Новые направления клеточной биологии

Конец ХХ и начало XXI века ознаменовались всплеском интереса к проблемам клеточной биологии. В значительной степени это связано с тем, что достижения в этой области могут оказаться исключительно перспективными для репаративной медицины, т.е. той части медицины, которая занимается пересадкой, восстановлением и воссозданием у человека искусственных органов взамен больных или утраченных.

В современной трансплантологии в большинстве случаев используются человеческие донорские ткани и органы, из-за чего после трансплантации возникает ряд неизбежных осложнений. Конечно, по сравнению с вопросом жизни и смерти они могут показаться незначительными, но все же большинство из них меняет качество жизни пациента, получившего донорский орган. Прежде всего, это необходимость пожизненной иммуносупрессии – подавления иммунных реакций пациента для предотвращения или ослабления тканевой несовместимости (реакции «трансплантат против хозяина» и «хозяин против трансплантата»). Актуальным остается вопрос о возможности передачи пациенту опасных заболеваний вместе с пересаженными органами. Ну и, кроме того, до сих пор сохраняется и, по всей видимости, останется таковым в ближайшие годы острый дефицит донорских органов.

Есть и другая сторона проблемы: существуют состояния, при которых хирургическое вмешательство невозможно или малоэффективно, например когда больной страдает выраженным недостатком функционально активной ткани.

О том, что в ближайшие десятилетия, скорее всего, мы сможем отказаться от трансплантации большей части донорских органов и повысить уровень регенерационных процессов в тканях организма, свидетельствуют обнадеживающие результаты, полученные в таких направлениях медицинской науки о трансплантации органов и тканей, как клеточная трансплантология и тканевая инженерия.

Клеточная трансплантология предполагает введение клеток в больной организм для его лечения. Она может проводиться для замещения нефункционирующей или дефектной ткани или клеточной популяции; стимуляции собственных стволовых клеток организма и усиления репаративной регенерации и даже для адресной доставки лекарственных средств, генетических конструкций и биомолекул.

Тканевая инженерия позволяет решить вопрос о том, где, а главное – как получить достаточное для восстановления органов и тканей количество регенерационного материала для последующей трансплантации, и занимается созданием биоискусственных, или биоартифициальных, органов с последующей пересадкой их в организм.

Клетки, используемые как в клеточной трансплантологии, так и в тканевой инженерии, могут быть собственными (аутогенными), донорскими (аллогенными) или взятыми у животного с предварительно подавленным иммунитетом (ксеногенными). Еще в середине прошлого века морфологи и биологи научились их культивировать вне организма так же, как выращивали бактерии и дрожжи, и длительно поддерживать культуру клеток в живом состоянии. Это позволило вплотную подойти к возникновению и развитию новых отраслей клеточной биологии.

Клеточная трансплантология

Немного истории

Сама идея об использовании вносимых извне клеток для лечения организма возникла более века назад. Уже в 1890 г. Томсон в Нью-Йоркском университете проводит эксперименты по пересадке клеток головного мозга от кошки собаке. В 1884 г. Вильямс подкожно имплантирует больному сахарным диабетом фрагменты ткани поджелудочной железы овцы. Однако первой научно обоснованной клеточной трансплантацией у человека считается проведенное Р.Оттенбергом в 1907 г. переливание АВ0-совместимой крови.

В 1931 г. в Швейцарии Пауль Ниханс спас от смерти больную, которая после ошибочного удаления паращитовидной железы находилась в судорожном состоянии, – он впервые в мире пересадил ей суспензию клеток этой железы от теленка. Интересно, что в это время П.Ниханс разрабатывал метод «замораживания–высушивания» кофе для компании «Nestle» и удачно применил его для заморозки клеток животных, которые затем пересаживал. После такого успеха терапия с помощью замороженных клеток животных и человека, получившая название «метод Ниханса», широко распространилась в Западной Европе. Примерно в это же время во Франции русский врач С.Воронцов занимается процессами омоложения, делая пожилым людям инъекции фетальных (эмбриональных) клеток животных и человека.

Кроме описаний успешных экспериментов, в научных журналах появлялось немало сообщений и о летальных исходах из-за инфекций и иммунных реакций, вследствие чего в конце 1980-х гг. «клеточную терапию» запретили в Германии, а затем и в США.

Современный этап развития клеточной терапии начался с 1968 г., когда Е.Д. Томас (Университет штата Миннесота, США) впервые в мире пересадил больному лейкемией костный мозг, взятый у его родственника. А к настоящему времени этот метод стал практически безальтернативным способом лечения онкологических заболеваний крови.

В конце ХХ в. начали интенсивно развиваться нейротрансплантация, клеточная кардиомиопластика, пересадка островковых клеток поджелудочной железы. В последние годы стали активно изучать стволовые клетки (эмбриональные и взрослого организма) как более перспективный клеточный материал для трансплантации. Основные события в истории развития клеточной трансплантации приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные события в истории развития клеточной трансплантологии (по Берсеневу А.В., 2005)

Развитие современной клеточной терапии

Трансплантация клеток является основным инструментом современной регенеративной медицины и включает следующие последовательные этапы: выделение клеток из ткани, их очистку, фракционирование, культивирование, ген-модификацию и др. и введение в организм донора. Все разнообразие клеточных технологий и направлений, образующих современную регенеративную медицину, представлены на рис. 1.

Рис. 1. Основные направления клеточных технологий

В настоящее время разработаны методы, позволяющие выделять нужную популяцию клеток и хранить ее в криобанках. Это обеспечивает постоянный доступ к трансплантационному материалу и дает возможность помочь большему числу больных.

Для клеточной трансплантации используют как стволовые, так и дифференцированные клетки (гепатоциты, бета-клетки поджелудочной железы, фибробласты, хондроциты). Экспериментально доказано, что даже небольшое количество высокоспециализированных клеток может компенсировать функцию пораженного органа.

Клеточная трансплантология тесно связана с пептидной терапией, которая возникла при изучении механизмов действия пересаженных клеток и регенерации их в организме, и затем выделилась в отдельное направление регенеративной медицины. Среди способов лечения, предлагаемых пептидной терапией, – введение рекомбинантных факторов роста, стимулирующих регенерационные процессы в ткани. Однако после введения рекомбинантных факторов роста или некоторых генных конструкций возможно образование антител и отторжение трансплантата, в то время как использование для пересадки собственных клеток позволяет избежать необходимости подавлять иммунные реакции отторжения, имеющие место при пересадке донорских органов.

Однако, будучи одной из самых активно развивающихся областей медицины, клеточная трансплантология сталкивается в клинике с целым рядом осложнений (табл. 2).

Таблица 2. Осложнения при клеточной трансплантации

Клиническое применение

За последние десятилетия было предложено более тысячи экспериментальных разработок, и только единицы стали применяться в клинической практике. Однако их значение огромно. Например, благодаря внедрению трансплантации гемопоэтических клеток некоторые формы детской лейкемии и анемий стали принципиально излечимы, а сотни больных сахарным диабетом смогли обходиться без ежедневных инъекций инсулина после введения островковых клеток поджелудочной железы.

Если раньше трансплантация костного мозга приравнивалась к пересадке органа и эту операцию могли выполнять только в крупных лечебных центрах, теперь как альтернатива широко внедряется трансплантация клеток пуповинной крови и гемопоэтических клеток.

Продолжение следует

По материалам журнала

«Клеточная трансплантология и тканевая инженерия», 2005, № 1