Клинических исследований стволовых клеток

Впервые концепция стволовых клеток (СК) была предложена русским учёным Александром Максимовым в 1908 г. Современная история использования СК началась в 1968 г., когда группой учёных под руководством Роберта Гудда была проведена трансплантация СК ребёнку с тяжёлым врождённым комбинированным иммунодефицитом. В 1969 году Томас Е. Д. произвёл первую пересадку костного мозга больному лейкемией, за что впоследствии, в 1990 г., вместе с Дж. Мюрреем, впервые пересадившим почку, был удостоен Нобелевской премии в области медицины. В 70-х годах ХХ века советскими учеными Фриденштейном А.Я. и Чертковым И.Л. закладываются основы науки о стволовых клетках костного мозга. В 80-х годах была проведена первая трансплантация стволовых клеток, полученных из периферической крови.Но настоящий прорыв в этой области произошёл в 1998 г., когда американским учёным Джеймсу Томсону и Джону Беккеру удалось выделить человеческие эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и получить первые линии этих клеток. Опубликованные в 1999 г. в журнале «Science» результаты экспериментов были признаны третьим по важности событием в биологической науке ХХ века после открытия двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека.

Самым важным свойством стволовых клеток, определившим бурный рост исследовательских проектов с использованием СК, является плюрипотентность, то есть способность дать начало, по меньшей мере, 350 различным типам клеток. Это свойство открывает широкие перспективы практического использования СК в биологии и медицине. Потенциально, во всех случаях, когда какое-либо заболевание связано с «клеточной поломкой», могут быть использованы СК. В настоящее время терапия СК стала рутинным методом в гематологии (трансплантация костного мозга), получены обнадеживающие результаты в кардиологии, хирургии (лечение трофических язв). Получены некоторые данные, позволяющие надеяться на успешное применение СК в неврологии.

Основной принцип лечения СК заключается в простой, но в то же время эффективнойидее: доставить в место поломки дифференцированных клеток новые – молодые мультипотентные СК, которые под воздействием микроокружения данной ткани дифференцируются в зрелые, способные выполнять специализированную функцию, клетки. Схема лечения, чаще всего, выглядит следующим образом: мобилизируются аутологичные СК, например, из периферической крови или пунктата костного мозга после терапии колониестимулирующим фактором, затем данные клетки банкируются (помещаются в банк стволовых клеток). До этапа банкирования могут применяться технологии увеличения количества СК in vitro – экспансия СК. В банке стволовых клеток осуществляется хранение клеток. Иногда клетки используются сразу после мобилизации, минуя этап банкирования. Другой источник клеток для проведения курса лечения – аллогенные эмбриональные клетки из специализированных банков СК. Затем СК доставляются к пораженному органу.

Пример 29

В качестве примера такого лечения можно привести операцию, проведенную в Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева, где 35-летнему пациенту с дилатационной кардиомиопатией была проведена реконструкция полости левого желудочка с помощью синтетической заплаты, а также имплантация собственных стволовых клеток в миокард путём множественных инъекций. До вмешательства фракция изгнания (соотношение объёма крови, наполняющего левый желудочек сердца и изгоняемого из него) равнялась 1,7% (нижняя граница нормы 50%), пациент не вставал с постели, любая нагрузка приводила к возникновению одышки. После операции объём левого желудочка пациента уменьшился на треть, а фракция изгнания на следующий день возросла в два раза.

 

Пример 30

Ещё более показательным может быть пример терапии СК болезни Паркинсона. Специалистами компании Celmed BioSciences были проведены первые опыты на добровольцах, результаты которых можно назвать очень удачными. Эффект достигался за счёт пересадки клеток, которые были выращены в лаборатории из собственных стволовых клеток пациента. Первым человеком, которому помогла экспериментальная методика, стал бывший 57-летний пилот истребителя. Предварительно врачи взяли участок его мозга, из которого были выделены клетки, которые в дальнейшем культивировались в лабораторных условиях. Около 20% полученных таким образом нейронов секретировали дофамин. После процедуры исследования двигательной функции проводились через три, шесть, девять месяцев и через год. Через три месяца, по заключению независимых неврологов, состояние улучшилось на 37%. Через год после процедуры уже после отмены обычных лекарственных препаратов движения улучшились на 83%. Один из авторов исследования Мишель Левеск из Медицинского центра «Сидерс-Синай», который также занимает важный пост в Celmed BioSciences, получил от американского FDA разрешение на переход ко второй фазе клинических испытаний.

Разберем более подробно, что же такое СК.

Термин «стволовая клетка» определяет отдельную клетку или группу клеток-предшественников, обладающих способностью к самообновлению и дифференцировке в специализированные ткани.

По происхождению стволовые клетки можно разделить на:

1) Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК):

a) тотипотентные – клетки эмбрионов и внезародышевых оболочек до имплантации (11 день после оплодотворения), способные дифференцироваться в полноценный организм;

b) полипотентные клетки эмбриона с постимплантационного периода до 8 недели включительно, способные дифференцироваться в целостный орган или тканевую структуру.

2) Фетальные стволовые клетки (ФК): клетки, находящиеся в пуповинной крови, плаценте, способные трансформироваться в разные типы клеток (мультипотентные клетки).

3) Клетки взрослого организма:

a) гемопоэтические стволовые клетки — находящиеся в кроветворных органах и крови, способные давать начало, в основном, различным росткам кроветворения;

b) мезенхимальные (стромальные) стволовые клетки, находящиеся в костном мозге, обладающие способностью к дифференцировке в остеобласты, хондроциты, теноциты, адипоциты, миобласты, фибробласты;

c) стволовые клетки других тканей (регионарные) [кожи, сосудов, нервной ткани и других] находятся в соответствующих тканях и дифференцируются в клетки этих тканей.

 

Помимо этого можно выделить подгруппу эмбриональных СК, получаемых путём терапевтического клонирования. Для этого у пациента берут соматические клетки. Из них удаляют ядра с генетической информацией. Затем берутся донорские яйцеклетки. Из этих яйцеклеток удаляется ядро и на его место вводится ядро клетки ткани пациента, несущее его наследственную информацию. В лабораторных условиях она делится до стадии бластоцисты.

Подавляющее большинство используемых стволовых клеток принадлежат к двум большим группам: клетки, получаемые из эмбриона, при этом эмбрион гибнет, и клетки, получаемые от взрослого организма. Клетки, полученные из каждой группы, имеют свои преимущества и недостатки.

При использовании СК в терапии тяжёлых, прежде неизлечимых, заболеваний, возникают определённые проблемы – научные, этические и юридические. Рассмотрим их более подробно.

Основные научные проблемы. Неизвестны досконально процессы, влияющие на дифференцировку клеток и трудно предсказуемы все возможные последствия использования СК. Для корректной дифференцировки стволовых клеток необходимы многочисленные факторы, например, механическое натяжение, разнообразие электрических полей, комплекс микроокружения, способствующих упорядоченной активации и экспрессии генов. Обеспечить полное соответствие условий клеточной дифференцировки in vivo и in vitro, к сожалению, пока невозможно. Совсем недавно учёные из университета Джона Хопкинса сделали заявление о том, что для определения пути развития стволовых клеток, содержащихся в костном мозге, решающее значение имеют не молекулярные сигналы, а форма, которую клеткам приходится принимать, и размер их личного пространства.

В апрельском выпуске «Developmental Cell» за 2004 г. исследователи написали, что мезенхимальные стволовые клетки становятся жировыми, если их заставить принять сферическую форму, и костными – если дать им растягиваться и принимать форму плоскую. По словам Кристофера Чена, одного из авторов открытия, «нас изначально интересовало, не оказывает ли форма клеток влияния на их дифференциацию в дальнейшем, ведь каждый тип клеток имеет форму, специфичную для своих функций. В результате оказалось, что не только оказывает, но и, более того, это влияние – решающее! Под его воздействием клетка начинает испускать сигналы, реагируя на которые клетка и становится жировой или костной».

Через неделю проведения эксперимента стало ясно, что около 45% клеток, которые вынудили принять округлую форму, начали видоизменяться в направлении жировой ткани, а 50% клеток, которые оказались растянутыми – в направлении ткани костной. По прошествии четырех недель все клетки приняли вид, продиктованный их формой. Этот пример показывает насколько трудно обеспечить необходимое и корректное развитие СК. Помимо этого, иногда, бывает сложно определить, что именно получилось в процессе развития СК – полностью функциональная специализированная клетка ожидаемой ткани или же «промежуточная» клетка, несущая на своей поверхности несколько рецепторов, характерных для данного вида ткани, но не способная полностью заменить дефектные клетки.

Другой серьёзный вопрос, на который пока нет однозначного ответа, касается реакции полученных клеток на лекарственные вещества, используемые пациентом. Эти вопросы поднимают серьёзную проблему оценки качества образовавшихся в организме клеток.

Не меньшая проблема появляется при использовании клеток, полученных путём терапевтического клонирования, поскольку весьма велик риск появления генетических мутаций при генно-инженерных манипуляциях. Нет гарантии, что эти мутации будут обнаружены до трансплантации.

Помимо этого возникает большой комплекс этических проблем, о которых мы поговорим далее.

Кроме того, трансплантация стволовых клеток осложняется высоким туморогенным потенциалом ЭСК. Известно, что ЭСК могут вызывать во взрослом организме образование тератокарцином. Трансплантация пациенту некорректно дифференцированных клеток представляет собой серьёзный риск.

Иммунологическая несовместимость клеток, пересаживаемых реципиенту. Тщательный подбор донора и реципиента по антигенам главного комплекса гистосовместимости и успехи иммуносупрессивной терапии не решают полностью эту проблему и вероятность иммунологического отторжения по-прежнему, крайне велика. Существует несколько путей решения. Это и терапевтическое клонирование, и применение стандартных схем иммуносупрессии. Ещё один способ борьбы с реакцией иммунной системы базируется на системном иммуносупрессивном эффекте мезенхимальных стволовых клеток (МСК) костного мозга после трансплантации. Оказалось даже, что иммуносупрессивная функция МСК не зависит от HLA-совместимости после трансплантации. Иногда иммунологическая несовместимость оказывается не только проблемой, но и целью. В настоящее время ведутся исследования по совместному применению гемопоэтических и мезенхимальных стволовых клеток для коррекции иммунологического конфликта, возникающего в процессе лечения.

Многие проблемы удаётся решить применением собственных аутологичных клеток (АСК). Главный их недостаток – меньшая по сравнению с эмбриональными клетками способность давать начало различным клеточным линиям, а также трудности выделения и хранения. Хотя в последнее время достигнуты определённые успехи в работе с АСК. Как установили в результате экспериментов учёные из исследовательского Университета имени Скриппс в Ла-Хойа, Калифорния, под действием особого вещества – реверсина – клетки, относящиеся к одному из уровней предшественников мышечных волокон, могут превращаться в клетки с почти неограниченным потенциалом. Учёные, которые опубликовали отчёт о своей работе в «Journal of the American Chemical Society», планируют более детально изучить механизм действия реверсина и усовершенствовать процесс. Примеры обратной дифференцировки клеток были известны и раньше. Основная трудность состоит в управлении этим процессом. Предполагается, что во взрослом организме сохраняется небольшая популяция СК, которые обладают способностью образовывать различные органы и ткани. Эта чрезвычайно высокая потентность СК получила название пластичность. В недавнем исследовании, опубликованном в «Biochemical and Biophysical Research Communications», исследователи выделили популяцию стволовых клеток из скелетных мышц и индуцировали их дифференцировку в нейрональном направлении in vitro.

Этические проблемы. Развитие технологий использования СК во многом затруднено из-за этических проблем, встающих перед обществом. При этической экспертизе любого исследования всегда оценивается соотношение риска, которому подвергается испытуемый и пользы, которую он может получить от участия в исследовании. Основное правило биомедицинской этики заключается в том, что интересы пациента превалируют над интересами науки.

Серьёзной проблемой является отсутствие доказательств эффективности и безопасности применения эмбриональных стволовых клеток. До настоящего времени, несмотря на большое количество работ в данной области, не доказано, что клетки, образованные из стволовых клеток, можно безопасно трансплантировать взрослому организму для восстановления функции поврежденной ткани или органа. Следует помнить, что имеются большие различия между опытами in vitro и in vivo, а также между экспериментальными животными и человеком.

Работа с применением СК началась сравнительно недавно и пока нет результатов рандомизированных двойных слепых контролируемых исследований, являющихся фундаментом современной доказательной медицины.

В то же время риски, возникающие при применении СК, весьма высоки. Но развитие науки всегда связано с риском. Этично ли лишать смертельно больного человека новейших методов лечения, даже если эффективность и безопасность этих методов не доказана? В таких случаях всегда оценивается наличие альтернативных методов лечения, прогноз заболевания, качество жизни при применении различных схем терапии, результаты доклинических исследований.

Не менее серьёзные проблемы связаны с получением СК, источником которых может быть кровь из пупочного канатика, ткань зародыша или ткань плода на различных стадиях его развития. Можно ли специально создавать эмбрионы с целью получения стволовых клеток, которые будут использоваться для лечения и выживания взрослых людей? Решение этой проблемы кроется в самом понятии «эмбрион». Если рассматривать эмбрион как будущего человека, то использование эмбриона это убийство. Если же эмбрион заведомо обречён на гибель, если несколько делящихся клеток все же не человек? При проведении процедуры экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) создаётся больше эмбрионов, чем имплантируется. Что делать с «лишними эмбрионами»? Насколько этично не использовать их для получения СК? При терапевтическом клонировании вопрос о сохранении жизни эмбриону даже не ставиться, иначе это уже запрещённое репродуктивное клонирование.

Другая важная проблема возникает при использовании абортивного материала. На первый взгляд, данный материал все равно уничтожается. Если перед уничтожением из него будет взято немного клеток для науки, то ничего страшного не случится. Однако не будет ли усиленно давление на женщин, согласившихся на аборт? Ведь если раньше абортивный материал никак не использовался, то теперь он может рассматриваться как «ценное» коммерческое сырьё. Не будет ли излишней коммерческой заинтересованности у всех участников данной работы?

Имеется также проблема анонимности доноров и реципиентов. Необходима ли полная анонимность или по обоюдному требованию всех участников лечения информация может быть раскрыта? Практика ЭКО показывает, что соблюдение полной анонимности всё же предпочтительней. А охрана и безопасность клеточных банков? При некоторых видах патологии возможен забор клеток пациента, которые, возможно, впоследствии спасут ему жизнь. Как же должен охраняться такой банк? Насколько возможны злоупотребления со стороны работников такого банка? Должен ли он быть исключительно государственным или возможно создание частных банков СК? Существуют проблемы добровольного и информированного согласия, как доноров, так и получателей клеток; конфиденциальности генетической информации.

Другой, весьма важной этической проблемой является недобросовестная псевдонаучная реклама использования СК. В последнее время появились объявления об омоложении, лечении почти всех болезней с использованием СК в малоизвестных частных клиниках. Приводятся примеры известных политиков, звёзд эстрады, якобы прошедших терапию СК. Источник стволовых клеток, используемых в этих клиниках, как правило, не известен. Следует помнить, что панацеи, к сожалению, не существует и каждый метод лечения имеет свои показания и противопоказания. В случае использования СК и показания и противопоказания пока только разрабатываются.

Несколько реже рассматривается проблема сохранения человека, как вида. Где тот предел генетических изменений, за которым человека уже нет, а есть кто-то? Потенциально терапия СК и генотерапия – путь к бессмертию, а конечность человеческой жизни – один из основополагающих принципов существования вида человек. Сторонники развития науки отвергают эти доводы, часто доводя их до абсурда. Любой крупный успех медицинской науки ведёт к изменению жизни миллионов людей. Победа над чумой, натуральной оспой и многими другими заболеваниями позволила сегодня жить и тем, кто критикует новые методы лечения, и тем, кто их поддерживает. Сейчас никто уже не говорит, что опыты Дженера были неэтичными. Возможно, через 20-30 лет терапия СК будет таким же привычным явлением как плановая вакцинация в наши дни, а на повестке дня будут стоять принципиально другие вопросы.

Культурные особенности. Многие религии крайне негативно относятся к любым опытам с эмбрионами, абортивным материалом. Однако приверженцы этих религий могут отказаться от лечения с использованием данных технологий.

Фармакоэпидемиология. Поскольку СК используются не так давно, ещё не было широкомасштабных эпидемиологических и экономических исследований в этой области. Терапия СК весьма дорогостоящий вид лечения, эффективность и безопасность, которого пока не доказана.

Региональные особенности. Пока этические аспекты исследования СК вызывают больше вопросов, чем ответов. Причём этические проблемы, возникающие при использовании СК, на сегодняшний день остаются весьма серьёзными. В результате в разных странах различаются и подходы к использованию СК.

В США разрешено работать с уже существующими линиями эмбриональных стволовых клеток. Президентский указ ввёл ограничения на работу с ЭСК, полученными позже 9 августа 2001 г. Только линии, полученные до этой даты, могут быть использованы для федеральных фундаментальных исследований. Ситуация парадоксальная – раз уж клеточные линии имеются с ними надо работать, но пополнять не надо. В то же время клеточные линии невозможно содержать in vitro вечно. NIH (Национальные Институты Здоровья) утверждает, что около 70 различных линий соответствуют этому критерию. Письменное же указание NIH говорит об 11 линиях. Эти ограничения серьёзно мешают продвижению американской науки. По мнению Дэвида Т. Скаддена, директора Центра регенеративной медицины и технологии Массачусетской больницы: «Ощущение отставания распространяется по всем лабораториям страны. Чрезвычайно жаль, что мы можем лишь читать о том, что этого добились за рубежом, – заявил этот учёный – Мы обязательно должны иметь возможность использования данной технологии в Соединенных Штатах».

В то же время Управление по пищевым продуктам и лекарствам (FDA) США выступило инициатором разработки стандартов забора, обработки, хранения распространения и трансплантации гемопоэтических стволовых клеток. Эти стандарты были разработаны в результате совместных усилий – Американской ассоциации банков крови (ААВВ), FDA и Фонда для аккредитации терапии гемопоэтическими клетками (FAHCT). В 2000 г. выпущено второе издание, озаглавленное Standards for Hematopoietic Progenitor Cell Services (Стандарты служб гемопоэтических клеток-предшественников [stem-cell]. Разработаны правила GTP (Good Tissue Practice), также регламентирующие процесс получения СК.

В европейских странах не выработано единого подхода к использованию СК. Законодательство в этой области варьирует от разрешения экспериментов с эмбриональными стволовыми клетками для терапевтического клонирования клеток больного человека, создания банков эмбриональных СК, создания и клонирования предимплантационных зародышей (до 14-го дня развития) для изолирования линий эмбриональных стволовых клеток (Великобритания, Бельгия и Швеция) до запрещения получения ЭСК (Германия, Швейцария). Во Франции разрешено работать с уже созданными линиями и получать новые линии с целью терапевтического клонирования органов и тканей больного человека. Хотя в Германии и Швейцарии закон запрещает получение эмбриональных стволовых клеток, но разрешает учёным работать с импортированными линиями эмбриональных СК, а также с эмбриональными СК животных и СК из тканей взрослого человека.

В Канаде запрещено получение эмбриональных стволовых клеток из ранних зародышей человека.

В Японии разрешены эксперименты с зародышами, остающимися после процедуры искусственного оплодотворения. Закон позволяет клонировать предимплантационные зародыши для выделения эмбриональных стволовых клеток и создания банков клеток-дериватов эмбриональных СК.

В Индии и Китае активно ведутся исследования как по получению линий эмбриональных стволовых клеток человека, так и выделению эмбриональных СК из других биоисточников, например, межвидовых клеточных гибридов.

Практически повсеместно запрещено лишь репродуктивное клонирование.

В России пока нет никаких законодательных ограничений на работы с эмбриональными стволовыми клетками с целью терапевтического клонирования. Юридических норм, определяющих статус предимплантационных зародышей, не существует. В настоящее время в Российской Федерации действуют ФЗ «О трансплантации органов и (или) тканей человека», «О временном запрете на клонирование человека», Приказ МЗ РФ №67 от 26.02.03, разрешающий практику искусственной фертилизации. Приказом Минздрава РФ №345 от 29 августа 2001 г. был создан экспертный совет по рассмотрению научных исследований в области развития клеточных технологий и внедрению их в практическое здравоохранение. Советом была разработана «Временная инструкция о порядке исследований в области клеточных технологий и их использования в учреждениях здравоохранения». Согласно этой инструкции «…применение эмбриональных клеток человека должно ограничиваться экспериментальными моделями in vitro и in vivo на животных». Использование гемопоэтических СК разрешено, но разрешение на проведение 3-го этапа клинических исследований является прерогативой Минздрава России – его Экспертного совета и Комитета по Этике. Причём для получения разрешения на расширенное клиническое испытание клеточной терапии необходимо представление в Минздрав России материалов клинической апробации метода. Клиническая апробация проходит, вероятнее всего, в рамках научно-исследовательской работы крупных научных учреждений на небольшом количестве пациентов и одобряется Учёным Советом учреждения и Локальным Комитетом по Этике (ЛЭК). Процесс практического использования новых клеточных технологий разрешается только в учреждениях здравоохранения в соответствии с методиками лечения нозологий, имеющих разрешение Минздрава России. Приказом Минздрава РФ «О развитии клеточных технологий в РФ» от 25 июля 2003 г. №325 утверждены, в том числе, инструкция по выделению и хранению концентрата стволовых клеток пуповинной/плацентарной крови человека и Положение «О Банке стволовых клеток пуповинной/плацентарной крови человека». 29.05.2002 на заседании Президиума РАМН утверждена Отраслевая Программа «Новые клеточные технологии – медицине». В Программе составлен план фундаментальных и прикладных исследований с использованием СК, определены головные исполнители.

Несмотря на всё это использование СК не получило пока широкого признания. Для дальнейшего развития этой области медицины требуется:

1) совершенствование законодательной базы;

2) создание банков СК, оборудованных по правилам GTP;

3) обучение специалистов и совершенствование материальной базы клиник, поскольку сохранение и применение СК весьма сложный технологический процесс;

4) разработка чётких показаний и противопоказаний для применения СК.

 

Подводя итог, хотелось бы сказать, что использование СК является одним из перспективнейших направлений развития медицины XXI века. В то же время существуют весьма серьёзные проблемы, ограничивающие использование СК. Будем надеяться, что эти проблемы окажутся лишь «болезнями роста» использования СК в практической медицине.

Заключение. Представители израильской компании Gamida-Cell выступили 23 мая 2004 г. в «The Independent» с заявлением о том, что они уже близки к завершению работ над пуском первого коммерческого продукта в области стволовых клеток. На состоявшейся в Эдинбурге конференции биотехнологов представители компании объявили о том, что они обладают уникальной запатентованной технологией и будут готовы представить продукт к 2006 г. Независимые источники оценивают рынок подобных продуктов в 30 миллиардов долларов. Продукт Gamida-Cell, получивший название «StemEx», основан на технологии расширенной терапии стволовыми клетками, при которой тело получает достаточно стволовых клеток, чтобы простимулировать регенерацию костного мозга или ткани определённого органа. По заявлениям самих авторов продукта, уникальной является способность «StemEx» стимулировать культуры стволовых клеток к разрастанию вплоть до тысячекратного, что увеличивает шансы имплантанта на успех в случае применения ко взрослым людям; к тому же, планируется, что технология «StemEx» будет работать не только с клетками пуповинной крови, но и с клетками обычной крови, и производить при этом в 80 раз больше стволовых клеток, чем любой другой из существующих методов.

Глава 11.