Методы лечения сердечно-сосудистых заболеваний стволовыми клетками развиваются. На сегодня во всем мире такое лечение, в рамках клинических испытаний с использованием одного из типов стволовых клеток – мезенхимальных стволовых клеток, – получили уже тысячи пациентов с болезнями сердца. Но результаты многих из этих исследований либо скромны, либо неоднозначны. Одной из причин тому является быстрая элиминация клеток из сердца и их массовая гибель – в первые часы и даже минуты – после введения.

Значительный шаг вперед в решении этой проблемы, как представляется, удалось сделать ученым-кардиологам Университета Эмори (Emory University). Они упаковывают стволовые клетки в капсулу из гелеобразного вещества альгината. Упакованные таким образом клетки остаются в сердце и в течение продолжительного периода времени высвобождают свои исцеляющие факторы.

Инкапсулированные мезенхимальные стволовые клетки имплантируются в патч. Исследователи только что провели его тестирование на крысах с моделью инфаркта миокарда. По сравнению с контрольными животными, которым вводились ничем не защищенные клетки (или не вводилось ничего), крысы с капсульными патчами демонстрировали усиление функции сердца, уменьшение размера соединительнотканного рубца и более интенсивный рост новых кровеносных сосудов. Кроме того, жизнеспособность сохраняло гораздо большее количество клеток.

«В контексте сердечной клеточной терапии такой подход, по-видимому, является эффективным способом сохранения клеток и поддержания их жизнеспособности», – говорит Роберт Тейлор (Robert Taylor), MD, директор кардиологического отделения Школы медицины Университета Эмори (Emory University School of Medicine), профессор кафедры биомедицинской инженерии Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) и Университета Эмори. «Эта стратегия может применяться ко многим типам клеток в регенеративной терапии сердечно-сосудистых заболеваний».

В сердце, перенесшем инфаркт, клетки сталкиваются как с негостеприимной воспалительной средой – клетками иммунной системы и иммуноглобулинами, – так и с механическими силами, которые просто выталкивают их из органа, как «пальцы, сжимающие скользкие семена арбуза», сравнивает профессор Тейлор.

«Эти клетки – социальные существа, и они любят быть вместе», – продолжает профессор. «Из результатов некоторых исследований по клеточной терапии последствий инфаркта известно, что в течение первого часа теряется более 90 процентов клеток. Исходя из этих цифр, легко понять, где нужно искать пути к повышению эффективности».

Инкапсуляция удерживает мезенхимальные стволовые клетки вместе и оставляет им возможность воспринимать сигналы внешней среды. Клетки могут высвобождать вырабатываемые ими небольшие белковые молекулы, такие как факторы роста, оставаясь в то же время защищенными от крупных белков, таких как антитела.

Альгинат – вещество, используемое для инкапсуляции стволовых клеток, – имеет широчайшую сферу применении – от биомедицины до кулинарии. Это и инструмент в руках изобретательных шеф-поваров, и составная часть перевязочных материалов, и паста, используемая стоматологами. Соавтор исследования Коллин Вебер (Collin Weber), MD, занимающийся изучением диабета, использует альгинат для инкапсуляции инсулин-продуцирующих островковых клеток, и сейчас альгинат-инкапсулированные островки проходят клинические испытания.

Упаковка клеток в гель, конечно, не дает им становиться частью сердечной мышечной ткани (и препятствует замене отмерших клеток), но в данном случае мезенхимальные стволовые клетки предназначены совсем не для этого.

Альгинат уже используется в нескольких областях медицины. Он применяется в перевязочных материалах и для изготовления слепков в стоматологии.
Здесь он образует капсулы вокруг мезенхимальных стволовых клеток. В каждой капсуле размером 250 мкм содержится около 200 клеток.
(Фото: Emory University)

Основным преимуществом их использования, считают ученые, является то, что они обеспечивают сердце гормонами и ростовыми факторами, стимулирующими регенерацию кровеносных сосудов, предотвращающими апоптоз, модулирующими иммунный ответ, рекрутирующими стволовые клетки и клетки-предшественники.

За месяц после искусственно вызванного инфаркта миокарда фракция выброса сердца крыс – показатель доли крови, в процентном выражении, выбрасываемой из сердца в аорту во время каждого сокращения, – упала с 72 до 34 процентов. Введение инкапсулированных мезенхимальных стволовых клеток привело к увеличению фракции выброса до 56 процентов – значительное улучшение, особенно если учесть, что не инкапсулированные клетки не позволяют поднять этот показатель выше 39 процентов.

Одним из основных эффектов трансплантации стволовых клеток, по-видимому, является стимуляция роста кровеносных сосудов: у крыс, получивших инкапсулированные клетки, плотность кровеносных сосудов в пораженной инфарктом области в несколько раз превышала показатели контроля.

Как долго инкапсулированные стволовые клетки остаются в сердце? Гидрогелевый патч из биоразлагаемого полиэтиленгликоля (ПЭГ), использованный в данном исследовании, разрушается за 10 дней. Лаборатория Тейлора планирует протестировать и другие материалы и выяснить их возможности с точки зрения скорости разрушения в организме. От этого в значительной степени будет зависеть время сохранения клеток.

В клинических условиях в качестве источника материалов для клеточной терапии должны использоваться собственные (аутологичные) клетки пациента. Источником мезенхимальных стволовых клеток может быть его костный мозг. Эти клетки относительно легко культивировать и размножать вне организма. Количество клеток достаточное для терапевтического эффекта можно получить за нескольких дней.

Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of the American Heart Association. Первый автор статьи – научный сотрудник Ребекка Левит (Rebecca Levit), MD. В разработке патча, используемого для фиксации инкапсулированных клеток на сердце, она и ее коллеги сотрудничали с лабораторией Андреса Гарсия (Andres Garcia), PhD.

Оригинальная статья: Cellular Encapsulation Enhances Cardiac Repair