Применение стволовых клеток в медицине – перспективное направление исследований, в котором тесно соприкасаются фундаментальные и прикладные интересы ученых. С помощью стволовых клеток можно лечить заболевания, не поддающиеся традиционным «химическим» методам. В настоящий момент это направление находится еще на начальном этапе своего развития, откуда открываются широкие перспективы этого метода.

Отличительной особенностью стволовых клеток является возможность «превращаться» в другие типы клеток организма. Стволовая клетка- это «болванка», которая может стать и нервной клеткой, и клеткой хряща, и любой другой. Стволовые клетки можно встретить и во взрослом организме, и в зародыше. Взрослому организму они нужны для пополнения запасов отмирающих клеток и восстановления поврежденных тканей. Большинство стволовых клеток в нем находятся в уже отчасти специализированном состоянии и могут образовывать лишь несколько или даже только один вид клеток. Иное дело стволовые клетки зародыша на ранних стадиях развития (для человека – 4–5 дней, когда плод состоит из около сотни клеток) – они могут образовывать любой вид клеток.

Возможности и ограничения медицинского применения

Несмотря на свою универсальность, эмбриональные стволовые клетки имеют ряд осложняющих их применение особенностей.

• Во-первых, управлять их специализацией сложно (поскольку у них больше возможностей – степеней свободы, – то им нужно и большее число управляющих сигналов, и в итоге больше вероятность, что при их введении они образуют неправильный вид клеток).
• Вторым «отягощающим» обстоятельством являются моральные соображения: для получения эмбриональных стволовых клеток требуется разрушение зародыша. Этические ограничения и привели к запрету во многих странах (включая США) исследований с применением этого типа стволовых клеток.

Рис. 1. Эмбриональные стволовые клетки являются наиболее универсальными. Они могут дифференцироваться образуя любой тип клеток взрослого организма.

Считается, что во взрослом организме стволовые клетки присутствуют практически во всех тканях (включая и нервную), но, как правило, в очень малых количествах. Обычно их извлекают из костного мозга или пуповинной крови и плаценты во время родов.

• В первом случае выделенные стволовые клетки помещают в специальные условия, предотвращающие их специализацию и способствующих их делению.
• Во втором – клетки помещаются в специальные банки, где они хранятся при сверхнизких температурах на случай серьезных заболеваний матери или ребенка – доноров стволовых клеток, или их близких родственников. Обе эти процедуры являются абсолютно безопасными.

Забор костного мозга проводится в очень малых количествах, порядка 50 мл, что не вредит пациентам. Пуповина вообще обычно выбрасывается, и вся разница заключается в том, что из нее извлекается содержащаяся в ней кровь, что, конечно, не вредит ни ребенку, ни матери. Большим преимуществом использования стволовых клеток, полученных из самого пациента – их называют аутологичными стволовыми клетками – является отсутствие отрицательной реакции со стороны иммунитета, которая возникает при попадании в организм «чужих» клеток. В случае применения не аутологичных стволовых клеток пациентам назначается также терапия, подавляющая их собственный иммунитет, что значительно повышает риск развития осложнений.

Для справки: 27-го сентября 2010 года в Москве прошел третий международный симпозиум «Актуальные вопросы клеточных технологий», на котором российские и зарубежные ученые рассказали о своих достижениях. В рамках симпозиума состоялась также пресс-конференция.

Возможность медицинского применения стволовых клеток обеспечивается тем, что они сами «решают», куда им нужно встроиться и в какой вид клеток дифференцироваться. Хотя есть тут и ограничения, поэтому стволовые клетки стараются вводить в непосредственной близости от поврежденных тканей. Далеко не все детали этого процесса изучены, но ясно, что тут участвуют возможности межклеточной коммуникации.

Инфаркт миокарда и сращивание переломов

Стволовые клетки широко применяются в кардиологии. Введение стволовых клеток, извлеченных из костного мозга пациента, способствует быстрой регенерации поврежденных тканей сердца при инфаркте миокарда. Эффект достигается за счет того, что эти стволовые клетки обладают способностью участвовать в образовании новых сосудов (ангиогенезе) и усиливать питание кровью ишемизированных участков миокарда. Метод позволил значительно улучшить прогноз вероятного исхода заболевания.

Также стволовые клетки применяются для регенерации костной и хрящевой ткани. Подход тут схожий. Стволовые клетки, полученные из костного мозга вводятся в место перелома, где они дифференцируются на костную и хрящевую ткань. В случае особо тяжелых переломов применяют комбинацию из имплантатов (их называют носителями) и стволовых клеток, которые способствуют срастанию кости и имплантата. Впрочем, пока эта технология не прошла цикла клинических испытаний и апробируется на животных. На данный момент только начинают проясняться требования к структуре и химическому составу имплантатов.

Стволовые клетки позволят забыть о склерозе

Широкое применение находят стволовые клетки в лечении различных заболеваний, связанных с головным мозгом. Трансплантации стволовых клеток считаются перспективным методом терапии дегенеративных заболеваний центральной нервной системы.

Работа над лечением рассеянного склероза в нашей стране ведется в Санкт-Петербурге. По утверждениям исследователей, клинический успех был достигнут для 50% больных боковым амиотрофическим склерозом и 75% больных рассеянным склерозом.

Помимо того что стволовые клетки могут дифференцироваться в тот или иной тип клеток, они могут оказывать влияние на уже дифференцированные клетки, чему был посвящен доклад московских ученых. Этот метод они пытаются применять для терапии глиальных опухолей головного мозга (самый распространенный вид опухолей мозга, при котором опухоль растет из глиальных клеток – помощников и защитников нервных клеток). Основная идея при этом – не убивать клетки опухоли, а вызывать в них трансплантированием в организм стволовых клеток определенные системные функции, определяющие путь развития клеток. На данном этапе применялись запрограммированные на апоптоз (самоубийство) стволовые клетки, которые благодаря эффекту индукции – то есть передаче своей программы соседним клеткам – способствуют апаптозу опухолевых клеток. Успешность такого подхода проверена пока in vitro (в пробирке).

…и навести красоту

Клеточные технологии также применяются и в косметической медицине. Уже несколько лет за рубежом ведутся исследования по применению фибробластов (клетки соединительных тканей организма) в косметической медицине. Теперь такие исследования начались и в России. Метод состоит в том, что фибробласты, взятые из организма пациента, выращиваются в культуре (при этом получается много новых фибробластов) и затем вводятся обратно пациенту, что способствует росту межклеточного матрикса (желеобразного вещества, заполняющего пространство между клетками) и увеличению синтеза коллагена, а в итоге приводит к уменьшению морщин и омоложению кожи.

Перспективы клеточных технологий

Как отметили ученые, клеточные технологи в России сейчас находятся в неоднозначной ситуации. С одной стороны, запретов на исследование у нас существенно меньше, чем, например, в США, что способствует развитию клеточных технологий, в том числе исследований с применением эмбриональных стволовых клеток. С другой стороны, нехватка финансирования эти исследования тормозит. Среди стран, наиболее благоприятных для проведения научной работы со стволовыми клетками были названы в порядке убывания: Китай, Сингапур, Израиль, где исследованиям в этой области благоприятствуют и финансовые и законодательные условия. Различия в законодательствах разных стран приводят к такому явлению, как «stem cell tourism» – пациенты вынуждены ехать туда, где их лечение не запрещено законом. Законодательные запреты в США на проведение экспериментов с эмбриональными стволовыми клетками также приводят к повышенному интересу к так называемым индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам (ips-клетки), для получения которых не нужно убивать эмбрион, а достаточно «перепрограммировать» обычные клетки.

В качестве наиболее приоритетных направлений исследований были выделены генный трансформинг клеток (перепрограммирование клеток путем изменения их генотипов), поиск способов сделать клеточные технологии максимально безопасными (сейчас при некоторых способах лечения высок риск развития осложнений) и расширение сферы применения стволовых клеток в терапии.

Ученые отметили, что большинство исследований по применению клеточных технологий находятся на различных этапах клинических испытаний, и только по их завершении будут доступны для широкого круга пациентов. Поэтому обещаний тут пока больше, чем реальной возможности помогать людям. К уже применяемым в клиниках клеточным технологиям относятся в основном лечение онкогематологических (онкологические заболевания, затрагивающие различные виды клеток крови) заболеваний при помощи стволовых клеток, полученных из пуповинной крови, лечение травм мозга, применение аутологических (то есть взятых у самого пациента) фибробластов кожи в косметической медицине, восстановление хрящевой и костной ткани при травмах.

По материалам статьи Александра Манолова