Проблеми реконструктивної та регенеративної медицини: міфи та реалії

Як вже повідомляло наше видання, в останніх числах березня 2013 р. Національна академія медичних наук (далі — НАМН, Академія) України відзначила ювілей — 20 років із дня заснування. З нагоди цієї події 5 березня 2013 р. у Києві, у приміщенні Національного медичного університету (НМУ) імені О.О. Богомольця, відбулася конференція молодих учених, у ході якої видатні вчені Академії прочитали лекції з найактуальніших питань медичної науки та практичної охорони здоров’я. Сьогодні ми пропонуємо до уваги читачів лекцію «Проблеми реконструктивної та регенеративної медицини: міфи та реалії», яку прочитав академік НАМН України, директор ДУ «Інститут генетичної та регенеративної медицини НАМН України» Геннадій Бутенко.

Починаючи лекцію, Г. Бутенко зазначив, що всупереч сталим уявленням, широко розповсюдженим у минулому, в організмі людини протягом усього життя відбувається неперервна регенерація тканини. Найповільніше, приблизно 0,01% на рік, відновлюються нервові клітини. Є декілька ділянок у мозку, звідки ці нервові клітини можуть походити. Це перш за все гіппокамп, субвентрикулярна зона бокових шлуночків, ділянка нюхових цибулин. Звідти вони повільно рухаються по відповідних каналах до усіх ділянок мозку.

Також досить повільно, приблизно 0,2% на рік, відновлюються кардіоміоцити, але з часом і вони заповнюють пошкоджені ділянки міокарда. Швидше всього відновлюються клітини імунної системи, клітини крові. Показано, що протягом 10 років у людини повністю заміщуються усі клітини кісткової тканини.

Які ж є джерела цього відновлення? Це стовбурові клітини, або клітини-поперед­ники, присутні в усіх тканинах, у більшій чи меншій кількості, які можуть сприяти відновленню старіючих, відпрацьованих або пошкоджених тканин. Це так звана саморегенерація, яка відбувається у нормі та при патології. Але при значних пошкодженнях її часто виявляється недостатньо, і пацієнти потребують протезування чи пересадки органів.

Тому останнім часом провідні вчені та наукові центри світу активно працюють над вивченням можливості повернути різним тканинам здатність до регенерації. На цій основі виникла нова галузь, що сьогодні дуже швидко розвивається і є досить суперечливою, яка отримала назву регенеративної медицини.

Регенеративна медицина базується на вченні про стовбурову клітину або клітину-­попередник. Стовбурові клітини — це недиференційовані клітини, здатні до тривалого самопідтримання своєї популяції без трансформації та до переходу в диференціювання при отриманні відповідного сигналу. На відміну від диференційованих клітин, які в умовах ex vivo, проходячи певну кількість поділів, досягають так званого ліміту клітинних поділів, після якого настають негативні зміни і вони гинуть, стовбурові клітини здатні довго зберігатися у культурі. Ознаками того, що клітина стовбурова, є певні фенотипічні маркери, які на сьогодні вже добре вивчені.

Стовбурові клітини розрізняють за походженням та за потенціалом до диференціації. За потенціалом до диференціації стовбурові клітини розподіляють на тоти-, плюри-, мульти- та олігопотентні.

Зигота із самого початку є тотипотентною стовбуровою клітиною. Ця властивість зберігається при перших поділах до 8 клітин, тобто з кожної взятої з цих 8 клітин після подріблення зиготи може вирости новий організм. При подальших поділах починається диференціювання, обмежуються потенціальні здатності клітин, ембріональні клітини перетворюються на фетальні, а потім — на клітини дорослого організму, в яких потентність постійно знижується.

За походженням стовбурові клітини розрізняють на:

• ембріональні (внутрішня клітинна маса бластоцисти);
• фетальні (тканини абортованих плодів, кордова кров, пуповина);
• клітини дорослого організму (кістковий мозок, жирова тканина, кров, сателітні клітини м’язів, нейрогенні, епідермальні тощо).

Стовбурові клітини дорослого організму можуть мати таке походження:

• кістковий мозок;
• периферична кров;
• жирова тканина;
• пульпа зуба;
• лімб рогівки;
• волосяний фолікул;
• міокард;
• печінка;
• субвентрикулярна зона, нюхові цибулини;
• кордова кров;
• плацента;
• амніотична рідина;
• iPS-клітини (індуковані стовбурові клітини);
• терапевтичне клонування.

Особливої уваги, як наголосив Г. Бутенко, заслуговують саме iPS-клітини. Тривалий час у науці панувало уявлення про те, що клітина, яка почала диференціюватися, не здатна до зворотного розвит­ку. Однак у 1962 р. англійський вчений Джон Б. Гердон (John B. Gurdon) дещо піддав сумніву це положення. Він взяв ікринку жаби, і видаливши з неї ядро, пересадив у неї ядро з диференційованої клітини іншої жаби. І з цієї ікринки виросла нова жаба, схожа на ту, в якої було взяте ядро. У процесі більш детального вивчення стовбурових клітини з’ясувалося, що існує сукупність ознак, які відрізняють стовбурову клітину за епігенетичними, фенотипічними маркерами від клітини диференційованої. Далі професор Шінья Яманака (Shinya Yamanaka) з Кіотського університету взяв 60 факторів росту, по-різному їх комбінував і використовував для введення у диференційовані клітини. Він знайшов 4 фактори, введення яких повністю перетворює диференційовану клітину у стовбурову. Отримані таким шляхом клітини назвали індукованими стовбуровими (iPS)-клітинами. За це відкриття Джон Б. Гердон та Шінья Яманака отримали у 2012 р. Нобелівську премію в галузі медицини і фізіології.

Сьогодні за допомогою різних маніпуляцій вдається перетворити фактично будь-яку диференційовану клітину в індуковану плюрипатентну, з якої за допомогою різних впливів можна виростити клітину будь-якого типу. Можна припинити це повернення до диференціації на проміжному етапі, а потім змусити цю проміжну клітину перетворюватися в таку, яка необхідна.

Клітина, що потрапляє в організм, знаходиться у мікрооточенні своєї ніші й піддається різноманітним морфоутворюючим впливам, які призводять до виникнення тієї чи іншої тканини чи специфічної клітини. Це відбувається і в природних умовах, те ж саме ми спостерігаємо і в організмі, в який пересаджується стовбурова клітина. Це відкриває можливості для так званої клітинної терапії. Але необхідно пам’ятати, що зовнішні сигнали з мікроточення накладаються на дуже складну внутрішньоклітинну регуляторну мережу, так що змусити клітину піти у своїй диференціації саме потрібним шляхом — це завдання не з простих. Однак початок вже покладено, і рано чи пізно наука прийде до визнач­них досягнень у цій сфері.

Практичне застосування регенеративної медицини (терапевтичне застосування стовбурових клітин) вже знаходить своє місце у таких галузях медицини:

• гематологія (лейкоз, анемія);
• неврологія (інсульт, дегенеративні процеси);
• кардіологія (ішемічна хвороба серця, кардіоміопатія);
• ендокринологія (діабет);
• ортопедія і травматологія (травми, дегенерація хряща);
• клінічна імунологія (імунодефіцит);
• гастроентерологія (цироз, хвороба Крона);
• комбустіологія і пластична хірургія (опіки, моделювання тканин);
• онкологія.

Наприклад, перспективним є використання стовбурових клітин у неврології при гострих пошкодженнях головного, спинного мозку, нервових волокон та при хронічних станах (ішемія, хвороба Паркінсона, хвороба Альцгеймера, хвороба Гентінгтона, розсіяний склероз), а також при тестуванні ліків in vitro.

При грижах міжхребцевих дисків можна взяти клітини пульпозного ядра, додати до них стовбурові клітини цього ж пацієнта, виростити їх у штучному середовищі, потім зашити у фіброзне кільце — і відбувається відновлення міжхребцевих дисків та позбуття цього захворювання. Цей механізм на сьогодні розробляється у всьому світі, в Україні — фахівцями Інституту генетичної та регенеративної медицини НАМН України спільно з Інститутом нейрохірургії імені А.П. Ромоданова НАМН України. Крім того, можна виростити ex vivo в культурі стовбурові клітини, взяті, скажімо, з кісткового мозку або з підшкірно-­жирової клітковини, спрямовано диференціювати у напрямку розвитку хондроцитів і потім перенести у ділянку пошкодження суглобового хряща. Особ­ливо це актуально для колінних суглобів.

Клітинні технології вже знаходять своє застосування і в кардіології. Але це не така проста справа, тому що серце — це достатньо складний механізм, в якому існує багато різних структур, що працюють синхронно. Пересадити у серце частину вирощеного міокарда ззовні — це завжди проблема, тому що ця частина має вбудуватися у функціонуючий міокард. Однак є інші засоби. Наприклад, введення клітин, які своїми біологічно активними сигналами сприятимуть регенерації клітин пошкодженої ділянки. І вже є достатня кількість експериментальних спостережень, які свідчать, що в кардіології це також припустимо.

Ще одна з актуальних проблем застосування стовбурових клітин — це лікування пацієнтів із цукровим діабетом.

До клітинних технологій у світі висуваються досить серйозні вимоги. Так, їх культивування має відбуватися в умовах належної виробничої практики (GMP). Велике значення мають характеристики джерела клітин, його мікробіологічний статус, генетичні аномалії, умови отримання та зберігання. Необхідним є також контроль допоміжних речовин (культуральні середовища, сироватки, фактори росту, 3D-каркаси) та умов транспортування.

При застосуванні клітинних технологій зараз виникає багато проблем, серед яких юридичні, етичні, релігійні та біологічні (тканинна сумісність, реакція трансплантат проти хазяїна, інфекції, трансформації, генетичні аномалії).

На думку Г. Бутенка, клітинні технології не можна віднести ні до лікарських засобів, ні до трансплантації органів і тканин, тому очевидно, що виникнуть певні юридичні підстави для виділення їх в окремий напрямок.

Ще однією проблемою є відсутність поки що даних про віддалені наслідки застосування клітинної терапії.

Закінчуючи лекцію, Г. Бутенко зазначив, що клітинна та регенеративна медицина — дуже наукоємний і дуже витратний, але разом з тим і дуже багатообіцяючий напрямок розвитку медицини.

Олександр Устінов,
фото Сергія Бека