CC BY
50
Стволовы
клетки
в лечении
внебольничных
пневмоний
Андрей Гончаров,
директор Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, кандидат медицинских наук, доцент
Наталья Антоневич,
завлабораторией иммунологии и клеточной биофизики Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси, кандидат биологических наук
Елена Рында,
младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и клеточной биофизики Института биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси
Аннотация.
Рассмотрен патогенез внебольничных вирусных пневмоний, современные методы их лечения, перспективы использования клеточных технологий. Проанализирован терапевтический потенциал биомедицинских клеточных продуктов на основе мезенхимальных стволовых клеток (МСК), данные доклинических и клинических испытаний, которые свидетельствуют о потенциальной эффективности такого подхода в лечении СОУЮ-19- ассоциированных пневмоний. Ключевые слова: внебольничные пневмонии, вирусные пневмонии, клеточная терапия, мезенхимальные стволовые клетки.
№ и
Коронавирусная инфекция, вызванная 8ЛК8-СоУ-2, характеризуется частым поражением нижних дыхательных путей [1]. Ее особенность - неблагоприятное течение у пожилых людей при невысокой патогенности вируса для детей и подростков [2, 3]. Летальность варьирует от 0,68% в Корее до 6,2% в Италии, при этом в возрастной группе от 80 лет она резко возрастает до 45% [4-7]. Несмотря на активные противоэпидемические действия и предпринятые меры, направленные на поиск новых методов лечения этого жизнеугрожающего заболевания, в Республике Беларусь по состоянию на 20.06.2020 г. число зараженных СОУГО-19 превысило 57 тыс., погибло более 300 человек.
В то же время 8ЛК8-СоУ-2 - далеко не единственный возбудитель, вызывающий вирусные пневмонии и острый респираторный дистресс-синдром (ОРДС). Как правило, в его этиологии ведущая роль принад-
КОРОНАВИРУС: изучить, понять, нейтрализовать
лежит вирусам, вызывающим как поражение нижних дыхательных путей, так и активацию системы иммунитета [8]. Показатели общей летальности при ОРДС также различаются и составляют, по данным разных авторов, от 20 до 90% [9-11].
В патогенезе поражения легких при вирусных пневмониях ведущая роль принадлежит локальному или системному воспалению вследствие воздействия этиологического фактора на клетки-мишени, что приводит к высвобождению цитокинов и других медиаторов воспаления (оксид азота, свободные радикалы, молекулы адгезии, ферменты и др.). В результате возникает состояние, описанное как «цитокиновый шторм» [12, 13]. При этом цитокины активируют альвеолярные макрофаги и стимулируют миграцию нейтрофилов в легкие. Нейтрофилы, в свою очередь, высвобождают лейкотриены, проте-азы и фактор активации тромбоцитов, что приводит к повреждению капиллярного эндотелия и альвеолярного эпителия, вызывая их повышенную проницаемость. Вышеуказанные процессы вызываются генерализованной неспецифической воспалительной реакцией, запуском синдрома диссеминированного внутрисосудистого свертывания (ДВС-синдром), увеличением проницаемости капилляров, бронхоспаз-мом, усилением катаболизма, гипертермией, активацией системы комплемента и калликреин-кинино-вой системы. Жидкость, белок и продукты распада клеток заполняют альвеолы, приводя к перфузи-онно-вентиляционному несоответствию, что ведет к некардиогенному отеку легкого и снижению окси-генации артериальной крови [14, 15].
I Терапевтические подходы
Респираторная поддержка по сей день остается основным методом лечения дыхательной недостаточности при вирусных пневмониях и включает ингаляцию кислорода, искусственную вентиляцию легких и мембранную экстракорпоральную окси-генацию [16, 17]. Цель данных манипуляций - обеспечить адекватный газовый состав артериальной крови, уменьшить работу дыхания и потребление кислорода дыхательными мышцами. Использование глюкокортикостероидов в настоящее время диску-табельно [18]. Имеются данные о некоторой эффективности препаратов сурфактанта, назначаемых при лечении «прямого» ОРДС в первые 72 ч от начала ИВЛ [19, 20]. Предпринимались попытки антицито-кинового лечения путем применения моноклональ-ных антител для связывания избыточного количества цитокинов, продуцируемых иммунокомпетент-ными клетками, например, интерлейкина-6 [21, 22].
Вместе с тем терапевтические моноклональные антитела небезопасны и сами могут вызывать ОРДС [23]. Кроме того, антитела нейтрализуют только одно из сотен звеньев иммунного ответа, чего зачастую недостаточно для клинического эффекта.
Несмотря на обоснованные сомнения в эффективности ингибиторов нейраминидазы 1-го и 2-го поколения (занамавир, осельтамавир), иногда их используют при лечении ОРДС, ассоциированном с гриппом [24, 25]. Перспективным представляется применение новых ингибиторов нейраминидаз, таких как перамивир, ланинамивир [26, 27].
Для лечения коронавирусной инфекции предпринимаются попытки использования экспериментальных лекарственных средств - ремдесивира и фавипиравира, которые ранее демонстрировали эффективность при лечении гриппа, геморрагических лихорадок Эбола, Марбург [28, 29]. Как «терапия отчаяния» в первые месяцы пандемии практически без эффекта применялись противовирусные средства с широким спектром действия (рибавирин, арбидол), препараты антиретровирусной терапии (лопинавир, ритонавир) и противомалярийные [30].
Таким образом, арсенал средств и методов для лечения вирусных пневмоний весьма ограничен. Требуются новые подходы, которые позволили бы улучшить результаты.
Определенные надежды возлагаются на методы клеточной терапии. Наибольшее количество изысканий в последние 15 лет направлено на оптимизацию протоколов получения и исследования имму-номодулирующих свойств, а также изучению перспектив использования мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в регенератной медицине и лечении ряда заболеваний.
МСК - это стромальные негематопоэтические прогениторные клетки, выделенные из большинства постанальных тканей и органов: костного мозга (КМ) [31, 32], жировой ткани (ЖТ) [33], сердца [34], пуповинной крови [35], синовиальной оболочки [36], пульпы зуба [37], амниотической жидкости [38], эндометрия [39]. Наиболее изучены МСК, полученные из КМ и ЖТ. Постоянно проводится сравнительный анализ МСК различных типов, совершенствуются методы их выделения, культивирования, накопления биомассы и контроля качества, интенсивно исследуется их влияние на клетки иммунной системы.
Биомедицинские клеточные продукты (БМКП) на основе МСК применяют в лечении аутоиммунных, кардиоваскулярных, хронических инфекционных болезней, травматических и дегенеративных заболеваний нервной системы. Лечебная эффективность
%
стволовых клеток обусловлена дифференцировочным потенциалом, иммуномодулирующей активностью, способностью к хоумингу - миграции после трансплантации в очаг воспаления/повреждения, продукцией ростовых факторов, цитокинов, белков внеклеточного матрикса, что стимулирует ангиогенез, пролиферацию резидентных стволовых клеток [40-43].
Основной вклад в терапевтическую эффективность БМКП вносит иммуномодулирующий эффект МСК в отношении практически всех типов имму-нокомпетентных клеток: Т- и В-лимфоцитов, натуральных киллеров, моноцитов и макрофагов, дендритных клеток, нейтрофилов [44].
Клеточная иммунотерапия с применением МСК также может быть использована в лечении вирусных пневмоний, о чем свидетельствуют доклинические испытания и первые стадии клинических.
С 2007 г. опубликовано не менее 40 доклинических исследований, в которых оценивали эффективность применения МСК в лечении ОРДС, вызванного вирусами гриппа, внутривенным введением ЛПС и рядом других факторов. Так, было показано, что применение МСК снижает проявления острого повреждения легкого, вызванного вирусом гриппа птиц Н9№ или предотвращает его [45]. Схожие данные получены на мышиной модели гриппа, вызванного штаммом Н5№ [46].
I Клинические испытания
В международной базе данных clinicaltrial.org имеются сведения о 8-ми клинических испытаниях метода лечения пневмоний, вызванных вирусом гриппа, при помощи МСК. Также зарегистрировано не менее 40 клинических исследований, посвященных применению МСК различного происхождения при корона-вирусной инфекции. Активнее всего они проводятся в Китае и США (9 и 8 исследований соответственно), Испании, которая лидирует среди стран Европы (4), во Франции и Германии (по 1). В ближневосточном регионе - Турции, Иране, Иордании и Египте, также зарегистрировано по одному исследованию. В подавляющем большинстве испытаний указано применение аллогенных МСК (всего 21). В качестве источников для их получения предпочтение отдают пуповине и Вартонову студню, ЖТ и КМ. В двух случаях в качестве лечебного средства предлагают использовать не сами МСК, а их экзосомы.
Проведенный Калифорнийским университетом в Сан-Франциско в 2013-2015 гг. эксперимент включал 9 пациентов с ОРДС, которым выполняли однократную внутривенную инфузию аллогенных МСК костного мозга [47]. Для данной категории
больных показана безопасность применения МСК. В задачи исследователей не входила оценка клинической эффективности, но при этом 7 из 9 пациентов выздоровели и были выписаны из стационара. В госпитале Каролинского университета в Швеции (OE. Simpson, 2015) двоим пациентам с ОРДС вводили 2 х 106 МСК на кг веса. У обоих отмечено значительное улучшение состояния. В настоящее время осуществляется набор пациентов для клинических испытаний в Онкологическом центре им. М.Д. Андерсона (США) и Университете Квинс в Белфасте.
В апреле 2020 г. опубликованы результаты экспериментальной терапии 7 пациентов с коронави-русной инфекцией, которым применяли аллоген-ные МСК в дозе 1 млн/кг массы тела [48, 49]. Клиническое улучшение у них наступало в течение 2 дней, а побочных эффектов не было. Применение МСК пупочного канатика было эффективно и в лечении 65-летней пациентки с тяжелым течением COVID-19 [50].
Позитивный прогноз в отношении эффективности применения МСК в лечении вирусных пневмоний обусловлен:
■ знаниями о ведущей роли иммунопатогенетиче-ских механизмов в развитии острых интерсти-циальных заболеваний легких;
■ высокой тропностью МСК к легочной ткани при их внутривенном применении;
■ выраженными иммуномодулирующими свойствами МСК различного происхождения в отношении фактически всех клеток системы иммунитета;
■ способностью МСК стимулировать регенерацию тканей за счет продукции широкого спектра цитокинов и ростовых факторов (паракрин-ный и трофический эффекты);
■ положительным клиническим эффектом соче-танного применения МСК в лечении спектра заболеваний, ассоциированных с избыточным иммунным ответом (рассеянный склероз, болезнь Крона, профилактика РТПХ);
■ эффективностью использования МСК в схемах лечения острых повреждений миокарда, почек, что будет способствовать терапии полиорганной недостаточности при COVID-19-ассоцииро-ванных пневмониях;
■ положительными результатами доклинических исследований метода лечения вирусных пневмоний, вызванных вирусами-возбудителями заболеваний дыхательных путей, на животных, и первых клинических исследований на пациентах.
КОРОНАВИРУС: изучить, понять, нейтрализовать
Следует отметить, что применение аутологичных МСК в лечении вирусных пневмоний не представляется возможным принципиально ввиду длительности получения БМКП (минимум 3 недели). Кроме того, в последние годы появляется все больше данных о том, что пулированные МСК обладают более выраженными и стабильными иммуномодулиру-ющими свойствами в отношении иммунокомпе-тентных клеток, в сравнении с аутологичными или аллогенными, полученными от одного донора [5153]. Положительные результаты испытаний - выздоровление пациентов - воодушевляют на дальнейшие изыскания.
За годы работы Институт биофизики и клеточной инженерии НАН Беларуси (ИБКИ) достиг значительных успехов в области клеточной биологии и медицины: созданы биомедицинские клеточные продукты, включающие мезенхимальные стволовые клетки из жировой ткани и костного мозга, ткани пуповины, обонятельного эпителия, лимба роговицы глаза, а также дендритные клетки (ДК), островковые клетки поджелудочной железы, кера-тиноциты и фибробласты кожи, дифференцированные мезенхимальные стволовые клетки в хондро-, остео-, нейро-, гепато- и кардиомиогенном направлениях, тканеинженерные конструкции на основе клеток и биосовместимых 3Э-носителей. Методы с МСК и ДК применяются для лечения ряда заболеваний непосредственно в отделении клеточной терапии ИБКИ.
Наш институт совместно с Белорусским государственным медицинским университетом приступает к лечению внебольничных пневмоний, вызванных вирусом SARS-CoV-2. В исследовании будут задействованы МСК, полученные из клеток обонятельной выстилки (ОВ), иммунологические эффекты которых хорошо охарактеризованы, а БМКП на их основе успешно применены в нашей стране в клинической практике. Так, аутологичные МСК ОВ использованы для лечения хронических стенозов трахеи и гортани с хорошим клиническим эффектом [53, 54]. Пулированные МСК ОВ в настоящее время применяются в рамках клинических испытаний метода лечения системной красной волчанки, организованных ИБКИ и БГМУ. Показана безопасность и хорошая переносимость внутривенного их введения.
Контроль качества МСК будет выполняться с учетом требований, предъявляемых к БМКП в Республике Беларусь (подлинность, жизнеспособность, микробиологическая чистота в отношении аэробных и анаэробных бактерий, дрожжеподобных гри-
бов, вирусов гепатитов В и С, ВИЧ). Дополнительно будет контролироваться контаминация микоплаз-мами, вирусами-возбудителями заболеваний человека, которыми может быть контаминирован исходный биоматериал (герпес-вирусы).
Во всем мире активно проводятся клинические испытания методов клеточной терапии корона-вируса с помощью МСК и получены первые положительные результаты. ИБКИ совместно с медицинскими учреждениями успешно реализовал ряд проектов по разработке новых методов лечения с использованием мезенхимальных стволовых клеток, получены фундаментальные данные об их свойствах, что стало основой для начала нового клинического испытания в лечении пневмоний, вызванных SARS-CoV-2. И
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Xu Z. [et al.]. Pathological findings of COVID-19 associated with acute respiratory distress syndrome // Lanc Resp Med. 2020. Vol.8(4). P. 420-422.
2. Zhou F. [et al.]. Clinical course and risk factors for mortality of adult inpatients with COVID-19 in Wuhan, China: a retrospective cohort study // Lancet. 2020. Vol.395(10229). P. 1054-1062.
3. Lee P.I. [et al.]. Are children less susceptible to COVID-19? // J Microbiol Immunol Infect. 2020. Vol.53(3). P. 371-372.
4. Kang Y.J. Mortality rate of infection with COVID-19 in Korea from the perspective of underlying disease // Disaster Med Public Health Prep. 2020. Mar.31. P. 1-3.
5. Wu X. [et al.]. Exposure to air pollution and COVID-19 mortality in the United States // medRxiv. 2020. Apr.7.
6. Shi S. [et al.]. Association of cardiac injury with mortality in hospitalized patients with COVID-19 in Wuhan, China // JAMA Cardiology. 2020. Mar.25.
7. Onder G., Rezza G., Brusaferro S. Case-fatality rate and characteristics of patients dying in relation to COVID-19 in Italy // JAMA. 2020. Vol.323(18). P. 1775-1776.
8. Matthay M.A., Ware L.B., Zimmerman G.A. The acute respiratory distress syndrome // J Clin Invest. 2012. Vol.122(8). P. 2731-2740.
9. Ramsey C., Kumar A. H1N1: viral pneumonia as a cause of acute respiratory distress syndrome // Curr Opin Crit Care. 2011. Feb.17(1). P. 64-71.
10. Villar J., Sulemanji D., Kacmarek R.M. The acute respiratory distress syndrome: incidence and mortality, has it changed? // Curr Opin Crit Care. 2014. Vol.20(1). P. 3-9.
11. Wang C.Y. [et al.]. One-year mortality and predictors of death among hospital survivors of acute respiratory distress syndrome // Intensive Care Med. 2014. Vol.40(3). P. 388-396.
12. Channappanavar R., Perlman S. Pathogenic human coronavirus infections: causes and consequences of cytokine storm and immunopathology // Semin Immunopathol. 2017. Jul.39(5). P. 529-539.
13. Kindler E., Thiel V., Weber F. Interaction of SARS and MERS coronaviruses with the antiviral interferon response // Advances in Virus Research. 2016. Vol.96. P. 219-243.
14. Han S.H., Mallampalli R.K. The acute respiratory distress syndrome: from mechanism to translation // J Immunol. 2015. Vol.194(3). P. 855-860.
15. Matthay M.A., Zemans R.L. The acute respiratory distress syndrome: pathogenesis and treatment // Annu Rev Pathol. 2011. Vol.6. P. 147-163.
16. Fan E., Brodie D., Slutsky A.S. Acute respiratory distress syndrome: advances in diagnosis and treatment // JAMA. 2018. Vol.319(7). P. 698-710.
17. Young D. [et al.]. High-frequency oscillation for acute respiratory distress syndrome // N Engl J Med. 2013. Vol.368(9). P. 806-813.
Полный список использованных источников http://innosfera.by/2020/07/mesenchymal_stem_cells
