Применение клеточных технологий кажется безграничным. Однако этические соображения и нормы уже сейчас ставят барьеры на пути ее развития. Клеточные технологии могут привести к пониманию развития и дифференцировки клеток. Они могут дать понять, как и почему развиваются определенные ткани, почему возникают заболевания и как их лечить. Уже сегодня возможно клонирование отдельных тканей и даже организмов. Применение стволовых клеток необходимо рассматривать с научной, этической и юридической точек зрения. Изучение стволовых клеток началось в начале XX столетия, в начале 50–60-х годов уже получали стволовые клетки из костного мозга. Выделенные клетки могут давать начало многим тканям. В 80-е годы в лабораторных условиях были получены клеточные линии стволовых клеток мыши. Эту методику использовали для получения стволовых клеток человека. Из-за проблем, связанных с выделением и культивированием стволовых клеток человека, это удалось сделать только в конце 90-х годов.
Стволовые клетки — это неспециализированные клетки (в отличие от клеток, из которых состоят мышцы, мозг и т. д.). Они способны делиться в течение долгого времени, причем в результате каждого деления образуются две идентичные клетки. Важное свойство стволовых клеток — то, что они способны к дифференциации в специфические типы клеток, такие как клетки сердечной мышцы, мозга, печени, крови. Стволовые клетки определяются в жировой ткани. Эмбрион состоит из стволовых клеток, которые при делении и дифференциации превращаются в специализированные клетки и ткани, поэтому все клетки и ткани организма развивались из стволовых клеток. Клетки однодневного эмбриона способны дифференцироваться в любой из около 220 типов клеток, образующих человеческое тело. Во взрослом организме небольшое число стволовых клеток присутствует во всех органах, выполняя функцию репарации поврежденных и больных тканей. Чем моложе организм, тем больше запас стволовых клеток, и, соответственно, восстановительный потенциал. Кроме восстановления утраченных функций органов и тканей, стволовые клетки способны тормозить неконтролируемые патологические процессы, такие как воспаления, аллергии, онкологические процессы, старение.
Предполагается, что использование в медицине стволовых клеток даст возможность успешно бороться с заболеваниями, сейчас считающимися неизлечимыми.
Перспективы клеточных технологий
Перспективы применения клеточных технологий во многих областях медицины, включая трансплантацию органов, испытание лекарственных препаратов, лечение и восстановление поврежденных тканей, очень заманчивы и близки, но до начала полного использования потенциала клеточных технологий необходимо разрешить следующие проблемы:
- cтволовые клетки должны быть доступны в достаточных количествах;
- дифференциация стволовых клеток должна быть строго направленной и специфичной;
- стволовые клетки должны быть жизнеспособны в организме реципиента;
- после трансплантации стволовые клетки должны быть способны интегрироваться в ткани реципиента;
- трансплантант должен функционировать в течение всей жизни реципиента;
- трансплантация не должна наносить какого-либо вреда реципиенту (включая иммунную реакцию отторжения).
Пока неизвестно, универсальны ли соматические стволовым клетки в той же мере, что и эмбриональные, особенно при лечении болезни Паркинсона и диабета. Также замечено, что наращивать большие количества соматических стволовых клеток гораздо сложнее, чем эмбриональных, и есть опасение, что соматические клетки со временем утрачивают свой потенциал.
Терапия с применением стволовых клеток
Проведение терапии стволовыми клетками стало настоящей сенсацией в лечении многих тяжелейших заболеваний. Успехи современной терапии злокачественных заболеваний во многом связаны с этим быстро развивающимся направлением.
Стволовые клетки могут быть использованы для получения или тканей, или целых органов, специально адаптированных под будущих реципиентов. Заместительная клеточная терапия при болезнях Альцгеймера и Паркинсона также, как при многих формах паралича и ранее неизлечимых аутоиммунных заболеваниях — это наиболее актуальные направления исследований. Трансплантация стволовых клеток крови является альтернативой трансплантации костного мозга, и в ряде случаев имеет перед ней преимущества (например, аутотрансплантация при химиотерапии или радиационном поражении).
В настоящее время значительно возрос интерес к пуповинной крови (ПК) как к альтернативному источнику репопулирующих гемопоэтических клеток, пригодному для трансплантации. Впервые трансплантация стволовых клеток, полученных из пуповинной крови сестры (сиблинга), была произведена в 1988 г. шестилетнему ребенку, страдающему анемией Фанкони. К настоящему времени по всему миру произведено более 2000 неродственных и более 400 родственных трансплантаций стволовых клеток пуповинной крови как детям, так и взрослым. Использование пуповинной крови для трансплантации имеет ряд преимуществ по сравнению с другими источниками гемопоэтических стволовых клеток:
- Сбор пуповинной крови — безопасная, технически легко выполнимая процедура, не представляющая угрозы для здоровья матери или новорожденного и не требующая общей анестезии при сборе.
- Образцы пуповинной крови, находящиеся на длительном хранении в криобанках, типированы по HLA-системе и могут быть сразу использованы для трансплантации. Таким образом, исключаются задержки, возникающие при поиске, сборе и типировании костного мозга донора, которые могут быть фатальными для больных злокачественными заболеваниями крови.
- Увеличивается вероятность подбора гемопоэтической ткани редких HLA-типов для трансплантации представителям этнических меньшинств.
- Значительно снижается риск передачи некоторых латентных инфекций, передаваемых трансмиссивным путем за счет тщательного обследования образцов ПК и доноров.
- Многими авторами отмечена эффективность использования частично совместимых по HLA-системе трансплантатов.
- Частота развития и тяжесть течения «реакции трансплантат против хозяина» при трансплантации гемопоэтических стволовых клеток пуповинной крови ниже, чем при трансплантации костного мозга.
- Появляется недорогая форма биологического страхования жизни в связи с возможностью использования клеток пуповинной крови в качестве аутологичного трансплантата.
Принципиальным недостатком пуповинной крови можно считать малое количество гемопоэтических клеток, получаемых при единичной заготовке, а также невозможность повторного сбора.
Поэтому основными задачами при заготовке пуповинной крови являются: максимальный забор пуповинной крови; максимальное выделение ядросодержащих клеток из ПК.
С 1988 г. более 3000 реципиентов со злокачественными и незлокачественными генетическими заболеваниями получили трансплантаты гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) и клеток-предшественников пуповинной крови. Очевидное преимущество пуповинной крови как источника трансплантабельных аллогенных ГСК заключается в более редкой встречаемости болезни «трансплантат против хозяина» по сравнению со стволовыми клетками костного мозга. Это позволяет использовать пуповинную кровь с большей степенью несоответствия по антигенам системы HLA, чем обычно принято для трансплантации костного мозга.
Содержание и пролиферативная способность ГСК пуповинной крови выше по сравнению с костным мозгом, ограниченное число СК в объеме крови, получаемом из пуповины индивидуального донора, затрудненность их самопрограммирования на дифференцировку обуславливают замедленное их приживление в организме реципиента. Попытки увеличить число пуповинных ГСК путем размножения ex vivo не привели к значимому улучшению клинических результатов [Jaroscak J. et al., 2003], так как при этом происходит потеря функции ГСК [McNiece I. et al., 2002].
Клетки-предшественники или ГСК пуповинной крови находятся в медленной стадии клеточного цикла (G0/G1). Они быстро отвечают на митогенные сигналы ростовых факторов, таких как GM-CSF, M-CSF, G-CSF, Еро, TPO, SCF и FL. SCF и FL активируют соответствующие тирозинкиназные рецепторы c-Kit и FLt-3 и действуют синергически со многими другими ростовыми факторами, усиливая пролиферацию ГСК пуповинной крови.
Микст ранне- и поздноактивирующих ци токинов (SCF, TPO, G-CSF и IL-3) незначительно усиливает экспансию ранних (CD34+CD38–) и поздних (CD34+) ГСК из пуповинной крови. Это связано, с тем, что поздноактивирующие цитокины направляют культивируемые клетки в основном к ускоренной дифференцировке, тогда как комбинация только раннеактивирующих цитокинов (SCF, TPO, IL-6 и FLt-3L) вызывает более сильную и более продолжительную экспансию обеих субпопуляций предшественников, что важно для быстрого приживления клеток после трансплантации.
Онкостатин М — цитокин, продуцируемый Т-клетками субпопуляции Th1, регулирует гомеостаз клеток-предшественников. Интерлейкин 20 (IL-20) усиливает пролиферацию мультипотентных клеток-предшественников костного мозга и пуповинной крови в присутствии SCF и Epo in vitro [Liu L. et al., 2003], действуя через рецепторы IL-20-RI и IL-20-RII и транскрипционный фактор Stat3.
Помимо влияния на клеточную пролиферацию, цитокины оказывают антиапоптозное действие на ГСК и гематопоэтические предшественники. Одной из таких молекул является хемокин CXCL12/SDF1, который вовлечен в хоминг и мобилизацию ГСК [Broxmeyer H. E., 2004], усиливает экспансию ГСК пуповинной крови самостоятельно или синергически с другими факторами роста ГСК, активируя свой рецептор CXCR4. От баланса индукторов и супрессоров роста зависит выбор ГСК между пролиферацией и покоящимся состоянием, самообновлением и дифференцировкой.
Самообновление ГСК называют иначе асимметричным делением [Burns C. E., Zon L. I., 2002], при котором хотя бы одна из дочерних клеток сохраняет «стволовость» и плюрипотентность. Процесс сегрегации детерминант клеточной судьбы при делении зависит от поляризации и клеточного веретена. «Дочки» могут унаследовать одинаковое или очень разное клеточное содержимое, что исключительно важно для регуляции самообновления. Прогрессия клеточного цикла от метафазы к анафазе приостанавливается в момент сборки митотического веретена в точке MSAC (mitotic spindle assembly checkpoint) до тех пор, пока все сестринские хроматиды не расположатся надлежащим образом на метафазной пластинке и, следовательно, не установится плоскость деления и полярность, предопределяющие выбор клеткой дальнейшего поведения. Цитокины, которые влияют на пролиферацию и/или самообновление СК, действуют, как предполагается [Broxmeyer H. E., 2004], через модулятор циклинзависимых киназ клеточный белок p21cip1/waf1, вовлеченный в функционирование механизма MSAC.
В связи с вышеперечисленным, преимуществами трансплантатов пуповинной крови у геронтологических больных является:
- повышенная пролиферативная способность;
- снижение восприимчивости к посттрансплантационным инфекциям;
- снижение риска развития и тяжести реакции «трансплантат против реципиента»;
- большая доступность доноров.
Таким образом, подробное изучение молекулярных факторов и внутриклеточных сигнальных путей, через которые осуществляется регуляция функции ГСК и клеток-предшественников пуповинной крови, поможет найти способы усилить их экспансию in vitro без потери способности к мультипотентной дифференцировке и использовать их уникальные качества в целях трансплантации у геронтологических больных.
Источник: Смолянинов А.Б., Обрезан А.Г., Адылов Ш.Ф. Гемопоэтические стволовые клетки и преимущества трансплантации пуповинной крови \\ Медицина XXI век. - № 3 (12). – 2008. – С. 20-27
