Кардиология и кардиохирургия на сайте www.kardio.ru
Домой > Стволовые клетки > Клеточная терапия

Стволовые клетки

Вестник НИИТиИО

Клеточная терапия

Контакты

Функциональная диагностика

Конференция для профессионалов

Конференция для пациентов и их родственников

оригинал статьи находится на сайте "клеточная терапия"

Роль клеточной терапии при заболеваниях сердца

Идея регенеративной терапии с использованием своих или чужих стволовых клеток, а также использование специфических факторов роста, которые стимулируют выход стволовых клеток в периферический кровоток, на сегодняшний день уже стала реальностью.

На сегодняшний день лечение ишемической болезни сердца (ИБС), инфаркта миокарда (ИМ), сердечной недостаточности прошло большой путь - от медикаментозной коррекции и хирургического вмешательства до регенерационной терапии стволовыми клетками (клеточной кардиомиопластики).

Переход этот обусловлен в первую очередь тем, что в отличие от медикаментозного и хирургического методов лечения, при которых пытаются сохранить то, что еще пока не уничтожено инфарктом, при трансплантации стволовых клеток возможно создание новых устойчивых ростков нормально функционирующей здоровой ткани в миокарде. В результате этого и наблюдаются более положительные результаты, по сравнению с классическими способами лечения. Сегодня клеточной кардиомиопластикой при сердечно-сосудистых заболеваниях занимаются в ведущих клиниках Европы, Азии, США и России (Москва, Владивосток, Иркутск, Томск, Новосибирск и др. крупные города). Накоплены неопровержимые доказательства безопасности и эффективности этого метода. В этом обзоре попытаемся выяснить современную стратегию трансплантации стволовых клеток для регенерации миокарда.

Актуальность

Год от года смертность от сердечно-судистых заболеваний (ССЗ) не снижается и стоит на втором месте в мире. Причем 62% смертности от сердечно-сосудистых заболеваний приходится именно на патологию связанную с утратой части работоспособного миокарда (ишемия, инфаркт и др.). Это объясняется тем, что при утрате части миокарда, происходит нарушение самой главной функции сердца - насосной.

Современная фармакологическая и хирургическая медицина начала "буксовать" в поисках новых средств и методик медикаментозного и хирургического лечения, поэтому ученые всего мира обратили внимание на стволовые клетки, которые обладают высокой пролиферативной способностью, а также способностью к запуску механизма регенерации. Феномен регенерации в различных органах и тканях не одинаковый.

Максимальная способность к регенерации наблюдается у крови, что нашло применение в гематологии. Также достаточно выраженную способность к восстановлению демонстрирует печень, когда после удаления большей части восстанавливается до нормальных размеров за достаточно короткий промежуток времени. Другие мезенхимальные органы и ткани также способны к регенерации, но с возрастом эта способность постоянно снижается. Как оказалось, сердечная мускулатура практически не способна к регенерации и без дополнительного вмешательства, к сожалению, не обойтись.


в начало страницы

Современные методы лечения сердечно-сосудистых заболеваний можно объединить в четыре группы:

I. Профилактика тромбоза и атеросклероза

К большому сожалению, в России мало кто заботится о свом здоровье, и обращение к врачам оставляют до тех пор, "пока гром не грянет"

II. Трансплантация целого органа или механического искусственного левого желудочка

У этих методов лечения существуют и свои недостатки: необходимость иммуносупрессивной терапии, дефицит донорского материала, очень высокие цены на лечение

III. Ограничение зоны повреждения и сохранение того, что еще не уничтожено инфарктом.

Пожалуй, самый популярный метод. Он включают в себя как медикаментозное, так и оперативное лечение (различного рода модуляторы, блокаторы, тромболитики, ангиопластика, аортокоронарное шунтирование и т.д.)

IV. Трансплантация стволовых клеток.

Самый современный и максимально эффективный метод. Причем наилучшего эффекта, при использовании этого метода, добились при применении аутологичных (собственных) стволовых клеток. Возможность использования этого метода с хорошим эффектом у пациентов с повторными инфарктами миокарда не оставляет сомнений


в начало страницы

Стволовые клетки

Стволовые клетки - популяция незрелых (недифференцированных) клеток, способных дифференцироваться в различные типы клеток, тем самым, обновляя и замещая утраченные клетки в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Также стволовые клетки способны достаточно продолжительное время воспроизводить себе подобных, на что больше не способен ни один другой тип клеток. Стволовые клетки разделяют по видам: эмбриональные, фетальные, стволовые клетки пуповинной крови и стволовые клетки взрослого человека.

Стволовые клетки и ангиогенез.

Помимо способности стволовых клеток дифференцироваться в различные типы клеток, включая клетки сердца, они также способны стимулировать ангиогенез. Эти два основных свойства и объясняют их широкое клиническое применение в кардиологии. На сегодняшний день, более детально изучены клеточные молекулярные механизмы, посредством которых эндотелиальные и гладкомышечные клетки взаимодействуют между собой. Эндотелиальные клетки сами могут инициировать формирование и рост эндотелиального канала (ангиогенез) в ответ на какое-либо стимулирование. Пре- и эндотелиальные клетки необходимы для дальнейшего формирования сосудов. Присоединение гладкомышечных предшественников, обеспечивает сосуд эластичностью, вазомоторными свойствами и способностью реагировать на изменения перфузии тканей. Эта, более поздняя стадия, называется артериогенезом и играет ведущую роль в формировании коллатералей. Эндотелиальные предшественники могут быть выделены как из периферического кровотока, так и из костного мозга.

Эмбриональные стволовые клетки.

Источником эмбриональных стволовых клеток является бластоциста, которая формируется к пятому дню оплодотворения. Эти стволовые клетки способны дифференцироваться абсолютно во все типы клеток взрослого организма. Но у этого источника стволовых клеток присутствуют еще и недостатки. Во-первых, это юридические и этические вопросы их использования. Во-вторых, эти клетки, при трансплантации, вызывают аритмию, а также способны спонтанно малигнизироваться.

В-третьих, в Росси отсутствует коллекция стволовых клеток, годных для клинического применения.

Фетальные стволовые клетки.

Источником является абортивный материал на 9 - 12 неделе беременности. Фетальные стволовые клетки, также как и эмбриональные, помимо этических и юридических трений, способны вызывать долго не купирующуюся аритмию, и отторжение трансплантанта. Использование непроверенного абортивного материала, чревато осложнениями, такими как, заражение пациента вирусом герпеса, вирусными гепатитами, СПИДом, цитомегаловирусом, микоплазмой. Если же проводить диагностику материала на вирусы, увеличивается себестоимость метода, что в конечном итоге приводит к увеличению стоимости самого лечения.

Стволовые клетки пуповинной крови.

Безусловно, самым идеальным источником стволовых клеток, является плацентарно-пуповинная кровь, собранная после рождения ребенка. Эта кровь очень богата стволовыми клетками. Взяв эту кровь и поместив в криобанк(криобанк - это место, где практически бессрочно, в замороженном виде, при ультранизких температурах можно хранить стволовые клетки, как пуповинной крови, так и взрослого человека.) стволовых клеток, в дальнейшем можно использовать для восстановления практически любых тканей и органов, а также для лечения любых заболеваний, в том числе и онкологических.

Стволовые клетки взрослого человека.

Самым доступным источником, является костный мозг человека, т.к. концентрация стволовых клеток в нем самая максимальная.

В костном мозге выделяют сразу два вида стволовых клеток: первый - это гематопоэтические стволовые клетки, из которых формируются абсолютно все клетки крови, второй - это мезенхимальные стволовые клетки, которые регенерируют практически все органы и ткани. Как правило, используется весь аспират костного мозга, т.н. мононуклеары. Также, источником стволовых клеток является периферическая кровь. Но здесь встает вопрос о специальном оборудовании. Из периферического кровотока СК можно получить, только в том случае, если первоначально их простимулировать к выходу в периферический кровоток, а затем на специальном оборудовании выделить. Также ведутся разработки по применению стволовых клеток мезенхимального ряда, выделенных из жировой ткани человека. При этом можно получить сразу два эффекта, первый - вылечить болезнь, второй - удалить лишний вес. В литературе очень часто можно встретить вопиющую ошибку, что источником взрослых стволовых клеток является спинной мозг. Это происходит из-за того, что об этом пишут люди, незнающие и не имеющие никакого представления о медицине. Дело в том, что спинной мозг, это часть центральной нервной системы. Таким образом, взяв даже незначительную часть этого мозга, нарушается его целостность, в результате чего можно получить паралич нижних конечностей и ряд других осложнений.

Простой пример, что происходит с людьми, которые получили травму позвоночника ...

К вопросу о регенерации.

Правомерным вопросом будет являться: "Так в чем причина того, что органы не регенерирует после повреждения, если у человека есть свои стволовые клетки ?" Ответ на этот вопрос, как простой, так и сложный. Первая причина, это то, что у клеток-предшественников кардиомиоцитов, наблюдается очень низкая скорость превращения в сердечную мышцу.

Второй причиной является то, что в процессе взросления человека наблюдается катастрофическое снижение количества мезенхимальных стволовых клеток: при рождении - 1 стволовая клетка встречается на 10000, к 20 - 25 годам - 1 на 100000, к 30 - 1 на 300000 - 350000. Подойдя к 50 летнему возрасту, в организме уже остается, всего 1 стволовая клетка на 400000 - 500000, причем именно в этом возрасте, как правило, уже появляются такие болезни, как атеросклероз, стенокардия, инфаркт миокарда, инсульт и т.д. Причина катастрофического снижения количества стволовых клеток объясняется тем, что мы растем, взрослеем, стареем, получаем различные травмы, различного рода стрессы, неправильно питаемся, ведем малоподвижный образ жизни, плохая экология и т.д. Также причиной отсутствия регенерации миокарда является еще и то, что отсутствует адекватный доступ к очагу повреждения. Тому причиной является атеросклероз и тромбоз инфаркт-связанной артерии.

Методы введения стволовых клеток при сердечно-сосудистых заболеваниях.

Способы введения стволовых клеток можно разделить на несколько групп. Первая группа - это внутримышечное введение, имеется в виду мышца сердца. Вторая группа - интракоронарное введение, когда во время операции клетки вводятся непосредственно в сосуды сердца. И к третьей группе можно отнести все остальные методы.


в начало страницы

Принцип методики клеточной терапии

Принцип действия стволовых клеток заключается в их уникальных свойствах: стимулирование ангиогенеза, способность к практически бесконечному воспроизведению себе подобных, возможность дифференцироваться в зависимости от микроокружения. По сути, применение стволовых клеток сводится к тому, что необходимо увеличить концентрацию этих клеток там, где они необходимы, т.е. обеспечить адресную доставку.

Результаты

Пока присутствуют морально-этические проблемы применения эмбриональных и фетальных стволовых клеток, говорить о результатах их клинического применения преждевременно, несмотря на то, что они уже есть. Если же говорить о результатах клинического применения стволовых клеток костного мозга, их терапевтическое применение оправдано, т.к. после трансплантации наблюдается уменьшение размеров инфарктной зоны и улучшение насосной функции левого желудочка. Так, например, д-р Stefanie Dimmeler и его коллеги из Университета Гете во Франкфурте наблюдали, что через 4 месяца размеры зоны инфаркта, оцениваемые по объему замедленного заполнения, существенно уменьшилось: с 46 до 37 мл. При этом увеличилась фракция выброса левого желудочка (с 44% до 49), уменьшился его конечно-диастолический объем (с 69 до 60 мл), улучшилась сократительная способность миокарда.

Рекомендации

Безусловно, наилучшие результаты, лечения сердечно-сосудистых заболеваний, да и не только их, можно получить, когда стволовые клетки уже лежат в криобанке, откуда их можно взять в любой момент. Назрела необходимость создания криобанков именных стволовых клеток.

Однако организация банков стволовых клеток только лишь на базе государственных медицинских учреждений приведет к монополии государства, что в свою очередь приведет к торможению развития метода клеточной терапии. Поэтому необходимо разрешить создание криобанков на базе коммерческих клиник. Так, например, в США, на сегодняшний день создано уже более 1500 коммерческих криобанков.

В большинстве развитых стран мира считается, что если Вы не сдали пуповинную кровь своего ребенка в криобанк, Вы, родители, не обеспечили ему здоровое будущее.


в начало страницы

Выводы

1. Использование стволовых клеток костного мозга привело к великолепным результатам, что оправдывает их терапевтическое применение. Отвергать возможность применения эмбриональных и фетальных стволовых клеток не надо, предстоит еще много работы в этом направлении.

2. Пересадка стволовых клеток при повторных инфарктах миокарда возможна, и с хорошим эффектом.

3. Для достижения максимального результата применения клеточной терапии необходимо создание банка собственных стволовых клеток для каждого отдельного человека. При возникновении экстренной ситуации, угрожающей жизни (травма, инфаркт миокарда, инсульт, рак и т.д.), человек имеющий стволовые клетки в криобанке может ими воспользоваться в любую минуту, и вернуть себя к жизни.

Также остаются еще и фундаментальные нерешенные вопросы:

1. Продолжительность действия трансплантированных клеток.

2. Возможности маркирования клеток.

3. Разработка оптимальных показаний для трансплантации.

4. Разработка новых методик к увеличению локальной концентрации стволовых клеток.

Клиническое исследование: Трансэндокардиальная клеточная кардиомиопластика аутологичными клетками костного мозга.

Трансэндокардиальное введение клеток в миокард выгодно отличается от остальных способов клеточной кардиомиопластики. Это, малоинвазивный метод, в отличие от прямого введения клеток в миокард при торакотомии. Выгоднее он и транскоронарной инфузии клеток через баллон при ангиопластике, поскольку клетки можно ввести непосредственно в акинетические и ишемизированные зоны. В исследование вошли 14 человек с ишемической сердечной недостаточностью. Накануне операции из аспирата костного мозга выделяли и отмывали мононуклеарную фракцию. Клетки вводили через NOGA-катетер в зоны, идентифицированные электромеханическим картированием, в среднем около 15 инъекций по 0.2 куб. см.. После этого пациенты наблюдались в течение 4-х месяцев и получали стандартное лечение, как в группе контроля (n=7). Через 2 месяца после введения клеток наблюдалось достоверное улучшение показателей функции левого желудочка (фотоно-эмиссионная компьютерная томография) по срвнению с контролем. Через 4 месяца в экспериментальной группе улучшение фракции изгнания с 20 до 29% и уменьшение конечно-систолического объёма. В зонах инъекций значительно улучшилисьэлектромеханические свойства миокарда (электромеханическое картирование). Таким образом, метод трансэндокардиальной клеточной кардиомиопластики аутологичными клетками костного мозга безопасен, приводит к улучшению функции сердца. Ранее, до применения этого метода в клинике, нельзя было точно сказать: "Есть ли эффект от введения клеток?" Поскольку улучшение могло быть объяснено эффектом шунтирующих операций или ангиопластики, при которых и производили введение клеток. На сегодняшний день метод трансэндокардиального введения клеток является "высшим пилотажем" в клиничекой кардиомиопластике и доказывает эффективность клеточной терапии сердечной недостаточности.

Участники работы: Texas Heart Institute at St Luke's Episcopal Hospital, Houston,USA Hospital Procardiaco, Rio de Janeiro, Brazil (Circ 2003; 107; 18: 2294)

Аскорбиновая кислота - индуктор дифференцировки эмбриональных стволовых клеток в кардиомиоциты.

Как известно, эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) обладают свойством тотипотентности - способностью дифференцироваться во все клетки и типы тканей организма. Попытки получить из ЭСК кардиомиоциты впервые увенчались успехом в 1985 году. С момента развития учения о стволовых клетках клеточные биологи находятся в постоянном поиске химических веществ - индукторов дифференцировки in vitro, обусловливающих получение специализированных клеток из ЭСК. В настоящем исследовании (Harvard Medical School) скринингу подверглись 880 биологически активных веществ на предмет индукции дифференцировки ЭСК в кардиомиоциты. ЭСК предварительно были трансфецированы ген-конструкцией, содержащей сердечный тканеспецифичный промотер и ген флюоресцентного зелёного белка. То есть при образовании кардиомиоцитов клетки начинали светиться зелёным светом в флюоресцентном микроскопе. Оказалось, что только аскорбиновая кислота (витамин С) дают максимальное число светящихся клеток, т.е. кардиомиоцитов. Эти клетки ритмично сокращались и экспрессировали кардиомиоцитарные маркёры. В истории поиска индукторов дифференцировки в кардиомиоциты это первый значительный и самый важный результат. Потребность в наращивании биомассы сокращающихся кардиомиоцитов (для клеточной кардиомиопластики) пока большая, а сама аскорбиновая кислота очень дешёвая.

Кардиотеория

Оригинальное исследование, демонстрирующие высокую миграционную способность стволовых клеток из костного мозга в дефектный орган, было проведено в New York Medical College. Учёные исследовали ткань сердец 8-ми реципиентов - мужчин, получивших донорский орган от женщин. Оказалось, что до 10% клеток (а в некоторых органах до 45%) имели Y-хромосому и отличались высокой регенеративной способностью. Низкодифференцированные клетки - предшественники из желудочков (которых не было в контроле) трансплантированных сердец имели маркёры стволовых клеток. Наибольшее число незрелых клеток было найдено в предсердиях. Всего 12-16 % этих клеток имели Y-хромосому. Эти клетки были негативны по маркёрам костного мозга, но экспрессировали маркёры миоцитов и эндотелиоцитов. Предполагается, что мигрировшие клетки имеют костномозговое происхождение. В одном наблюдении были обнаружены уже зрелые клетки, морфологически не отличимые от донорских, но несущие Y-хромосому, уже через четыре дня после трансплантации. Результаты исследования демонстрируют высокую степень химеризма трансплантированных сердец, вызванную быстрой миграцией и высокой пролиферацией незрелых клеток-предшественников реципиента.

(N Engl J Med 2002; 346: 1: 5-15; 55-56)

Учёные из Johns Hopkins School of Medicine и компании "Osiris Therapeutics" показали возможность дифференцировки человеческих стромальных клеток костного мозга в кардиомиоциты под влиянием ксеногенного микроокружения. Они трансплантировали эти клетки в левый желудочек сердца взрослых мышей. Через неделю после трансплантации выжило лишь небольшое количество донорских клеток, но они уже имели маркёры кардиомиоцитов и их фенотип. Это исследование ещё раз доказывает огромную роль микроокружения в дифференцировке клеток.

(Circulation 2002; 105; 1: 93-98)

Найден маяк для стволовых клеток

Чтобы спасательная команда начала спасать человеческие жизни, ее надо доставить к месту аварии. Точно также, необходимо показать направление движения стволовой клетке, чтобы она ринулась восстанавливать поврежденное сердце. " Это утверждает доктор Марк Пенн (Marc Penn), кардиолог Кливлендской клиники. На базе этой клиники были сделаны два ключевых открытия. Первое - то, что сердце пытается себя восстановить после сердечно приступа, выделяя молекулу SDF - 1 в течение нескольких дней после приступа. Второе - то, что выделение молекулы SDF - 1 действует как маяк, для периферических стволовых клеток, вызывая их для ремонтных работ. Клеточная терапия инфарктных и постинфарктных состояний сердца имеет несколько форм. В некоторых случаях используют мезенхимальные стволовые клетки костного мозга. В других случаях, берут стволовые клетки пупочного канатика. Но эти процедуры имеею нерешенные проблемы. Стволовые клетки пупочного канатика могут быть атакованы иммунной системы. Открытие SDF - 1 может преодолеть все проблемы, т.к. дает нам возможность перемещать стволовые клетки естественным образом, циркулирующие в организме, а их ежедневно из костного мозга в периферическую кровь выходит около 30000, и в данном случае на помощь придут именно те клетки, которые способны дифференцироваться в сердечную мышцу. В рецензии на статью, опубликованную в журнале The Lancet, доктором Пенном, отмечается: "Проведенное исследование вызывает заслуженный интерес, но есть вопросы к авторам данной работы. Исследования проводились только на крысах, и нет никаких доказательств роста сердечной мышцы." На данные критические замечания доктор Пенн ответил: "Исследования на людях будут проводиться в течении следующих двух лет.

И что им с коллегами жаль, что они не могут наглядно продемонстрировать мышечного роста, стимулированного стволовыми клетками, но они действительно установили улучшение сердечной деятельности, чего в конечном счете и добивались."

Источник - AberdeenNews.com Copyright 2003


в начало страницы