УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2007, том 127, № 1, с. 25-33
УДК 615.361:612.646:612.419.014:615.275:618.8-003.8
КЛЕТОЧНАЯ ТЕРАПИЯ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ БОЛЕЗНЕЙ: ИСТОЧНИКИ КЛЕТОК И СТРАТЕГИЯ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
© 2007 г. Ä. Н. Сукач, В. И. Грищенко
Институт проблем криобиологии и криомедицины HAH Украины, Харьков
Исследованы источники клеток для терапии нейродегенеративных болезней, их безопасность, эффективность, доступность. Особое внимание уделено эмбриональным нервным клеткам, как наиболее реальному в настоящее время источнику. Рассмотрена возможность получения в условиях in vitro гомогенных специфических популяций нервных клеток, а также преимущества и недостатки трансплантации предварительно дифференцированных in vitro клеток по сравнению с недифференцированными эмбриональными стволовыми/прогениторными клетками.
Понятие "стволовая клетка" (СК) было впервые сформулировано в 1908 г. великим российским гистологом Александром Александровичем Максимовым, предположившим существование единого предшественника всех клеток крови. Однако понадобилось более 70 лет, чтобы эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение. Пионерские исследования советского ученого А.Я. Фриденштейна, приведшие к открытию "взрослой" (стромальной) стволовой клетки [25], а также выделение американскими учеными эмбриональной стволовой клетки человека [59, 69] стали фундаментом для построения революционной концепции клеточной терапии, которая может стать мощным терапевтическим средством при лечении многих неизлечимых болезней, эффективно дополняющим терапию лекарственную. Если лекарственная терапия пытается поддерживать или лечить травмированные и поврежденные органы, ткани и клетки, то клеточная терапия основывается на их замене и восстановлении потерянных функциональных возможностей.
В настоящее время активно обсуждается и изучается вопрос применения нервных стволовых клеток (НСК) человека для лечения нейродегенеративных заболеваний различного происхождения [1-6, 15, 21, 46, 53]. Целью использования НСК является формирование интегральных компонентов для лечения болезней Альцгеймера, Паркин-сона, Хантингтона, амиотрофического бокового склероза, врожденной гипоксии, инсульта, множественной деменции, травмы головного и спинного мозга, опухоли мозга, болезни Тая-Сакса, множественного склероза и других, лечение которых предусматривает клеточное развитие, клеточную регенерацию, а также формирование клеточных структур. При этом сейчас уже мало у кого возникают сомнения по поводу эффективности использования СК для лечения этих болезней. Однако
широкое внедрение клеточной терапии в клиническую практику требует не только интенсивных исследований в этом направлении, но также и решения этических и даже политических проблем, возникающих при использовании СК человека.
Одно из основных препятствий широкого внедрения терапий, использующих НСК в клиническую практику - отсутствие их постоянного и доступного источника, лишенного этических ограничений и позволяющего получать достаточное количество стандартизованных и унифицированных клеток, обладающих всеми свойствами in vivo и позволяющими восстанавливать качественно, количественно и функционально недостающие или поврежденные клетки нервной ткани человека.
В настоящее время существует много типов СК, обладающих потенциалом для образования нейронов (нейроно-подобных клеток) и клеток глии. Основными источниками клеток для терапии нейродегенеративных заболеваний человека в настоящее время являются нервные ткани эмбрионов и плодов, соматические СК взрослых и СК пуповинной крови, а также клетки внутренней клеточной массы бластоцисты и клетки, полученные из тератокарцином человека (рис. 1). У всех этих источников клеток есть как преимущества, так и недостатки.
Какими же свойствами должны обладать идеальные клетки для терапии нейродегенеративных заболеваний? Во-первых, они должны правильно дифференцироваться в соответствующие нервные типы клеток и функционально интегрироваться в нервную клеточную сеть реципиента, эффективно замещая поврежденные клетки как структурно, так и функционально. Во-вторых, они должны быть толерантны к иммунному отторжению и устойчивы к образованию аберрантных (раковых) тканей. Помимо этого, желательно, чтобы процедура получения клеток для кли-
Дифференцированные нервные клетки (нейроны, астроциты, олигодендроциты)
Рис. 1. Развитие нервных стволовых клеток и вероятные источники клеток для клеточной терапии нейродегенератив-ных заболеваний.
нического применения не была очень сложной и дорогостоящей.
Наиболее вероятным и наиболее удобным источником НСК для клеточной терапии называют клетки внутренней клеточной массы бластоци-сты человека [8, 69]. Эти эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) тотипотентны и характеризуются свойством самовозобновления - они могут быть экспандированы in vitro на протяжении длительного периода времени, оставаясь в недифференцированном состоянии. Теоретически, они являются неограниченным источником клеток, способных дифференцироваться во многие, если не во все, типы клеток и тканей, включая и нервные клетки различной степени зрелости [31].
Однако длительная экспансия ЭСК - достаточно сложная и длительная процедура, требую-
щая постоянного присутствия стромальных (фидерных) клеток, дорогостоящих цитокинов (ЕОТ, FGF, SCF, LIF, ^-6,), а также своевременной дезагрегации и пересева клеток. Невыполнение хотя бы одного из перечисленных условий приводит к уменьшению в культуре СК за счет их дифференциации или гибели. С возрастанием срока культивирования ЭСК также возрастает вероятность возникновения генетических мутаций, которые будут накапливаться в последующих клеточных поколениях. Помимо этого, в настоящий момент нет точного понимания молекулярных путей, лежащих в основе формирования органов, и не определены факторы, необходимые и достаточные для формирования специфических типов клеток. Также, в случае клинического применения ЭСК существует потенциальная опасность образования нежелательных клеток, тканей или
даже формирования тератом. Эта опасность обусловлена главным образом плюрипотентностью ЭСК и их способностью образовывать все клетки мезодермы, эктодермы и эндодермы. В этой связи для широкого применения ЭСК в клинической практике предстоит решить ряд достаточно сложных задач - "научить" эти клетки выбирать нервную судьбу развития и разработать методы получения достаточного для клинического использования количества НСК, ограниченных нейрональным или глиальным направлением развития. Также необходимо разработать методы устранения плюрипотентных и частично дифференцированных клеток, которые все еще могут вносить вклад в образование аберрантной ткани.
В настоящее время достаточно интенсивно проводятся работы с СК, полученными в результате межвидовой цитогибридизации [33]. Межвидовая цитогибридизация позволяет получать гибридные бластоцисты (например, человека и свиньи, человека и коровы), а из них ЭСК с геномом человека, не используя фетальных тканей человека. Данный метод теоретически позволяет получать нелимитированные количества ЭСК с геномом реципиента ("заказчика") и далее их использовать для трансплантации без риска иммунных осложнений, а также избавляет от биоэтических проблем вокруг фетальной ткани человека.
Существует ряд научных проблем, стоящих на пути терапевтического использования цитоги-бридов. Во-первых, стареющие пост-митотиче-ские клетки характеризуются накоплением генетических ошибок и мутаций. В частности, в сердечной мышце обнаружено порядка миллионов базовых пар крупных делеций [74], что обусловливает изъятие из обращения большого числа генов, и как следствие - клеточную дегенерацию. Большой проблемой также является относительно неэффективное перепрограммирование донорского ядра обратно в плюрипотентное состояние. Анализ экспрессии генов клонированных мышат показал, что действие многих генов регулируется некорректно. С возрастом у этих мышат образуются тяжелые патологические изменения многих органов и происходят масштабные расстройства обмена веществ, в более раннем возрасте незаметные [36].
Таким образом, СК, полученные в результате межвидовой гибридизации эмбрионов, могут характеризоваться большим количеством мутаций и ошибок (не говоря уже о наследственных заболеваниях), что способно лишить их эффективности или, хуже того, стать причиной их онкологического размножения. Также следует заметить, что правовые и этические аспекты в области межвидовой гибридизации эмбрионов все еще остаются непроработанными.
Источником НСК также могут быть и ЭСК тератокарцином человека [11], которые представляют собой аномальные гонадные опухоли, состоящие из большого количества тканей трех зародышевых слоев, формирующих эмбрион: эндодермы, мезодермы и эктодермы. Дифференцированные клетки эмбриональной тератокарци-номы формируются из плюрипотентных клеток, присутствующих в опухоли, которые произошли из примордиальных половых клеток, эмбриональных предшественников гамет. ЭСК терато-карциномы лишены морально-этических ограничений, легко стандартизуются, легко экспандиру-ются и достаточно широко распространены (NTERA-2, TERA-2, H-9 clone, линии ЭСК Траун-сона). Более 100 коммерческих линий ЭСК, образованных из тератокарцином мышей и человека, продаются биотехнологическими компаниями с подробным клеточным паспортом (иммунофено-тип, хромосомный анализ, профиль экспрессии мРНК, профиль экспонированных рецепторов и белков внутриклеточной сигнализации).
Потенциал дифференциации большинства клеточных линий тератокарцином человека ограничен как in vitro, так и in vivo. Однако некоторые из них (TERA-2, NTERA-2) под влиянием ретиноевой кислоты легко дифференцируются in vitro в нервные предшественники, которые могут впоследствии стать зрелыми нейронами [10]. Это их свойство позволило получить из линии ЭСК терато-карциномы NTERA-2 нейробласты человека, которые летом 2000 года прошли первые клинические испытания (фирма БиоЛейтон, США). Нейробласты трансплантировались в зону инсульта пациентов, и 12-ти месячное наблюдение последствий трансплантации не выявило никаких
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.