CC BY
26
УДК 616-092.11
В.В. Семченко, V.V. Semchenko Н.М. Колычев, N.M. Kolychev *С.С. Степанов, S.S Stepanov
*Н.М. Дюрягин, N.M. Duragen, e-mail: ivm_omgau_gistology@mail.ru
Институт ветеринарной медицины и биотехнологии, Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина, г. Омск, Россия
Institute of veterinary medicine and biotechnology, Omsk state agrarian University, P.A. Stolypin, Omsk, Russia
* Омская государственная медицинская академия, г. Омск, Россия Omsk State Medical Academy, Omsk, Russia
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КЛЕТОЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ ОРГАНИЗМА
PROSPECTS FOR THE USE OF CELLULAR TECHNOLOGIES FOR STRUCTURAL AND FUNCTIONAL RECOVERY OF THE LIVING SYSTEMS OF THE BODY
В настоящей работе дана оценка основных путей развития современных технологий, направленных на восстановление клеточных популяций различных органов и тканей млекопитающих после необратимых повреждений. В основе проведенного исследования лежал анализа собственных и литературных данных. Показано, что теоретической основой практического использования новых клеточных технологий являются экспериментальные данные, полученные при изучении механизмов репаративного гистогенеза.
In this work the estimation of the main ways of development of modern technologies aimed at restoring cell
populations of different organs and tissues of mammals after irreversible damage. In the basis of the study lay analysis of own and literature data. It is shown that the theoretical basis of the practical use of new cell technologies are experimental data obtained in the study of mechanisms of reparative histogenesis.
Ключевые слова: клеточные технологии, регенеративная медицина, стволовые клетки.
Keywords: cell technology, regenerative medicine, stem cells.
Исследования механизмов репаративного гистогенеза, эволюция методологии лечения многих неизлечимых заболеваний привели к необходимости переоценки достигнутых результатов и разработке высокотехнологичных способов целенаправленной коррекции процесса регенерации клеток, тканей и органов млекопитающих. Появилась принципиальная возможность лечения практически всех известных заболеваний, осуществлять необходимую коррекцию фено- и генофонда. В перспективе открывается огромный рынок сбыта разрабатываемых технологий и препаратов, создание новой индустрии лечения, выгодное вложение капитала, контроль над человечеством.
В настоящее время сформировалось целое клинико-экспериментальное направление - регенеративная медицина - область медицины, занимающаяся вопросами восстановления повреждённых или патологически измененных тканей и органов посредством, в частности, трансплантации стволовых клеток, клеток-предшественников и управления их дифференцировкой. Однако, понятие регенеративной медицины шире, чем понятие клеточная терапия, которая является лишь ее составной частью, одной из тактик лечения в области регенеративной медицины и основана на стимуляции гистогенезов.
Механизмы репаративной и физиологической регенерации хорошо изучены. Репаративная регенерация (РР) - это усиленная физиологическая регенерация. Однако в связи с тем, что РР побуждается патологическими процессами, она имеет качественные особенности, связанные с включением в этот процесс резерва тканеспецифических стволовых клеток взрослого организма. РР может быть полной и неполной. Задача регенеративной медицины добиться полной РР там, где в норме, без реконструктивных технологий, подобное невозможно.
В этой связи большое внимание уделяется изучению стволовых клеток (СК), которые сейчас выделены из всех тканей взрослого организма. Экзогенные СК способны мигрировать в поврежденные участки тканей, стимулировать репарацию дефекта путем дифференциации в клетки этих тканей и создания микроокружения, усиливающего репарацию эндогенных СК. Трансплантация клеточного материала приводит к анатомическому и функциональному восстановлению поврежденного органа за счет активации во взрослом организме процессов гисто-, морфо- и функциогенеза (в норме происходящих в эмбриогенезе и раннем постнатальном периоде).
СК находятся в определенном микроокружении - нише - совокупность факторов (наличие ба-зальной мембраны, молекул внеклеточного матрикса, присутствие соседних клеток, продуцирующих факторы роста и другие регуляторные молекулы), обеспечивающих жизнеспособность, самовоспроизведение СК, дифференциацию дочерних транзиторных клеток. Основное назначение ниши - 1) ограничение пролиферации СК только необходимостью поддерживать тканевой гомеостаз, 2) создание условий для максимальной защищенности СК от внешних воздействий. Ниша обеспечивает самоподдержание и длительное пребывание СК в состоянии покоя, СК прочно закреплены в нише молекулами адгезии (интегрины). Свободные СК находят путь в соответствующую нишу благодаря хемотаксису. Ниши являются частью структурно-функциональных единиц (дифферонов) ткани, может оставаться свободной и в дальнейшем ее могут занять новые СК. Пустые ниши существуют независимо от СК и при трансплантации в них СК обеспечивают их нормальное функционирование.
Выделяют 1) эмбриональные, 2) фетальные и 3) постнатальные (гемопоэтические, мультипо-тентные мезенхимальные, тканеспецифичные прогениторные клетки) СК.
Для клеточных технологий, которые можно использовать в клинической практике, в первую очередь представляют интерес "взрослые" (постнатальные) стволовые клетки ниш взрослого организма. Как правило, применяемые методы лечения осуществляется по трем основным направлениям - однократная заместительная клеточная терапия СК, многократно применяемая клеточная терапия СК и тканевая инженерия.
Современные технологии регенеративной медицины, основанные на стимуляции процессов регенерации, можно условно разделить на: 1) трансплантацию стволовых и прогениторных клеток (стимуляция микроциркуляции, дегенеративные заболевания ЦНС, ИБС и инфаркт миокарда, аутоиммунные заболевания, кожные язвы, омоложение кожи); 2) использование двумерных монослойных
конструкций для репарации локальных дефектов тканей (ожоги, инфаркт миокарда, поражения ткани печени); 3) создание полностью готового к пересадке органа ex vivo и последующая заместительная трансплантация (частично реализуется при замещение костных дефектов, суставного хряща, клапанов сердца, трубчатых и полых органов, таких как трахея и мочевой пузырь); 4) трансплантация полученного ex vivo зачатка органа с последующим его развитием в полноценный орган (восстановление эктодермальных органов, таких как волосяной фолликул, слюнная железа, зуб).
По всем этим направлениям ведутся интенсивные исследования, получены убедительные экспериментальные данные о возможности применения этих технологий в клинике. Однако, в реальной практике преобладает использование двумерных моно- двухслойных конструкций для репарации локальных дефектов тканей (фибробласты, эпидермальные кератиноциты, хондроциты). Значительно реже используется аллогенный костный матрикс (содержащий мезенхимальные СК), аутологичные донорские лимбальные клетки на амниотической мембране, эпителий в фибриновом геле. Текущие показатели рынка клеточной терапии в области регенеративной медицины составляют ежегодно 100— 200 миллионов долларов. При этом самую значительную коммерческую прибыль приносит продажа препарата Apligraf® (Organogenesis) - двухслойный заменитель кожи (человеческие фибробласты в бычьей коллагеновой решётке). Все остальные уже разработанные клеточные препараты и 3D-конструкции (тканеинженерные аутологичные органы для пациентов, нуждающихся в реконструкции) и проекты находятся на различных стадиях клинической проверки и имеют только потенциальное коммерческое значение.
Воссоздание человеческого биоматериала в терапевтических целях разрешается только в США, Индии, Великобритании и в Австралии. Пуповинная кровь сегодня используются лишь как потенциальное средство борьбы с диабетом и сердечнососудистыми заболеваниями, а не как возможный ресурс для создания органов для трансплантации. В России существует лишь законопроект «О биомедицинских клеточных технологиях», принятие которого должно способствовать развитию биомедицинских технологий.
В связи с этим перспективным направлением является использование искусственных биомат-риксов, как среды для реализации генетически детерминированных программ локального восстановления дефектов. Однако, остается спорным вопрос о необходимости специального заселения искусственных биоинженерных конструкций (матриксов) чужеродными стволовыми клетками. Нами показан высокий потенциал тканеспецифичных СК организма для реализации генетической программы гисто- и органогенеза (костной и хрящевой ткани) после массивных повреждений. Только с помощью коррекции условий функционирования биоинженерных конструкций из никелида титана нам удалось добиться регенерации ветви нижней челюсти и суставной головки у экспериментальных животных и человека. Нами было доказано, что репаративный гистогенез костной ткани в существенной степени определяется состоянием микроокружения, модулируемого искусственным матриксом. Костную ткань порождает соединительная ткань (провизорный субстрат). Сначала образуется провизорный субстрат для создания соответствующего микроокружения, затем дефинитивная кость. Для этого используется потенциал сохранившихся клеток в зоне дефекта нижней челюсти (остеобласты, фиброб-ласты, остеоциты, парациты, гистиоциты, лимфоидные, жировые и эндотелиальные клетки) и клеток предшественников, дифференцирующихся в соответствии с микроокружением
Таким образом, в настоящее время интенсивно развивается регенеративная медицина, базирующаяся на изучение механизмов репаративного гистогенеза. Объективные доказательства существования во взрослом организме стволовых клеток, возможности активации и реализации генетических программ различных типов гистогенезов позволили разработать новые технологии, основанные на использовании собственных и чужеродных клеток, зрелых и незрелых клеток и тканей, выращенных in vitro частей органов и целых органов, а также искусственных матриксов. Происходит новая технологическая революция в биологии и медицине. При этом результаты ее предсказать трудно, так как подобного эксперимента с живой тканью в истории человечества не было. Требуются дальнейшие, более глубокие, исследования молекулярно-генетических механизмов цито-, гисто- и органоге-незов в онто- и филогенетическом развитии млекопитающих.
Библиографический список
1. Глик, Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение / Б. Глик, Дж. Пастернак. - М. : Мир, 2002. - 598 с.
2. Семченко, В. В. Регенеративная биология и медицина. Кн. I. Генные технологии и клонирование : монография / В. В. Семченко ; под ред. В. П. Пузырва, К. Н .Ярыгина, В. Н .Ярыгина, В. В. Семченко. - Омск ; М. ; Томск : Омская областная типография, 2012. - 296 с.
