от донора другого пола. Например, при исследовании головного мозга умерших женщин-реципиентов мужского костного мозга, в различных областях мозга находили донорские клетки с Y-хромосомой, дифференцировавшиеся в нейроны, астроциты и микроглию (Mezey et al. 2003, Cogle et al. 2004); в сердце обнаруживались миоциты и клетки сосудов с Y-хромосомой (Quaini et al. 2002); биопсия показала наличие донорских клеток в печени, коже и желудочно-кишечном тракте (Korbling et al. 2002).
Исследования
Большее значение имеет тот факт, что в случае повреждения какого-либо органа и последующей трансплантации стволовых клеток регенерация этого органа идет при активном участии донорских клеток, причем доля встраивающихся в него клеток донорского происхождения в несколько раз выше, чем в случаях, когда этот орган не был поврежден. Это было доказано в многочисленных экспериментах на животных – например, при внутривенной трансплантации гемопоэтических клеток крысам с моделью ишемического инсульта они мигрировали в головной мозг, преимущественно в зону поражения и дифференцировались в нейроны и клетки глии, обеспечивая восстановление нарушенных функций (Chen et al. 2001, Willing et al. 2003).
Показано, что трансплантированные аллогенные клетки костного мозга при гломерулонефрите у крыс интегрируются в клубочковые структуры, превращаясь в эндотелий и мезангиум клубочков. Причем их количество оказывается в несколько раз больше, чем при трансплантации животным с неповрежденными почками (Rookmaaker et al. 2003). При системном введении МСК мышам с формирующимся токсическим фиброзом лёгких донорские клетки дифференцировались в легочной эпителий и уменьшали интенсивность хронического воспаления (Ortiz et al. 2003). При внутривенной трансплантации мононуклеарной фракции пуповинной крови наблюдался ангиогенез инфицированного миокарда у NOD/SCID-мышей, причем клетки встраивались только в дефектный миокард (Ma et al. 2005). Повреждение кожи стимулировало приживление внутривенно трансплантированных клеток костного мозга и индуцировало их дифференцировку в клетки кожи (Badiavas et al. 2003, Fathke et al. 2004). При введении мышиных нейральных стволовых клеток в мозг крысы с моделью ишемического инсульта нейроны донорского происхождения были обнаружены только в поврежденном, но не в здоровом полушарии (Park 2000).
Выявлены механизмы этого явления – обнаружены вещества, выделяющиеся при повреждении ткани и привлекающие стволовые клетки к месту повреждения, а также направляющие их дифференцировку в нужном направлении. Например, хемотаксис введенных МСК к области ишемического повреждения головного мозга обеспечивается взаимодействием между chemokine stromal-derived factor-1 (SDF-1, или CXCL12), выделяющимся в области пенумбры (зона обратимых изменений ткани мозга – ВМ), и рецептором к нему CXCR4 на мембране стволовых клеток (Hill et al. 2004). Показано, что биохимические сигналы от повреждённой (вне зависимости от вида её повреждения) печени способны индуцировать трансдифференцировку мышиных гемопоэтических СК в гепатоциты и другие клетки печени; эти клетки восстанавливали нормальную функцию печени (Jang et al. 2004). При кокультивировании МСК с повреждённым перегревом дыхательным эпителием они дифференцировались в эпителиоциты (Spees et al. 2003).
Доказано, что при введении в место поражения стволовых клеток уменьшается гибель клеток этого органа и значительно усиливаются процессы регенерации даже в том случае, когда лишь очень небольшая доля донорских клеток дифференцируется в клетки соответствующей ткани. Происходит это за счет выделения донорскими клетками различных биологически активных веществ – факторов роста, трофических факторов и т.д. Например, было показано, что при внутривенной трансплантации стволовых клеток (МСК КМ) при лечении экспериментального инсульта положительный эффект достигается главным образом за счет стимуляции процессов нейрогенеза и ангиогенеза и уменьшения апоптоза нервных клеток, а не за счет трансдифференцировки. В зоне ишемии при этом наблюдалось повышение уровня эндогенного фактора роста сосудистого эндотелия (VEGF) в 0.7 раз. На культуре клеток сосудистого эндотелия головного мозга мыши было показано, что при добавлении супернатанта среды, кондиционированной СК КМ, происходит значительная стимуляция образования капилляров. Этот эффект блокировался при добавлении в культуру нейтрализующих антител к VEGFR2. Таким образом, ангиогенез-стимулирующий эффект СК КМ при ишемическом инсульте опосредован повышением концентрации VEGF и его рецептора (Chen et al. 2003). Введенные крысам с моделью инсульта стволовые клетки пуповинной крови стимулируют эндогенный нейро- и ангиогенез; после введения клеток в головном мозге инсультных животных было выявлено повышение концентрации GDNF (glial cell line-derived neurotrophic factor) на 68%; концентрация 3-х нейротрофических факторов (GDNF, NGF, BDNF) повышалась и в периферической крови на ~15% (Borlongan et al. 2004). Схожие результаты были получены и при внутривенной трансплантации клеток пуповинной крови в модели повреждения спинного мозга у крыс (Lu et al. 2002).
Трансплантированные гемопоэтические стволовые клетки костного мозга и пуповинной крови стимулируют восстановление печени в модели острого токсического гепатита, хотя доля новообразовавшихся гепатоцитов донорского происхождения незначительна (Wang et al. 2003). В Heinrich-Heine-University успешно использовали трансплантацию аутологичных клеток костного мозга для ускорения регенерации печени при обширных резекциях (am Esch et al. 2005). На эффекте стимуляции регенерации основано и применение аллогенных тканевых трансплантатов для заживления ран и ожогов – донорские клетки не приживаются, но индуцируют процессы заживления за счет выделяемых ими веществ (Ehrlich 2004). Пересаженная культура стромальных клеток костного мозга обладает отчетливым индуцирующим влиянием на течение остеорепаративных процессов – даже там, где посттравматический остеогенез в обычных условиях не происходит, например, при дефектах черепа (Krebsbach et al. 1998).
Было показано, что синтез стволовыми клетками факторов роста и трофики, стимулирующих регенерацию и уменьшающих апоптоз, резко возрастает в ответ на специфические вещества, выделяющиеся при повреждениях. Например, выделяющиеся при инсульте вещества дают повышение синтеза нейротрофических и ангиогенных факторов трансплантированными СК КМ. Если в культуру СК КМ добавляли экстракты из головного мозга крыс с инсультом, наблюдалось значительное повышение синтеза нейротрофических (brain-derived neurotrophic factor (BDNF) и nerve growth factor (NGF)) и ангиогенных (vascular endothelial growth factor (VEGF) и hepatocyte growth factor (HGF)) ростовых факторов (Chen et al. 2002). Раневое микроокружение индуцирует пролиферацию клеток костного мозга и синтез ими коллагена, а также стимулирует дифференцировку клеток костного мозга в фибробласты и синтез ими белков экстрацеллюлярного матрикса (Ai et al. 2002).
Хорошо изучена роль стволовых клеток в образовании сети новых сосудов, особенно в ишемизированных областях, причем они как сами дифференцируются в клетки сосудистой стенки, так и стимулируют процесс неоангиогенеза в организме реципиента. Например, при внутривенной трансплантации мононуклеарной фракции пуповинной крови наблюдался ангиогенез инфацированного миокарда у NOD/SCID-мышей. Клетки мигрировали и встраивались только в дефектный миокард. Плотность капилляров в периинфарктной зоне в группе клеточной трансплантации, оказалась на 20% выше чем в контрольной (Botta et al. 2004, Ma et al. 2005). Подобные результаты получены и в клинических испытаниях – при интракоронарной трансплантации аутологичных клеток – мононуклеарных костного мозга или эндотелиальных прогениторных клеток из периферической крови, после острого инфаркта миокарда происходило значимое улучшение функции левого желудочка, обусловленное стимуляцией ангиогенеза (Strauer et al. 2002, Schachinger et al. 2004). Внутримышечные инъекции гемопоэтических стволовых клеток крысам с моделью ишемии конечностей приводили к значительному улучшению кровотока и увеличению плотности капилляров (Murohara et al. 2000); не только возрастало число артериол в очаге ишемии, но и стимулировалась регенерации скелетной мышцы (Pesce et al. 2003).
Трансплантация мононуклеарной фракции аутологичного костного мозга приводит к стимуляции ангиогенеза у кроликов с ишемией нижних конечностей (Shintani et al. 2001). В другом исследовании трансплантация нефракционированного костного мозга при ишемии нижних конечностей не приводила к интеграции введённых клеток в стенки сосудов, но стимулировала локальный ангиогенез за счёт формирования клеточного окружения вокруг новых микрососудов (Ziegelhoeffer et al. 2004). Метод аутотрансплантации клеток костного мозга успешно применяли в Японии в Yamaguchi University School of Medicine к больным с хроническими заболеваниями периферических артерий нижних конечностей (Esato et al. 2002). В клинических испытаниях показана возможность реэндотелизации стволовыми клетками повреждённых сосудов при облитерирующем атеросклерозе нижних конечностей III и IV степени (хронической ишемии). Наблюдалось уменьшение или исчезновение боли, повышение кожной температуры, стимуляция заживления язв. Инструментально было показано улучшение показателей перфузии конечностей (Huang et al. 2004). Человеческие МСК КМ вводили крысам внутривенно через сутки после окклюзии средней мозговой артерии (модель инсульта). Морфологически было показано увеличение числа сосудов и новообразование капилляров на границе ишемического очага (Chen et al. 2003).
После применения аутологичных клеток костного мозга получено полное закрытие ран у пациентов с повреждениями кожи, не заживавшими более года (Badiavas, Falanga 2003). Пациентам с асептическим остеонекрозом головки бедра субхондрально в место дефекта вводили аутологичные клетки костного мозга. Было зарегистрировано прогрессивное уменьшение очагов некроза, пациенты отмечали значительное уменьшение болевого синдрома и улучшение функции суставов. Механизм действия клеток связан со стимуляцией остеогенеза (за счёт «свежей» стромальной фракции) и ангиогенеза (за счёт CD34(+)-клеток) «мёртвых зон» кости (Gangji et al. 2004).
Часть введенных внутривенно стволовых клеток превращается и в клетки кожи, обеспечивая благотворный косметологический эффект за счет уже описанных выше механизмов – усиления процессов регенерации и улучшения питания. Показана значительная роль стволовых клеток костного мозга (СК КМ) в гомеостазе и регенерации кожи (Badiavas 2004, Satoh et al. 2004, Deng et al. 2005), причем повреждение стимулирует приживление СК КМ в коже и индуцирует их дифференцировку в клетки кожи (Badiavas et al. 2003). Установлено, что при заживлении ран в восстановлении эпителия участвуют расположенные рядом клетки эпидермиса, тогда как для восстановления популяции дермальных фибробластов привлекаются как местные мезенхимальные клетки дермы, так и СК КМ (Fathke et al. 2004). Участие МСК в репарации кожного эпителия подтверждается также тем, что после трансгендерной (от мужчины женщине) пересадки Y+ клетки, экспрессирующие цитокератины, обнаруживаются в базальном слое кожного эпителия с частотой 2-7% (Korbling et al. 2002). Один из возможных механизмов заживления повреждений кожи является дифференцировка МСК КМ в фибробласты в зоне дефекта и синтез ими белков экстрацеллюлярного матрикса; кроме того, МСК стимулируют миграцию в рану «клеток воспаления» и «клеток заживления», секретирующих IL-6, IL-8 и G-CSF, таким образом инициируя процесс регенерации (Ai et al. 2002). Все эти механизмы стимуляции регенерации так же действуют и в случаях различных микродефектов и повреждений кожи, поэтому системное введение стволовых клеток приводит к оздоровлению и улучшению внешнего вида кожи.
В клинической практике уже достаточно широко распространено местное применение различных живых клеток для лечения незаживающих ран и ожогов. Чаще всего используются культивированные аллогенные фибробласты и кератиноциты, но получены хорошие результаты и для стволовых клеток костного мозга (Шумаков и др., 2002, Смирнов и др. 2003, Badiavas, Falanga 2003, Sivan-Loukianova et al. 2003). На крысах показано, что внутрикожные инъекции МСК костного мозга ускоряют заживление ран, при этом оставались очень тонкие шрамы; гистологическое строение коллагена на месте зажившей раны было близко к таковому в неповрежденной коже и сильно отличалось у крыс контрольной группы (не получавших инъекций). Таким образом, МСК обеспечивают заживление ран с регенерацией нормальной структуры дермы (Satoh et al. 2004). Клеточные технологии применяются и в медицинской косметологии – например, для устранения грубых рубцов и других дефектов кожи. При местном введении клеток методом мезотерапии (обычно применяются фибробласты) удается достичь значительного и длительно сохраняющегося косметического эффекта за счет стимуляции жизнедеятельности кожи выделяемыми живыми клетками биологически активными веществами. Эффективность доказывалась значительным уменьшением рельефности кожи (измерялась методом лазерной профилометрии), утолщением дермального слоя, увеличением в нем числа фибробластов и плотности коллагена, а также субъективной оценкой пациентов (Watson et al. 1999, Boss et al. 2000). Кроме того, местное введение фибробластов успешно применяется для лечения облысения, обеспечивая усиление роста волос.
Список литературы см. здесь
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
14.07.2009