Мировой опыт
Гемафонд / Для специалистов / Применение в Украине и мире / Мировой опыт
Классическая медицина, которая на протяжении тысячелетий базировалась на скальпеле и химических веществах, очевидно достигла наивысшей стадии своего развития: современные врачи успешно боряться с инфекцией, которая еще полвека назад забирала миллионы жизней, проводят ювелирные операции, в том числе по пересадке органов, однако часто оказываются бессильными перед прогрессирующей формой рака, СПИДом, сахарным диабетом, болезнью Альцгеймера и рядом других тяжелых болезней, ход которых на сегодняшний день можно лишь частично контролировать. И как ни странно, именно в эру глобальной технификации последующее развитие медицины, которое направлено, прежде всего, на борьбу со злокачественными новообразованиями, СПИДом, тяжелыми анатомическими аномалиями однозначно связывают именно с неограниченным терапевтическим потенциалом самого организма больного, а точнее с его собственными стволовыми клетками, которые после соответствующей обработки могут приобретать свойства уникальных лекарств, способных атаковать как злокачественную клетку, так и вирус иммунодефицита человека, или же дифференцироваться в структуры нервной или сердечной тканей.
Лечебные технологии с использованием стволовых клеток занимают все более уверенное место в терапии широкого ряда онкологических, гематологических, неврологических и кардиологических заболеваний, переходя из лаборатории в клиническую практику.
Гематология
Первую в мире трансплантацию пуповинной крови выполнила в 1988 г. в Париже профессор Элиан Глюкман мальчику, больному, анемией Фанкони, положив начало эры применения пуповинной крови в медицине. На сегодняшний день опыт клинического применения пуповинной крови, по данным международной организации NETCORD, уже насчитывает свыше 20 000 трансплантации у детей и взрослых. Согласно данным WMDA (World Marrow Donor Association – Всемирная ассоциация доноров костного мозга) трансплантаты пуповинной крови составляют до 22% всех источников гемопоэтических стволовых клеток для аллогенной трансплантации. Гемопоэтические стволовые клетки в основном используются с целью восстановления кроветворения после радикальной химио-, радиотерапии при лечении гемобластозов. Такая же миелоаблативная практика с последующей трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток приобретает все более широкое применение и в лечении солидных опухолей и тяжелых форм системных заболеваний соединительной ткани.
Кроме лечения гемобластозов, трансплантация гемопоэтических стволовых клеток является основным методом терапии апластических анемий, лучевой болезни. Ежегодно в мире рождается около 300 000 больных талассемией и серповидноклеточной анемией, которых может спасти лишь трансплантация гемопоэтических стволовых клеток. Именно при лечении серповидноклеточной анемии у детей уже наработан успешный опыт применения стволовых клеток пуповинной крови. Модифицированые in vitro гемопоэтические стволовые клетки также исследуется в лечении генетических заболеваний системы свертывания крови. Например, американским ученым удалось с помощью стволовых клеток восстановить свертываемость крови у мышей, больных гемофилией.
Применение стволовых клеток в иммунологии
Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток, в том числе пуповинной крови, широко применяется вместо трансплантата костного мозга для лечения ряда врожденных иммунодефицитов. В последние годы близки к внедрению в клиническую практику методики пренатальной трансплантации гемопоэтических стволовых клеток при тяжелых формах иммунодефицитов. Также в последние годы на стволовых клеткахбазируются подходы к созданию новой вакцины, прежде всего с противоопухолевой активностью.
С помощью сочетания клеточных технологий и генетической инженерии (введение в стволовую клетку гена, который блокирует вирус иммунодефицита человека) ученые пытаются преодолеть СПИД, путем создания у больных «параллельной иммунной системы», которая сможет бороться с этой болезнью. Ученым давно известно, что среди большой европеоидной рассы есть малая кавказская группа, устойчивая к вирусу иммунодефицита человека. Эти люди никогда не болеют СПИДом. И если больному СПИДом пересадить костный мозг (т.е. иммунную систему) от представителя этой рассы, гипотетически его можно вылечить. Это было доказано, когда в 2008 г. в Германии 40-летнему больному СПИДом, который 10 лет принимал противовирусные препараты, пересадили костный мозг от представителя этой группы с целью лечения лейкоза, одновременно пациента удалось вылечить и от СПИДа. Сейчас в мире активно ведутся исследования в направлении генетического модифицирования стволовых клеток с целью придания им свойств, обусловливающих резистентность к ВИЧ. Два таких клинических исследования сейчас проходят в Калифорнии и Сиднее.
Иной нишей для клинического применения гемопоэтических стволовых клетокявляются генетически обусловленные болезни метаболизма. Американскими учеными даже разрабатываются подходы к трансплантации стволовых клетокпуповинной крови еще на 12-14 неделе гестации при пренатально диагностированных генетических болезнях метаболизма.
Кардиология
Не смотря на значительные достижения современной медицины, сердечно-сосудистые заболевания продолжают занимать первое место в структуре заболеваемости и смертности во всем мире.
Как известно, инфаркт миокарда характеризуется значительной потерей кардиомиоцитов, которая перерастает в ухудшение сократительной функции сердца. Ограниченная способность кардиомиоцитов человека к восстановлению и пролиферации не могут предотвратить формирование рубца и снижение функциональной способности сердца. Однако, исследования последних лет, связанные с изучением эффективности применения стволовых клеток в лечении заболеваний сердечно-сосудистой системы, являются чрезвычайно оптимистичными.
Экспериментальные исследования показывают, что высокоселективные гемопоэтические стволовые клетки, которыми богаты костный мозг и пуповинная кровь, способствуют восстановлению миокарда путем неоваскуляризации, снижения апоптоза и стимуляции кардиомиогенеза.
Таким образом, на стыке инвазивной кардиологии, молекулярной биологии, генетики, фундаментальной и клинической иммунологии возникло новое направление в лечении ишемической болезни сердца – клеточная кардиомиопластика.
Клеточная кардиомиопластика, как терапия стволовыми клетками, направленная на восстановление миокарда, в данный момент активно проходит экспериментальные и клинические исследования относительно эффективности лечения ишемических и неишемических заболеваний сердца.
Показания к кардиомиопластике включают инфаркт миокарда, идиопатическую дилатационную кардиомиопатию, диабетическую кардиомиопатию, болезнь Чагаса (трипаносомоз), ишемическую митральную регургитацию, кардиомиопатию у детей.
Источники стволовых клеток, которые желательно использовать, зависят от типа заболевания, которое лечится. Например, для лечения острого инфаркта миокарда необходимы клетки, которые уменьшали бы степень некроза, тогда как при сердечной недостаточности показаны стволовые клетки, которые будут способствовать миогенезу, останавливать механизмы апоптоза.
Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран мира показывают, что лечение гемопоэтическими стволовыми клетками улучшает сократительную функцию левого желудочка, уменьшает зону инфаркта, востанавливает поврежденную ткань сердца даже давностью до 8,5 лет, обеспечивает увеличение фракции выброса левого желудочка, положительно влияет на состояние больных с хронической сердечной недостаточностью.
Кроме интракоронарного или внутривенного введения стволовых клеток с целью повышения регенеративного потенциала миокарда активно обсуждается вопрос мобилизации стволовых клеток в кровеносном русле путем назначения гранулоцитарного стимулирующего фактора роста.
Не менее важным заболеванием сердечно-сосудистой системы, учитывая высокую инвалидизацию лиц работоспособного возраста является критическая ишемия нижних конечностей. На сегодняшний день разработаны методы клеточной терапии, которые стимулируют ангиогенез при этом заболевании. Проведенные клинические исследования (3 фаза) доказали безопасность использования при ишемических заболеваниях конечностей аутологических мононуклеарных клеток костного мозга или периферической крови. Еще свыше 700 пациентов в мире пролечено таким же методом в неконтролированных исследованиях.
Несколько исследований подтверждают перспективность данного направления в лечении мигрирующего тромбангиита - болезни Бюргера. Также учеными рассматривается возможность выращивания из стволовых клеток имплантов сосудов для пациентов, которые не имеют соответствующих венозных трансплантатов.
На сегодняшний день в мире несколько научных групп активно работает над выращиванием из стволовых клеток клапанов сердца и имплантов сосудов, поскольку патология клапанного аппарата сердца – серьезная причина ухудшения качества жизни и смертности во всем мире, а существующие протезы клапанов сердца, включая как механические клапаны, так и биологические ксено- или гомографти характеризуются рядом недостатков. Прогнозируется, что сердечные клапаны, полученные путем тканевой инженерии, будут лишены этих недостатков.
Отработка методики тканевой инженерии клапанов сердца из стволовых клеток особенно важна для детей с врожденными пороками сердца, поскольку имплантированные им искусственные клапаны не растут, и требуют замены по мере роста ребенка, которая каждый раз сопровождается хирургической операцией на открытом сердце.
По словам д-ра Ральфа Содиана, руководителя проекта по выращиванию из стволовых клеток пуповинной крови клапанов сердца (Германия, Мюнхен) - тканевая инженерия перспективна относительно создания идеального протеза клапана сердца, который будет функционировать всю жизнь, расти с реципиентом и приобретать нужную форму.
На сегодняшний день в мире проводятся уже экспериментальные исследования на животных биопротезов клапанов сердца, полученных путем тканевой инженерии. А в Токийском женском медицинском университете с 2000 по 2004 гг. 42 детям с различными пороками развития крупных сосудов грудной полости пересадили артерии, выращенные из собственных клеток костного мозга на нетканевой матрице из полилактида и капролактона, укрепленных поли-L-лактатом.
Применение стволовых клеток в пульмонологии
В профессиональной литературе появляются все больше сообщений об эффективности применения стволовых клеток в лечении воспалительных заболеваний органов дыхания а также эмфиземы легких, бронхиальной астмы (в программе иммуносупрессивной терапии со следующей трансплантацией гемопоэтических стволовых клеток), фиброза и травматического повреждения легких.
Канадские ученые запатентировали метод предупреждения кислородного повреждения легких у недоношених детей с использованием собственных стволовых клеток. Пересаженные стволовые клетки встраивались в ткань легочных альвеол и экспрессировали белки С сурфактанта, что указывает на возможность их дифференциации в альвелярные пневмоциты II типа.
Применение стволовых клеток в эндокринологии
Распространенность сахарного диабета составляет около 4—5% всей популяции, а в лиц старше 65 течение — 10—15% и удваивается каждые 10-15 течение. Многие эндокринологи считают, что заболеваемость сахарным диабетом уже сегодня носит характер пандемии. . В Украине количество больных сахарным диабетом достигает 5 млн человек. Заболеваемость сахарным диабетом носит семейный характер, и риск заболеть сахарным диабетом ІІ типа составляет 40%, если болели близкие родственники. Причем, если отец болел сахарным диабетом, вероятность, что заболевание возникнет в ребенка достигает 50%, и 35% - если болеет мать. Эффективных методов лечения этого заболевания не разработано. Современным и многообещающим подходом к лечению сахарного диабета является клеточная терапия. С этой целью исследуются галогенные и ксеногенные культуры клеток островков Лангерханса, стволовые клетки костного мозга и пуповинной крови. Регенеративная терапия панкреатических бета-клеток может сочетаться со вторыми терапевтическими направлениями, включающими трансплантацию панкреатических островков, клеточную, генную и медикаментозную терапию и неогенез.
Трансатлантическая команда ученых, которую возглавляют профессор Колин МакГукин из Центра пуповинной крови университета Ньюкасла и профессор Ларри Деннер из Техаского университета из стволовых клеток пуповинной крови вырастили человеческую ткань, продуцирующую инсулин. «Успех этой работы показывает важность развития клеточных технологий в глобальном масштабе. Это дополнительный шаг навстречу больным диабетом», - говорит профессор МакГукин. Также по словам профессора МакГукина (США): «Сахарный диабет может пол одным из заболеваний, которые успешно лечатся клеточными технологиями».
А исследователи из Флоридского университета впервые показали, что внутривенное введение собственной пуповинной крови приводит к снижению потребности в инсулине у детей, больных сахарных диабетом, улучшает функциональные показатели иммунной системы.
Похожее исследование проходило в Northwestern University в Чикаго под руководством д-ра Ричарда К. Бурта, в котором приняло участие 23 больных в возрасте вот 13 до 31 года с впервые выявленным сахарным диабетом. Всем провели трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток, и на протяжении 19 месяцев больные из группы исследования не принимали инсулин. У некоторых этот период длился до 3 лет.
Кардиально новый подход к лечению сахарного диабета был представлен в марте 2010 г. в Вене на ежегодной конференции Европейской ассоциации по трансплантации крови и костного мозга. посредством применения химиотерапии для угнетения аутоиммунного ответа, направленного против бета-клеток инсулярного аппарата поджелудочной железы и последующей трансплантации аутологичных ГСК. Однако такое лечение целесообразно только в первые месяцы после выявления сахарного диабета 1 типа. Такое исследование было проведено в Бразилии, и показано, что 14 из 21 пациентов после иммунобиологической терапии гемопоэтическими стволовыми клетками до 4 лет обходились без инсулина. 8 пациентов прошли подобное лечение в Польше и не нуждались в инсулине от 6 до 60 дней. Больным также проводился плазмаферез и они еще получали антитимоцитарный глобулин [E.Snarski, T.Torosian, Poland, 2010]. С целью лечения сахарного диабета изучается также возможность пересадки клеток панкреатических островков в костный мозг.
Клеточные технологии в лечении слепоты и глухоты
В последнее десятилетие появилось достаточно публикаций об успешном применении стволовых клеток в лечении врожденных пороков зрения, пигментозного ретинита, атрофии зрительного нерва, дегенерации сетчатки, ожогах глаз. Например, австралийские ученые из стволовых клеток вырастили лоскут роговицы (Мельбурнский университет). Имеются данные о выращенном в лабораторных условиях глазном яблоке.
Разрабатываются подходы к применению стволовых клеток в лечении глухоты. В частности, британские ученые в лабораторных условиях вырастили клетки, ответственные за слух. Проводятся эксперименты на животных относительно возможности имплантации функциональных клеток при полной потере слуха. Американским ученым удалось из стволовых клеток восстановить ушную раковину.
Репродуктивная медицина
Тканевая иженерия подает надежде на преодоление мужского и женского бесплодия и решение другой проблемы, связанной с функциональной деятельностью репродуктивной системы у людей, у которых доступные консервативные или хирургические методы лечения не дают желаемый эффект.
Группи британских, американских и японских ученых неоднократно сообщали о получении из стволовых клеток яйцеклеток и сперматозоидов. Пока что с такой целью ученые использовали эмбриональные стволовые клетки, но учитывая, что пуповинная кровь содержит близкую к эмбрионным мультипотентные стволовые клетки, последняя может также рассматриваться как перспективное сырье для создания биоискусственных гамет. В данном направлении также разрабатываются подходы к имплантации в гонады культуры герминальных клеток, например, у женщин применяются аутологическаие стволовые клетки яичников.
Цель таких проектов не только использование искусственно культивируемых гамет для лечения бесплодия, но и получение лабораторной модели для более глубокого исследования спермато- и оогенезу.
Стволовые клетки именно пуповинной крови все шире исследуются в лечении эректильной дисфункции у больных сахарным диабетом.
А в ученые института регенеративной медицины университета Уэйк Форест из клеток, выделенных из кавернозной ткани кролей, вырастили функционирующие пещеристые тела полового члена. Через месяц после вживления их кролям у животных полностью возобновлялась половая функция. После спаривания самцов, которым имплантировали искусственно выращенные пещеристые тела с самками у восьми из двенадцати самок во влагалищных соскобах были обнаруженные сперматозоиды, а у четырех из них – развилась беременность.
Этапы тканевой инженерии пещеристых тел состояли из выделения соответствующих из пещеристых тел миоцитов и эндотелиоцитов, их культивирование и последующее засевание на трехмерный каркас, который интракавернозно имплантировался кролям. Уже через месяц ученые наблюдали у кролей формирование структурированной васкуляризированной ткани. Учитывая уникальную структуру пещеристой ткани полового члена, ее успешное лабораторное культивирование указывает на значительный прорыв в сфере тканевой инженерии.
По прогнозам исследователей, данный метод позволит улучшить эффективность терапии больных с врожденными аномалиями, раком и травмами половой системы, а также может быть применен в реконструктивной урологии и для лечения некоторых форм эректильной дисфункции.
Тканевая инженерия в ортопедии и стоматологии
Клеточная терапия уже достаточно широко применяется в лечении травматических и дегенеративных заболеваний суставов и переломах, которые не срастаются в течение длительного времени. Не менее важным вопросом для ортопедии/травматологии является биоинженерия костной и хрящевой ткани. В этом направлении чрезвычайно перспективными являются популяциии мезенхимальных стволовых клеток. Например, доказано, что из 500 мг мезенхимальных стволовых клеток может образоваться 3 кг костной ткани. Мезенхимальные стволовые клетки можно выделить из костного мозга, пуповинной крови, пульпы зубов. Нуждаются в более глубоком изучении в качестве источника стволовых клеток, пригодного для применения в целях ортопедической биоинженерии менструальная кровь, жировая ткань.
Финские ученые из университета в Тампере пересадили мужчине верхнюю челюсть, выращенную из его собственных стволовых клеток. А в Йоркском университете начат 3-летний проект, цель которого вырастить костные клетки из стволовых клеток пуповинной крови. Проект осуществляется при поддержке Европейской комиссии, и его финансирование составляет 1.6 млн фунтов стерлингов.
В последние годы также активизировались исследования относительно возможности выращивания из стволовых клеток имплантов зубов. Японским ученым удалось вырастить из стволовых клеток зуб у мыши. Коллектив исследователей из Форсайтовского института вырастили из стволовых клеток живой зуб у свиньи. А британские ученые под проект по выращиванию из стволоваяой клетки зубов получили грант на 500 тысячи фунтов стерлингов. Они будут имплантировать в десну человека специально запрограммированые стволовые клетки, в результате чего на месте потерянного зуба должен вырасти новый. Данный метод протезирования имеет значительные преимущества перед искусственными зубами, в частности не будет иметь негативного влияния на десну и соседние зубы.
Ожидается, что в недалеком будущем данная технология станет общедоступной, а будет стоить такой имплант так же, как обычное протезирование. Правда, американские ученые прогнозируют возможность выращивания зубов из стволовых клеток лишь лет через 10, хотя д-р Памела Елик из Гарвардской школы стоматологии считает, что стоматологи смогут использовать стволовые клетки значительно раньше с целью заполнения ими полость в зубе вместо пломбировочных материалов.
Инструкция по сбору пуповинной крови