Сьогодні — β-клітини, завтра — нирка: сучасне та майбутнє регенеративної медицини

Регенеративна медицина (РМ) — широка галузь медичної науки, яка спрямована на регенерацію (відновлення) або заміну пошкоджених чи хворих клітин або органів для відновлення їх здорової функції в організмі людини чи тварини [1]. Сучасний стан РМ коротко можна описати як майстерне застосування високих медичних технологій переважно в індивідуально-дослідницькому порядку [2]. Паралельно відбуваються універсалізація та стандартизація продуктів, їх номенклатура розширюється зі зростаючою швидкістю. Наприклад, у червні 2023 р. здійснено прорив: у США схвалено клітинну терапію алогенними (донорськими) β-клітинами підшлункової залози, і пацієнти з цукровим діабетом 1-го типу отримали можливість підтримувати рівень глюкози в крові без замісної терапії інсуліном.

Вважають, що РМ, спрямована на відновлення здорової функції, є провісником медицини ХХІ століття, тоді як попередні 100 років позначилися певними успіхами переважно у зменшенні вираженості симптомів [3]. При цьому функціо­нальної заміни уражених тканин потребує дуже широкий спектр захворювань: гормональні (недостатність гормону росту, нецукровий діабет), нейродегенеративні (хвороба Паркінсона, Альцгеймера та Хантінгтона), серцево-судинні (інфаркт міокарда, облітеруючий ендартеріїт), а також захворювання та травми рогівки, скелетних м’язів, шкіри, суглобів і кісток тощо. Принципи РМ також можуть бути застосовані для запобігання старінню чи косметичних цілей, але у законодавчо-нормативній площині ці напрями ще не врегульовано.

Трьома основними технологіями РМ вважають тканинну інженерію, клітинну та генну терапію [4]. При цьому термін «тканинна інженерія» стосується галузі наук про здоров’я, яка спрямована на відновлення функції пошкоджених тканин за допомогою комбінації клітин, допоміжних біоматеріалів, біологічно активних молекул (наприклад штучні шкіра та хрящ).

Генна терапія означає введення гена, який називається трансгеном, у клітини організму з терапевтичною метою. Для доставки трансгена в клітини-мішені необхідний транспортний засіб, відомий як «вектор», спрямований на ядро для експресії гена без несприятливих наслідків для реципієнта. Серед стратегій генної терапії — заміна, видалення, додавання та редагування генів.

Клітинна терапія використовує стовбурові клітини (СК), їх похідні, клітини-попередники або первинні клітини для заміни або відновлення пошкоджених органів чи тканин. Клітини можна вводити внутрішньовенно, безпосередньо пересаджувати в уражену ділянку або рекрутувати з власних тканин пацієнта. СК є найбільш сприятливим джерелом для такої терапії завдяки властивому їм потенціалу самовідновлення та диференціювання [5]. Крім РМ, клітинну терапію використовують у терапії онкопатології.

Свою дію клітинна терапія реалізує завдяки двом основним механізмам:

1) заміна пошкоджених клітин або тканин шляхом приживлення в пошкоджену тканину терапевтичних клітин та/або

2) реалізація генетично та медіаторно опосередкованих ефектів, що запускаються терапевтичними клітинами, наприклад, стимуляція ендогенних процесів самовідновлення тканин через трофічні ефекти, опосередковані сек­рецією цитокінів і факторів росту.

Кількість активних клінічних випробувань клітинної та генної терапії (переважно ранніх фаз) постійно збільшується, наближаючись до 2 тис. (www.statista.com). Чимало продуктів вже отримали дозволи на маркетинг. Зокрема, клітинна терапія приносить користь при травмах спинного мозку, розсіяному склерозі, ураженнях рогівки, остеоартриті (таблиця).

Таблиця. Деякі препарати клітинної терапії, що отримали дозволи на маркетинг у різних країнах (за alliancerm.org/available-products)

Зрештою низка нещодавніх досягнень у галузі культивування та виробництва СК, підходів до редагування генів та хірургічних процедур для оптимізації доставки та виживання введених клітин прокладає шлях до нових амбітних проєктів [6].

Класифікація та властивості СК

СК можна класифікувати або за потенціалом диференціювання (на що вони можуть перетворитися), або за походженням (звідки вони отримані). Усі вони мають значну властивість самовідновлення на додаток до унікальної здатності до диференціації. Залежно від останнього СК можна віднести до однієї з 5 груп, що наведено нижче [7].

Тотипотентні СК можуть генерувати повністю функціональний живий організм. Їх найбільш відомим прикладом є запліднена яйцеклітина, здатна формувати ембріон та екстраембріональні тканини, такі як хоріон, жовтковий мішок, амніон та алантоїс.

Приблизно через 4 дні після запліднення, на стадії бластоцисти, ці клітини починають спеціалізуватися в плюрипотентні клітини, маючи здатність диференціюватися лише в межах певного ембріонального зародкового шару (ектодерми, мезодерми чи ентодерми) (рис. 1).

Рисунок 1. Ембріональні СК

Після послідовних поділів властивість плюрипотентності втрачається, а здатність до диференціації обмежу­ється типом тканини, до якої належать клітини, які називають мультипотентними. Ця властивість «дорослих» СК, що містяться майже в усіх спеціалізованих тканинах організму, допомагає підтримувати гомеостаз протягом життя. Відмінним прикладом є мезенхімальні СК (МСК). Вони можуть диференціюватися в остеобласти, міоцити, адипоцити та хондроцити.

Наступний тип СК — олігопотентні клітини, схожі на попередню категорію, але їх здатність до диференціювання ще більш обмежена. Хоча ці клітини можуть самооновлюватися і диференціюватися, це стосується тільки близькоспоріднених типів. Прикладом олігопотентних клітин є гемопоетичні СК (ГСК).

Нарешті, уніпотентні СК можуть самооновлюватися та диференціюватися, але лише в один тип клітин, наприклад, м’язові.

Проривом стало створення нобелівським лауреатом, японським вченим Син’я Яманакою (Shinya Yamanka) у 2006 р. клітин, які мають ті самі властивості та генетичний профіль, що й ембріональні СК (ЕСК). Подібно до останніх, індуковані плюрипотентні СК (іПСК, induced pluripotent stem cells) здатні диференціюватися в будь-який із зародкових листків. Оскільки їх можна генерувати з власних клітин пацієнта, iПСК мають багатообіцяючий потенціал для аутологічної трансплантації (рис. 2).

Рисунок 2. Опосередкована ретровірустрансдукція індукує плюрипотентність в ізольованих соматичних клітинах пацієнта [2]

iПСК досліджують за більше ніж 10 показаннями, і на www.clinicaltrials.gov зареєстровано майже півтори сот­ні випробувань (рис. 3). Однак існує безліч проблем, які необхідно вирішити, щоб зробити відповідну технологію доступною для більшої кількості пацієнтів. Виклики, пов’язані з iПСК, включають виявлення та видалення неповністю диференційованих клітин, усунення геномних та епігенетичних змін у створених клітинах, подолання їх пухлино- та імуногенності [2].

Рисунок 3. Показання, за якими iПСК застосовували у клінічних випробуваннях [2]

СК дорослих і плода виділяють з кісткового мозку, периферичної крові, плаценти, пуповинної крові, жирової та інших спеціалізованих тканин. Основними типами СК є [8–10]:

• МСК — мультипотентні, виділені з кісткового мозку, периферичної та пуповинної крові, плаценти, жирової тканини. Вони здатні диференціюватися у клітини мезодерми (жирової хрящової та кісткової тканини), ектодерми (нейрони, астроцити та гліальні клітини), ендодерми (гепатоцити, острівцеві клітини підшлункової залози), мають імуномодулюючі функції та секретують широкий спектр факторів росту, цитокінів, хемокінів, протизапальних та ангіогенних факторів. Крім того, МСК можуть посилювати проліферацію ендогенних СК, залучаючи їх до відновлення тканин. МСК були ретельно протестовані в доклінічних та клінічних дослідженнях і дали багатообіцяючі результати в лікуванні серцево-судинних захворювань, травм головного і спинного мозку, інсульту, цукрового діабету, пошкоджень хрящів і кісток, хвороби Крона і реакції «трансплантат проти хазяїна»;
• ГСК, виділені з кісткового мозку, периферичної та пуповинної крові. Після транс­плантації ГСК мігрують до кісткової тканини, де вони самовідновлюються та відтворюють кровотворну систему. Окрім застосування при гемобластозах, ГСК дають багатообіцяючі результати в лікуванні аутоімунних захворювань і використовуються як супутнє лікування під час трансплантації органів;
• мононуклеарні клітини (МНК), які виділені з кісткового мозку або пуповинної крові, включають гемопоетичні клітини-попередники, лімфоцити, моноцити та макрофаги. МНК широко вивчають у клінічних випробуваннях для лікування серцево-судинних захворювань, критичної ішемії кінцівок і неврологічної патології;
• ендотеліальні клітини-попередники, які виділені з кісткового мозку, периферичної та пуповинної крові, відіграють важливу роль у неоваскуляризації, що є бажаним терапевтичним результатом у контексті ішемічної хвороби;
• нервові СК (НСК) або нервові клітини-попередники, які є мультипотентними клітинами, виділеними з тканин нервової системи дорослого або плода, також можна виділити зі спинного мозку та нюхового епітелію. НСК є перспективним джерелом для лікування неврологічних розладів завдяки їх здатності диференціюватися в спеціалізовані функціональні нейрони та глію;
• тканиноспецифічні первинні клітини, такі як хондроцити, міоцити і кератиноцити, можна використовувати для клітинної терапії, хоча обмежено через численні технічні труднощі.

Від окремих методик до нового медичного фаху

Клітинна та генна терапія — це більше ніж ліки, а лікарі РМ — більше, ніж клініцисти. Так, Європейський комітет з передових методів лікування (Committee for Advanced Therapies — CAT) охарактеризував живі клітини як «одні із найскладніших лікарських засобів» [11]. У той же час, розмірковуючи над перспективами майбутньої лікарської спеціальності «регенеролог», автори редакційної статті у «STEM CELLS Translational Medicine» зазначили, що, потребуючи компетенцій з клітинної біології, тканинної інженерії, біоматеріалознавства, фармакології та біохімії, вона має стати новою окремою медичною професією [12].

Отримання десятками продуктів клітинної та генної терапії дозволів на маркетинг у рамках суворих регуляторних систем переконує, що труднощі «перехідного періо­ду» в основному подолано. І якщо у 2022 р. Управлінням з контролю за харчовими продуктами та лікарськими засобами США (Food and Drug Administration — FDA) схвалено лише 3 продукти клітинної терапії, то, починаючи з 2025 р., регулятор очікує схвалення 10–20 щорічно [13]. При цьому розмір відповідного сегменту світового ринку, за оцінками, збільшиться з 10,74 млрд дол. США у 2022 р. до 12,8 млрд дол. у 2023 р. (+19%) до 23,0 млрд дол. у 2028 р. [14, 15].

Слід також відзначити, що в період взаємної адаптації регуляторних вимог, доказової бази та галузевих підходів до зниження ризиків Європейське агентство з лікарських засобів (European Medicines Agency — EMA) та FDA видали цілу низку настанов, покликаних допомогти заявникам підготувати реєстраційні матеріали [16, 17]. Всесвітня організація охорони здоров’я нещодавно опублікувала стандарти та специфікації, спрямовані на гармонізацію регуляторної політики [18].

У США, допомагаючи дослідникам та розробникам, регулятор надає продуктам особливий статус — передової терапії регенеративної медицини (regenerative medicine advanced therapy — RMAT). Так, згідно із положеннями закону про лікування ХХІ століття (21st Century Cures Act), продукт має право на визначення в якості RMAT, якщо він:

• є засобом РМ (клітинна терапія, терапевтичний продукт тканинної інженерії, продукт людської клітини чи тканини, у тому числі в будь-якій комбінації);
• призначений для лікування, модифікації, регресу або виліковування серйозної або небезпечної для життя хвороби або стану;
• попередні клінічні дані вказують на потенціал препарату для вирішення незадоволених медичних потреб.

Певні засоби генної терапії та продукти ксеногенних клітин також можуть відповідати визначенню RMAT. При цьому запит на визначення RMAT має бути поданий одночасно з поданням заявки на досліджуваний новий препарат (Investigational New Drug application — IND) або як поправка до існуючої IND. Для відповідних продуктів пропонують інноваційні дизайни випробувань, у яких, наприклад, порівнюють кілька різних досліджуваних продуктів між собою та загальним контролем, використовують «історичний контроль», тобто за раніше опублікованими даними. Щорічно статус RMAT запитують для 30–40 заявок, при цьому 15–25 задовольняють.

У ЄС до продуктів передової терапії (advanced thera­py medicinal products — ATMPs) застосовують регуляторний шлях, що має назву звільнення для лікарень (Hospital exemption — HE). Так, згідно зі статтею 28 Регламенту (Regulation) 1394/2007/EC, кожна держава — член ЄС може надати HE для ATMP, якщо виконуються наступні умови: «ATMP виготовляється на нерутинних засадах відповідно до певних стандартів якості та використовується в тій самій державі-члені в лікарні під винятковою професійною відповідальністю лікаря з метою виконання індивідуального медичного призначення продукту, виготовленого на замовлення для окремого пацієнта». Виробництво цих продуктів має бути дозволено компетентним органом держави-члена, а вимоги щодо фармаконагляду та спеціальні стандарти якості, зазначені вище, мають бути еквівалентними тим, які передбачені на рівні ЄС для ATMPs із дозволом на маркетинг відповідно до Регламенту [19].

Актуальність HE полягає в тому, що з набуттям Регламентом законної сили продукти на основі хондроцитів, лімбальних СК, кератиноцитів тощо, які раніше у ЄС вироб­ляли згідно з вимогами до клітин та тканин-транс­плантатів, мають підлягати регулюванню як ATMP, тобто лікарські засоби. У таких умовах регуляторний шлях HE є стимулом для запровадження інновацій за відсутності комерційної зацікавленості в розвитку ATMPs або окремих показань до їх застосування, необхідності прискорити доступ пацієнтів до терапії, а також підвищення їх економічної доступності.

Дуже показовим у цьому відношенні є приклад ARI-0001 (CART19-BE-01), розробленого в Hospital Clínic de Barcelona (Іспанія). Ця Т-клітинна терапія, спрямована на рецептори химерного антигену (chimeric antigen receptor — CAR), у лютому 2021 р. отримала від Іспанського агентства лікарських засобів та медичних виробів (Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios — AEMPS) дозвіл згідно із HE для лікування пацієнтів віком старше 25 років з рецидивуючим/рефрактерним гострим лімфобластним лейкозом. ARI-0001 став першим CAR, що отримав регуляторний дозвіл згідно із виключенням щодо централізованої процедури, тобто завдяки НЕ. Ця академічна розробка підлягає відшкодуванню в рамках системи охорони здоров’я за ціною, що є у 3 рази нижчою за таку комерційних препаратів CAR-Т. Суттєвим обмеженням залишається те, що згідно з національним законодавством НЕ-продукт може використовувати лише той лікувальний заклад, який отримав дозвіл. Попри це є чимало передумов вважати ARI-0001 також «першим CAR-Т, що перебуває у громадській власності» [20, 21].

Деякі шляхи еволюції напряму

Введення Т-лімфоцитів, здатних боротися зі злоякісними пухлинами, є одним з напрямів клітинної терапії, що швидко розвивається. Схвалено 6 препаратів Т-клітин CAR, що продемонстрували безпрецедентну ефективність у пацієнтів із В-клітинними злоякісними пухлинами та множинною мієломою. Однак побічні явища, такі як синдром вивільнення цитокінів і пов’язана з імунними ефекторними клітинами нейротоксичність, створюють значні проблеми для терапії Т-клітинами CAR [22]. Наступними етапами еволюції цього методу є створення універсальних CAR-Т на основі не аутологічних, а взятих від здорових донорів клітин, а також CAR-натуральних кілерів та макрофагів [23, 24]. Виявлення факторів, здатних знизити неоднорідність ПСК, тест-систем для прогнозування онкогенності та застосування технологій редагування генів, особливо CRISPR, для маскування антигенів гістосумісності забезпечують швидкий прогрес технологій РМ останнім часом, зокрема, створення органоїдів нирки та печінки [25, 26].



Продовження читайте в наступному номері.

Список використаної літератури

• 1. Junfeng J. (2021) Stem Cell Innovation in Health & Disease, The Lung, Academic Press, р. xvii-xviii.
• 2. Yamanaka S. (2020) Pluripotent Stem Cell-Based Cell Therapy-Promise and Challenges. Cell Stem Cell, 27(4): 523–531.
• 3. Terzic A., Pfenning M.A., Gores G.J. et al. (2015) Regenerative Medicine Build-Out. Stem Cells Transl. Med., 4(12): 1373–1379.
• 4. Ciccocioppo R., Cantore A., Chaimov D., Orlando G. (2019) Regenerative medicine: the red planet for clinicians. Intern. Emerg. Med., 14(6): 911–921.
• 5. Buzhor E., Leshansky L., Blumenthal J. et al. (2014) Cell-based therapy approaches: the hope for incurable diseases. Regen Med., 9(5): 649–672.
• 6. Chari S., Nguyen A., Saxe J. (2018) Stem Cells in the Clinic. Cell Stem Cell, 22(6): 781–782.
• 7. El-Kadiry A.E., Rafei M., Shammaa R. (2021) Cell Therapy: Types, Regulation, and Clinical Benefits. Front. Med. (Lausanne), 8: 756029.
• 8. Zakrzewski W., Dobrzyński M., Szymonowicz M., Rybak Z. (2019) Stem cells: past, present, and future. Stem Cell Res. Ther., 10(1): 68.
• 9. Ding D.C., Chang Y.H., Shyu W.C., Lin S.Z. (2015) Human umbilical cord mesenchymal stem cells: a new era for stem cell therapy. Cell Transplant., 24(3): 339–347.
• 10. Sánchez A., Schimmang T., García-Sancho J. (2012) Cell and tissue therapy in regenerative medicine. Adv. Exp. Med. Biol., 741: 89–102.
• 11. Committee for Advanced Therapies (CAT); CAT Scientific Secretariat; Schneider C.K., Salmikangas P., Jilma B. et al. (2010) Challenges with advanced therapy medicinal products and how to meet them. Nat. Rev. Drug Discov., 9(3): 195–201. doi: 10.1038/nrd3052. PMID: 20190786.
• 12. Johnson S., Atala A. (2019) Regenology: Time for a New Specialty? Stem Cells Transl Med., 8(1): 4–6.
• 13. http://www.fda.gov/news-events/press-announcements/statement-fda-commissioner-scott-gottlieb-md-and-peter-marks-md-phd-director-center-biologics.
• 14. The business research company (2023). Cell Therapy Global Market Report. http://www.thebusinessresearchcompany.com/report/cells-therapy-global-market-report.
• 15. Grand View Research I. (2021) Cell Therapy Market Size Analysis Report, 2021–2028. San Francisco, CA.
• 16. The European Medicines Agency (2023) Multidisciplinary: cell therapy and tissue engineering. http://www.ema.europa.eu/en/human-regulatory/research-development/scientific-guidelines/multidisciplinary/multidisciplinary-cell-therapy-tissue-engineering.
• 17. Food and Drug Administration (2023) Cellular & Gene Therapy Guidances. http://www.fda.gov/vaccines-blood-biologics/biologics-guidances/cellular-gene-therapy-guidances.
• 18. World Health Organization (2023) Considerations in developing a regulatory framework for human cells and tissues and for advanced therapy medicinal products, http://www.who.int/publications/m/item/considerations-in-developing-a-regulatory-framework-for-human-cells-and-tissues-and-for-advanced-therapy-medicinal-products.
• 19. Cuende N., Ciccocioppo R., Forte M. et al. (2022) Patient access to and ethical considerations of the application of the European Union hospital exemption rule for advanced therapy medicinal products. Cytotherapy, 24(7): 686–690.
• 20. Trias E., Juan M., Urbano-Ispizua A., Calvo G. (2022) The hospital exemption pathway for the approval of advanced therapy medicinal products: an underused opportunity? The case of the CAR-T ARI-0001. Bone Marrow Transplant., 57(2): 156–159.
• 21. Sánchez-Guijo F., Avendaño-Solá C., Badimón L. et al. (2023) Role of Hospital Exemption in Europe: position paper from the Spanish Advanced Therapy Network (TERAV). Bone Marrow Transplant., 58(6): 727–728.
• 22. Mitra A., Barua A., Huang L. et al (2023) From bench to bedside: the history and progress of CAR T cell therapy. Front. Immunol., 14: 1188049.
• 23. Lin H., Cheng J., Mu W. et al. (2021) Advances in Universal CAR-T Cell Therapy. Front. Immunol., 12: 744823.
• 24. Pan K., Farrukh H., Chittepu V.C.S.R. et al. (2022) CAR race to cancer immunotherapy: from CAR T, CAR NK to CAR macrophage therapy. J. Exp. Clin. Cancer Res., 41(1): 119.
• 25. Nishinakamura R. (2023) Advances and challenges toward developing kidney organoids for clinical applications. Cell Stem Cell, 30(8): 1017–1027.
• 26. Zhu X., Zhang B., He Y., Bao J. (2021) Liver Organoids: Formation Strategies and Biomedical Applications. Tissue Eng Regen Med., 18(4): 573–585.