CC BY
297
УДК 617.75
ВОЗМОЖНОСТИ КЛИНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК В ОФТАЛЬМОЛОГИИ
В.В. Кузьменко1,2, Т.В. Ступникова2,
2 2 Ю.Б. Хейфец , Л.М. Вавилова
1Российский университет дружбы народов Институт биохимической технологии и нанотехнологии г. Москва, Россия, 117198 2
ООО «Новейшая медицина» г. Москва, Россия, 119415
Аннотация. Перспективы клинического применения стволовых клеток практически безграничны. Благодаря уникальным биологическим особенностям этого типа клеток, они применяются при лечении различных дегенеративных заболеваний. В частности, лимбальные и мезенхимальные стволовые клетки находят широкое применение в офтальмологии. В этой работе рассмотрены и систематизированы предклинические и клинические исследования по применению лимбальных и мезенхимальных стволовых клеток, различные методы их введения. Показаны безопасность и эффективность применения аутологичных и аллогенных стволовых клеток. Приведен случай лечения аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками пациента с врожденной ретинопатией обоих глаз.
Ключевые слова: мезенхимальные стволовые клетки, лимбальные стволовые клетки, офтальмология, заболевания глаз, ретинопатия, клиническое применение мезенхимальных стволовых клеток.
Введение. В настоящее время прогрессивное медицинское сообщество рассматривает стволовые клетки (СК) как неиссякаемый источник получения новых методик клеточной терапии при лечении широкого спектра заболеваний [1—4]. Регенерация любых повреждений биологических тканей, а также выработка целого ряда биологически активных субстанций, стимулирующих процесс восстановления органов и организма в целом — вот те основные качества СК, которые практически сразу после их открытия были обнаружены учеными [1—4]. Многие годы велись эксперименты по возможному применению СК при лечении различных заболеваний. Основное внимание в ходе этих экспериментов и исследований уделялось изучению особенностей поведения СК in vitro и in vivo, а также разработке методик дифференцировки СК [3; 5].
В начале девяностых годов прошлого века разработка методик велась на предклиническом уровне: была показана иммуномодулирующая активность СК, способность к распределению в тканях организма и участие в процессах регенерации [1—3; 5; 6]. Сегодня в медицинской практике во всем мире уже применяют клеточную терапию при комплексном лечении в кардиологии, неврологии, ортопедии, эндокринологии, дерматологии и косметологии, при аутоиммунных и многих других заболеваниях [2; 3; 7; 8]. К тому же вся разработанная и совершенствующаяся технология печати органов на биопринтерах так или иначе основана на использовании СК [3].
Такой широкий спектр возможностей применения СК в регенеративной медицине обусловлен их уникальной способностью к асимметричному
—--—-
~ 34 ~
делению: при делении СК получаются две дочерние клетки, одна из которых обладает всеми свойствами стволовой материнской клетки, а другая начинает специализироваться, то есть превращаться в нужную организму клетку, участвующую в обновлении стареющего клеточного состава того или иного органа [9]. Кроме того, СК способны «поставлять» в организм особую группу биологически активных веществ, которые активируют собственные СК страдающего органа, а также регулируют работу иммунной системы [1; 2]. Благодаря всем этим особенностям СК занимают позиции фактора, определяющего будущее медицины. Офтальмологи одни из первых в медицинской практике смогли успешно использовать СК для регенерации тканей. В литературных источниках широко освещаются эксперименты по трансплантации СК при лечении целого ряда заболеваний глаз [10—13].
ЛИМБАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Во взрослом организме обновление и восстановление всех тканей зависит от соматических стволовых клеток, и ткани глаза — не исключение [10—12]. Ученые установили, что между прозрачной роговицей и склерой расположен так называемый роговичный лимб. Лимб — это тонкая полоса, проходящая по границе роговицы и белковой оболочки — склеры [10]. Ученые обнаружили прогениторные клетки в этой области глаза, что открывает большие возможности в клеточной терапии офтальмологических болезней [12]. Стволовые клетки лимба могут регенерировать поврежденный эпителий и способствуют восстановлению фоточувствительности [10; 13; 14]. При нормальных физиологических условиях лимбальные стволовые клетки (ЛСК) обеспечивают эпителиальный гомеостаз. Однако при некоторых нарушениях (травматические повреждения вследствие термических и химических ожогов, поражение роговицы из-за применения контактных линз, синдром Сти-венса-Джонсона и глазной пемфигоид) возникает дефицит или полное отсутствие ЛСК, что приводит к отслоению эпителия роговицы. При этом происходит развитие воспалительных реакций, помутнение роговицы, возникает повышенная чувствительность к свету, и, в конечном итоге, наступает слепота [12; 14; 15].
Терапевтические вмешательства при лечении таких заболеваний с применением ЛСК начали проводиться учеными еще в 70-х годах прошлого века. Пересаживали периферийную роговицу от здорового глаза, в случае поражения обоих глаз — брали аллографт (трансплантированную роговицу) у живого донора, либо у трупа. Но в таком случае возникала проблема отторжения алло-графта, реакция «трансплантат против хозяина» [12]. В начале 2000-х годов стали прибегать к трансплантации культивированных ЛСК: как известно, они обладают иммуномодулирующими свойствами и способствуют быстрой реэпитализа-ции, благодаря чему восстанавливаются функции глаза, возвращается зрение. В научном мире идет активный поиск новых источников СК для восстановления популяции клеток эпителия роговицы [12].
Длительный клинический эффект от введения ЛСК в поврежденные области роговицы продемонстрировали ученые из компании Ontario Health Technology Assessment Series. За 9 лет наблюдений после трансплантации ЛСК сотрудники компании отметили реэпитализацию роговицы и улучшение зрения у 8 пациентов [13].
Инновационным методом биореплантации в поврежденные поверхности глаза при заболеваниях, связанных с дефицитом СК, является введение ex vivo культивированных ЛСК. Благодаря минимально инвазивной биопсии (1—2 мм2) здорового лимба (этого же глаза, либо неповрежденного) применяют технику культивирования эксплантата на подходящей подложке (например, амниотической мембране) и затем вживляют его в пострадавший глаз. Данная методика отрабатывалась на животных моделях многими группами ученых [15—19]. В 2010 году британские ученые из Северо-Восточного Института исследования стволовых клеток в сотрудничестве с факультетом офтальмологии Университета Нью-Кастл опубликовали данные по успешному применению этой методики на 8 пациентах с дефицитом ЛСК. Изменения оценивались по таким критериям, как болевой синдром, наличие дефектов и реэпитализация сетчатки, активная васкуляризация роговицы и острота зрения. Наблюдения велись в течение 12—30 месяцев, в 100% случаев отмечалась поло-
—--—-
~ 35 ~
—--—
жительная динамика в процессах заживления роговицы, к тому же в 5 случаях наблюдалось восстановление остроты зрения [18].
Более масштабные работы по применению ЛСК в офтальмологии провели итальянские ученые во главе с Graziella Pellegrini. Из 112 пациентов к 86 вернулось зрение, еще у нескольких наступили частичные улучшения. Исследование доказывает безопасность и эффективность использования ЛСК в клинической практике. Метод заключается в культивировании оставшегося неповрежденным фрагмента ткани глаза на подложке из модифицированного фибрина и последующей трансплантации. Подбор среды для выращивания клеток позволяет им размножаться гораздо быстрее, чем в естественных условиях при постоянном воспалительном процессе. Готовым к трансплантации авторы методики считают фрагмент, содержащий 3000 СК [19]. Семь лет авторы работы доказывали безопасность и воспроизводимость методики. В итоге в конце декабря 2014 года Европейское медицинское агентство выдало разрешение на применение этой методики под названием «Holoclar», основанной на использовании собственных СК пациента для лечения заболеваний глаз [20]. Итальянские ученые — первые, кому удалось успешно пройти всю сложную процедуру протоколирования и лицензирования метода и получить одобрение регулирующих органов на использование своих разработанных клеточных технологий. Лондонская больница Moorfields Eye Hospital успешно пролечила по данной методике более 20 пациентов [20].
В Японии вопрос применения СК в офтальмологии решается на государственном уровне. Правительство одобрило программу поддержки научных исследований в области применения СК в офтальмологии. Благодаря этой программе, целый ряд клиник вовлечен в эту область исследований. В 2007 году японским ученым из Токийского университета удалось из одной лишь СК, взятой из края роговицы, спустя 4 недели вырастить роговицу диаметром 2см. Таким же образом был получен тонкий защитный слой (конъюктива), покрывающий роговицу снаружи. К настоящему моменту сотни пациентов получили возможность вернуть зрение благодаря этой методике [21].
Но биопсия здорового лимба и культивирование ЛСК из такого небольшого по размеру фрагмента ткани требует много времени для заживления био-псийного участка и культивирования клеток. Поэтому ученые пытались найти другой источник ЛСК.
Большим прорывом стало открытие Т. Кака-шига и его коллег в 2003 году. Они установили, что СК, выделенные из слизистой оболочки рта и введенные в качестве аутографта в роговичный эпителий кролика, компенсируют недостаток ЛСК и проявляют иммуномодулирующие свойства [22]. В настоящее время примерно 250 человек уже прошли такое лечение, когда лимбальные клетки выращиваются из клеток, взятых из слизистой оболочки ротовой полости самого пациента, а затем пересаживаются в роговицу. Примерно у 75% пациентов лечение проходило успешно — у больных восстановилось зрение, был полностью купирован болевой синдром [23].
Ученые Питтбургской школы медицины провели серию работ по преобразованию СК ткани зубов мудрости в кератоциты роговицы. Авторы утверждают, что придёт время, когда СК, выделенные из ткани зубов, смогут заменить доноров роговицы и станут главным способом лечения слепоты, вызванной поражением этого тканевого слоя глаза [24].
МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ
Для офтальмологов большой интерес также представляют мезенхимальные стволовые клетки (МСК) [25; 26—32]. МСК, происходящие из клеток мезенхимы эмбриона, являются примитивными клетками-предшественниками, дают начало различным типам биологических тканей — костной, жировой, хрящевой и ряду других, а также орга-носпецифическим клеткам (гепатоциты, кардимио-циты) [33]. В последнее время получены данные об успешном получении нейронов и миелоидных клеток из МСК [34]. МСК обладают потенциалом к дифференцировке в нейроно-подобные клетки, ганглионарные клетки сетчатки, глиальные клетки и фоторецепторные клетки. Они способны секре-тировать нейротрофические факторы, такие, как белки нейротрофический фактор мозга (ББОТ) и факторы роста клеток, например фактор роста нейронов КОБ, что обеспечивает новые возможно-
—--—-
~ 36 ~
сти в лечении дегенерации сетчатки глаза [25]. К настоящему времени доказано, что МСК присутствуют практически во всех тканях и органах организма человека [12; 35]. Самые распространенные и доступные источники получения МСК — это жировая ткань (ЖТ) и костный мозг (КМ) [35].
По всему миру с начала 2000-х годов идут активные работы по изучению воздействия МСК при моделировании патогенеза различных повреждений глаза [12; 26; 28; 30; 32]. Предклинические испытания проводились методом моделирования ожогов сетчатки на кроликах, которым внутривенно вводили человеческие МСК, выделенные из КМ. Было показано, что клетки, вводимые системно, достигают поврежденных участков глаза и подвергаются дифференцировке в роговичные стро-мальные клетки (кератоциты). Таким образом, МСК из КМ способны дифференцироваться в специфические кератоциты роговицы, что подтверждается небольшим уровнем экспрессии маркеров, свойственных фенотипу эпителиальных клеток роговицы [26].
В своем исследовании Ьео^' с коллегами, помимо успешного применения МСК из Вартонов-ского студня человека на крысах с дегенерацией сетчатки (введение в субретинальное пространство), доказал к тому же безопасность применения этой методики. На всем протяжении исследования (70 дней) у животных не было отмечено образования опухоли [27].
Также группа ученых во главе с У. Ке показала значительное восстановление роговичного эпителия, уменьшение воспаления, неоваскуляриза-цию и увеличение экспрессии противовоспалительных цитокинов у крыс с ожогами, полученными от воздействия щелочи, при введении аутоло-гичных МСК из КМ [28].
Группа испанских ученых в 2015 году опубликовала данные своих 9-ти месячных наблюдений за собаками с синдромом сухого глаза. 12-ти подопытным животным вводились в ткани в области слезных желез аллогенные человеческие МСК, выделенные из ЖТ. На протяжении 9 месяцев проводилась оценка всех параметров: изменения роговицы, анализ глазных выделений, наличие конъюк-тивальной гиперемии. У всех животных не наблюдалось признаков возвращения к начальным состо-
яниям или ухудшений, что доказывает успешность применения МСК из ЖТ при лечении синдрома сухого глаза на животной модели [29].
В более тяжелых случаях, когда пациенту требуется пересадка роговицы, МСК способны регулировать процессы приживляемости [12]. Трансплантация донорской роговицы является самой частой операцией среди твердотканных трансплантаций в мире [12]. Зачастую возникает реакция отторжения трансплантата. Это является серьезной проблемой для пациентов. Группа ученых под руководством М. Ошо1;о доказала, что ауто-логичные МСК из КМ при внутривенном введении в организм мыши оказывают иммуносупрес-сивное действие. Спустя 3 часа после трансплантации роговицы МСК мигрируют в воспаленный участок поверхности глаза и способствуют приживаемости аллографта путем ингибирования созревания антиген-презентирующих клеток и индуцирования аллореактивных Т-клеток [30].
МСК успешно применяется в офтальмологии не только как чистый продукт клеточной терапии, но и в трансплантологии в качестве клеток, заселяемых на матрицу. На животной модели учеными из Испании был продемонстрирован опыт с высокой приживаемостью трансплантированных человеческих МСК из ЖТ в аллографте. Также была показана их дифференцировка в функциональные кератоциты, что подтверждалось экспрессией соответствующего маркера — кератокана. Ученые показали новую модель послойной кератопластики в трансплантологии. Модель для своей реализации требует простой и безопасной процедуры липосак-ции и наличия аллогенной роговицы для получения оптически прозрачного аутологичного стро-мального графта с великолепной биосовместимостью и успешным врастанием в ткани хозяина [31].
Проблема неврологических заболеваний глаз весьма актуальна. Ранее не существовало метода по наращиванию новой нервной ткани вместо поврежденной. Но, как уже было упомянуто, МСК способны дифференцироваться в нейроны и клетки, обеспечивающие жизнеспособность нейронов, что открывает перспективы в лечении этой группы заболеваний.
К настоящему моменту ученые из Бразилии в 2014 году опубликовали статью по моделирова-
—--—-
~ 37 ~
—--—
нию неврологических заболеваний (таких, как глаукома или диабетическая ретинопатия) на крысах и их лечении с помощью МСК. Выделенные из красного КМ крыс, МСК трансплантировали в стекловидное тело. Результат лечения оценивался на 16-й и 28-й день после инъекции. На срезах стекловидного тела ученые детектировали восстановление разрушенных глазных нервов животных, получивших инъекции МСК, и крыс из контрольной группы. Также ученые с помощью МРТ сравнивали результаты восстановления стекловидного тела у крыс. Была доказана регенерация разрушенного глазного нерва животных [32].
Каждый год появляются новые данные об эффективности применения МСК при лечении диабетической ретинопатии [25; 36]. Китайские ученые предполагают, что диабет может изменять экспрессию КОБ (нейронального ростового фактора) и других нейротропинов в сетчатке глаза больного, что приводит к разрушению нервов в сетчатке. Увеличение экспрессии КОБ демонстрирует нейропротекторный эффект, противодействующий развитию диабетической ретинопатии. Ученые доказали, что экспрессия КОБ была положительной во всех группах (в том числе и в контрольной) в течение первых двух недель. Однако в группах с моделью диабетической ретинопатии, не получавших инъекции человеческий МСК из пуповин-ной крови в стекловидное тело, количество экс-прессируемого КОБ уменьшалось к 4-й неделе и значительно сокращалось к 8-й неделе. В группах, получавших инъекции МСК в разных концентрациях, уровень экспрессии КОБ вырос ко 2-й неделе и продолжал увеличиваться к 8-й неделе. Кроме положительного эффекта от инъекций МСК, ученые выявили корреляцию экспрессируемого фактора с концентрацией клеток в дозе. То есть, введение высоких концентраций МСК из пуповин-ной крови в стекловидное тело более эффективно в лечении диабетической ретинопатии, чем низких концентраций [25].
Интересное исследование X. Wu показало способность аутологичных МСК-КМ кролика дифференцироваться в эндотелиальные клетки роговицы. В этом эксперименте удалось добиться улучшения прозрачности роговицы и ее толщины за счет трансплантации к задней поверхности роговицы
желатиновой мембраны с культивируемыми на ней МСК-КМ. Однако такие выводы были сделаны только на основе оценки морфологии полученных препаратов (конфокальный микроскоп и СЭМ) [37].
Несмотря на то, что значительным числом исследований доказаны безопасность и эффективность клеточной терапии, тем не менее продолжаются исследовательские работы, доказывающие неоспоримые преимущества применения МСК, ученые разрабатывают все новые методы культивирования и введения клеток. В марте 2012 года начато исследование испанскими офтальмологами по безопасности применения МСК в лечении дефицита лимбальных клеток у 27 пациентов. Работа по наблюдению за пациентами продолжается в настоящее время [38]. Другое масштабное клиническое исследование начато в Америке в августе 2013 года. В нем принимают участие 300 пациентов с заболеваниями глаз, связанных с деградацией нервной ткани. Результаты ожидаются в августе 2017 года [39].
Последние два десятилетия показали безопасность и эффективность методов, основанных на трансплантации ЛСК и МСК в том или ином виде. Разнообразие подходов к выделению, культивированию и трансплантации СК обуславливает развитие клеточных технологий в лечении множества заболеваний глаз в зависимости от патологии. И особенно ценно то, что методики просты и воспроизводимы, это обеспечивает их скорейшее внедрение в повседневную медицинскую практику.
КЛИНИЧЕСКИЙ ОПЫТ
Одновременно с научными экспериментами и исследованиями в клиниках стволовых клеток России и других стран ведется постоянная практическая разносторонняя деятельность по апробированию и модификации уже утвержденных методик применения МСК в лечении различных поражений органов зрения.
Пациент И. (муж.) 1987 г.р.; обратился в клинику «Новейшая медицина» 16 октября 2013 года с диагнозом: врожденное поражение сетчатки обоих глаз, ретинопатия недоношенных обоих глаз, рубцовая фаза, инвалид 1 группы по зрению. Данные компьютерной томографии показывали наличие в области диска зрительного нерва правого
—--—-
~ 38 ~
глаза локального утолщения оболочек и участка обызвествления, потемнение хрусталика. Левый глаз уменьшался в размерах, в области стекловидного тела и по ходу оболочек имелись грубые обызвествления. Отслоение сетчатки на обоих глазах. Глаза не реагировали на свет. Возникающие блики и искажения не позволяли ориентироваться в пространстве, различать очертания предметов.
В этот же день пациенту, уведомленному о возможных осложнениях после операции, давшему информированное согласие на процедуру в соответствии с протоколом, утвержденным клиникой ООО «Новейшая медицина», провели под местной анестезией липосакцию в области пупка. Объем липоаспирата составил 80 мл. После забора липоаспират помещали в пробирки с фосфатно-солевым буфером, содержащим смесь антибиотиков (пенициллин, стрептомицин, Gibco, США) и антимикотик (Fungizon, Gibco, США). Извлеченную из пробирки жировую ткань измельчали вручную в условиях ламинарного шкафа, затем в течение 30 минут проводили ферментативную обработку в 0,1% растворе смеси коллагеназ I и II типа (Gibco, США). Далее смесь центрифугировали
7 минут при 1300 об/мин, супернатант сливали, а осадок ресуспендировали в питательной среде DMEM (Gibco, США), содержащей необходимые саплементы. Высевали суспензию клеток во флаконы 150 см (Corning, США) в концентрации 6—
8 • 104 клеток/фл. Клетки культивировали в СО2-инкубаторе при 37 °С и 5% СО2., каждые три дня проводили полную смену среды. Стерильность, скорость роста и конфлюентность клеток контролировали с помощью инвертируемого микроскопа в фазовом контрасте, объективы 4х, 10х, 20х и 40х. При достижении 80—90% монослоя клетки рассе-вали на большее число флаконов для последующего культивирования. Затем часть клеток проходила процедуру криоконсервации для последующих введений пациенту, а часть клеток готовили к внутривенному введению.
При достижении необходимого количества на 1—2 пассажах клетки снимали с флаконов и переводили в суспензию обработкой ферментом Трипсин-ЭДТА 0,25% (ПанЭко, Россия). Для получения гомогенной клеточной суспензии, клетки смывали со стенок флакона легким пипетировани-
ем. Количество жизнеспособных клеток определяли в камере Горяева с применением красителя три-панового синего. Контроль стерильности клеточной суспензии на отсутствие грибов, бактерий и микоплазм регулярно осуществляли путем посева на микробиологические питательные среды. МСК анализировали на проточном цитофлуори-метре с использованием моноклональных антител с флуоресцентными метками к следующим маркерам: СБ44+ (96%), СБ73+ (100%), СБ90+ (79%), СБ105+ (95%), СБ 14" (2%), СБ20" (0%), СБ34" (0,3%), СБ45- (0%).
29 октября 2013 года после подписания информированного согласия на проведение процедуры, пациенту И. провели первую внутривенную трансплантацию аутологичных МСК из расчета 2 млн клеток на килограмм веса пациента, а также провели локальное ретробульбарное введение МСК (за глазное яблоко, на глубину 3—3,5 см) в количестве 5—8 • 107 клеток. Такой способ введения МСК позволяет быстро доставить клеточную культуру в поврежденный орган, а также активирует местные иммунные реакции для ускорения восстановления нормального гомеостаза глазного яблока.
Через 2 месяца, 24 декабря 2013 года, пациент И. был приглашен на повторную трансплантацию аутологичных МСК. При проведении клеточной терапии у пациента не наблюдалось нежелательных явлений.
Наряду с улучшением общего состояния здоровья, пациент И. отмечал положительные изменения в глазах уже через 4 месяца после проведения первого курса клеточной терапии. Пациент отмечает уменьшение тяжести в левом глазу и улучшение зрения: стали угадываться очертания предметов на каком-либо фоне, появилась способность различать цвета в основном красно-жёлтого оттенка. Обследование по месту жительства в конце июня 2014 года выявило благодаря компьютерной томографии уменьшение дистрофии роговицы, уменьшение участков обызвествлений на диске зрительного нерва, активную васкуляризацию сетчатки.
В начале 2015 года пациент начал второй курс лечения в клинике «Новейшая медицина». Очередная трансплантация стволовых клеток должна, по мнению специалистов клиники, привнести но-
—--—-
~ 39 ~
—--—
вую волну позитивных изменений в состояние здоровья пациента.
Пациент И. систематически проходит повторное обследование для длительного контроля результатов терапии, связанных с системной трансплантацией МСК. Наблюдающий врач оценивает состояние пациента И. как удовлетворительное, стабильное.
Подобный успех клеточной терапии имеет вполне солидную научную и клиническую основу. Продолжающиеся научные эксперименты и ведущаяся работа по применению МСК в клинической практике открывают блестящие перспективы перед клеточной терапией и подчёркивают важнейшую роль МСК в дальнейшем развитии медицины и биологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ma S., Xie N., Li W., Yuan B., Shi Y., Wang Y. Immunobiology of mesenchymal stem cells // Cell Death and Differentiation. 2014. V. 21. P. 216—225.
2. Рубцов Ю.П., Суздальцева Ю.Г., Горюнов К.В., Калинина Н.И., Сысоева В.Ю., Ткачук В.А. Регуляция иммунитета мультипотентными мезенхимными стро-мальными клетками // Acta Naturae. Т. 4. № 1 (12). С. 24—33.
3. Law S., Chaudhuri S. Mesenchymal stem cell and regenerative medicine: regeneration versus immunomodulatory challenges // Am J Stem Cell. 2013. V. 2 (1). P. 22—38.
4. Murphy M., Moncivais K., Caplan A. Mesenchymal stem cell: environmentally responsive therapeutics for regenerative medicine // Experimental and Molecular Medicine. 2013. V. 45. P. 1—16.
5. Liu Z., Zhuge Y., Velazquez O. Trafficking and differentiation of mesenchymal stem cells // Journal of Cellular Biochemistry. 2009. V. 109. P. 984—991.
6. Kang S., Shin I., Ko M., Jo J., Ra J. Journey of me-senchymal stem cells for homing: strategies to enhance efficacy and safety of stem cell therapy // Stem Cells International. V. 2012. Article ID 342968. P. 1—11.
7. Orbay H., Tobita M., Mizuno H. Mesenchymal stem cells isolated from adipose and other tissues: basic biological properties and clinical applications // Stem Cells International. V. 2012. Article ID 461718. P. 1—9.
8. Klingemann H., Matzilevich D., Marchand J. Me-senchymal stem cells — sources and clinical applications // Transfusion Medicine and Hemotherapy. 2008. V. 35. P. 272—277.
9. Yukiko M.Y., Yuan H., Cheng J., Hunt A. Polarity in Stem Cell Division: Asymmetric Stem Cell Division in Tissue Homeostasis // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2010. V. 2(1).
10. Holan V., Trosan P., Cejka C., Javorkova E., Zaji-cova A., Hermankova B., Chudickova M., Cejkova J. A comparative study of the therapeutic potential of mesenchymal stem cells and limbal epithelial stem cells for ocular surface reconstruction // Stem Cells Transl Med. 2015. Epub ahead of print.
11. Junyi L., Na L., Yan J. Mesenchymal stem cells secrete brain-derived neurotrophic factor and promote retinal ganglion cell survival after traumatic optic neuropathy // Craniofac Surg. 2015. V. 26(2). P. 548—552.
12. Boulton M., Albon J. Stem cells in the eye // The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2004. V. 36. Issue 4. P. 643—657.
13. Limbal Stem Cell Transplantation // Ontario Health Technology Assessment Series. 2008. V. 8(7). P. 1—28.
14. Pathak M., Cholidis S., Haug K. Clinical transplantation of ex vivo expanded autologous limbal epithelial cells using a culture medium with human serum as single supplement: a retrospective case series // Acta Ophthalmol. 2013. V. 91. P. 769—775.
15. O'Callaghan A.R., Daniels J.T. Limbal epithelial stem cell therapy: Controversies and challenges // Stem Cells. 2011. V. 29. P. 1923—1932.
16. Pellegrini G., Rama P., di Rocco A. Concise review: Hurdles in a successful example of limbal stem cell-based regenerative medicine // Stem Cells. 2014. V. 32. P. 26—34.
17. Baylis O., Figueiredo F., Henein C. 13 years of cultured limbal epithelial cell therapy: A review of the outcomes // J. Cell Biochem. 2011. V. 112. P. 993—1002.
18. Kolli S., Ahmad S., Lako M. Successful Clinical Implementation of Corneal Epithelial Stem Cell Therapy for Treatment of Unilateral Limbal Stem Cell Deficiency // Stem Cells. 2009. V. 28. P. 597—610
19. Rama P., Matuska S., Paganoni G., Spinelli A., De Luca M., Pellegrini G. Limbal Stem-Cell Therapy and Long-Term Corneal Regeneration // N Engl J Med. 2010. V. 363. P. 147—55.
20. Medik. Forum. 22.12.14. В Европе будут лечить стволовыми клетками. URL: www.medikforum.ru/news/ medicine_news/37274 (дата обращения 23.05.2015).
21. Японцам удалось вырастить роговицу глаза всего из одной клетки. URL: http://izvestia.ru/news/ 395390 (дата обращения 13.07.2007).
22. Nakamura T., Endo K., Cooper L. The successful culture and autologous transplantation of rabbit oral mucosal epithelial cells on amniotic membrane // Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2003. V. 44. P. 106—116.
23. NCT02149732. Clinical Trial on the Effect of Au-tologous Oral Mucosal Epithelial Sheet Transplantation. URL: http://www.clinicaltrials.gov (дата обращения 28.08.2015).
—--—-
~ 40 ~
24. Медицинский портал. Мед. новости 1998—2015. Стволовые клетки из зубов перепрограммировали в роговицу глаза. URL: medportal.ru/mednovosti/news/2015/ 02/28/672cornea (дата обращения 14.06.2015).
25. Kong J., Zheng D., Chen S. A comparative study on the transplantation of different concentrations of human umbilical mesenchymal cells into diabetic rats // Int. J. Ophthalmol. 2015. V. 8(2). P. 257—262.
26. Harklin D., Foyn L., Bray L., A. Sutheland. Concise Reviews: Can Mesenchymal Stromal Cells Differentiate into Corneal Cells? A Systematic Review of Published Data // Stem Cells. 2015. V. 33. P. 785—791.
27. Leow S., Luu C., Hairul Nizam M. Safety and Efficacy of Human Wharton's Jelly-Derived Mesenchymal Stem Cells Therapy for Retinal Degeneration // PLoS ONE. 2015. V. 10(6). P. 1—20.
28. Ke Y., Wu Y., Cui X. Polysaccharide Hydrogel Combined with Mesenchymal Stem Cells Promotes the Healing of Corneal Alkali Burn in Rats // PLOS ONE. 2015. V. 19. P. 1—18.
29. Villatoro A., Fernández V., Claros S. Use of Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells in Keratoconjunc-tivitis Sicca in a Canine Model // BioMed Research International. 2015. Article ID 527926.
30. Omoto M., Katikireddy K., Rezazadeh A. Mesen-chymal stem cells home to inflamed ocular surface and suppress allosensitization in corneal transplantation // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2014. V. 55. P. 6631—6638.
31. Alio del Barrioa J., Chiesa M., Garagorri N. Acel-lular human corneal matrix sheets seeded with human adipose-derived mesenchymal stem cells integrate functionally in an experimental animal model // Experimental Eye Research. 2015. V. 132. P. 91—100.
32. Mesentier-Louro L., Zaverucha-do-Valle C., da Silva-Junior A. Distribution of Mesenchymal Stem Cells and Effects on Neuronal Survival and Axon Regeneration after Optic Nerve Crush and Cell Therapy // PLoS ONE. 2014. V. 9(10). P. 1—16.
33. Antonio U., Lorenzo M., Vito P. Mesenchymal stem cells in health and disease // Macmillan Publishers Limited. 2008. V. 8. P. 726—736.
34. Sarawut S., Parinya N. Neural stem cells could serve as a therapeutic material for age-related neurodege-nerative diseases // World Stem Cells. 2015. V. 7(2). P. 502— 511.
35. Katz A., Llull R., Hedrick M. Emerging approaches to the tissue engineering of fat // Clin. Plast. Surg. 1999. V. 26. P. 587.
36. Kim K., Park J., Kong T., Kim C., Bae S., Kim H., Moon J. Retinal angiogenesis effects of TGF-ß1, and para-crine factors secreted from human placental stem cells in response to a pathological environment // Cell Transplantation. 2015. Epub ahead of print.
37. Wu X., Yang X., Jiang H. Safety evaluation of intracameral and subconjunctival injection of a novel mu-coadhesive polysaccharide isolated from Bletilla striata in rabbit eye // J Ocul Pharmacol Ther. 2012. V. 28. P. 369— 380.
38. NCT01562002 Safety Study of Stem Cell Transplant to Treat Limbus Insufficiency Syndrome. URL: http://www.clinicaltrials.gov (дата обращения 15.09.2015).
39. NCT01920867 Stem Cell Ophthalmology Treatment Study (SCOTS). URL: http://www.clinicaltrials.gov (дата обращения15.09.2015)
CAPABILITY OF CLINICAL APPLIENCE OF STEM CELLS IN OPHTHALMOLOGY
V. V. Kuzmenko1,2, T. V. Stupnikova2, 2 2 Yu.B. Kheyfets , L.M. Vavilova
1Peoples ' Friendship University of Russia
Moscow, Russia 2
Stem cell clinic LCC "Modern medicine " Moscow, Russia, 119415
Annotation. Researches of different types of stem cells' applications in ophthalmology are shown and systematized. Generally, the utility of limbal and mesenchymal stem cells are presented. Different types administration of stem cells into organism are demonstrated: injections in vitreous body, subtenon injection, etc., and intravenous injection; stem cells cultivation on varied biodegradable scaffolds and transplantation of them into damage eye's area. The safety and efficiency of stem cells transplantations are established. The successful experience of patient's treatment with native retinopathy is led in Moscow stem cell clinic.
Key words: mesenchymal stem cells, limbal stem cells, ophthalmology, eye disorders, tissue engineering, clinical utility of mesenchymal stem cells.
—--—-
~ 41 ~
—--—
REFERENCES
1. Ma S., Xie N., Li W., Yuan B., Shi Y., Wang Y. Immunobiology of mesenchymal stem cells. Cell Death and Differentiation. 2014. V. 21. P. 216—225.
2. Rubtsov Yu.P., Suzdal'tseva Yu.G., Goryunov K.V., Kalinina N.I., Susoeva V.Yu., Tkachuk V.A. Regulation of immunity by multipotent mesenchymal stromal cells. Acta Naturae. V. 4. N 1 (12). P. 24—33.
3. Law S., Chaudhuri S. Mesenchymal stem cell and regenerative medicine: regeneration versus immunomodulatory challenges. Am J Stem Cell. 2013. V. 2 (1). P. 22—38.
4. Murphy M., Moncivais K., Caplan A. Mesenchy-mal stem cell: environmentally responsive therapeutics for regenerative medicine. Experimental and Molecular Medicine. 2013. V. 45. P. 1—16.
5. Liu Z., Zhuge Y., Velazquez O. Trafficking and differentiation of mesenchymal stem cells. Journal of Cellular Biochemistry. 2009. V. 109. P. 984—991.
6. Kang S., Shin I., Ko M., Jo J., Ra J. Journey of mesenchymal stem cells for homing: strategies to enhance efficacy and safety of stem cell therapy. Stem Cells International. V. 2012. Article ID 342968. P. 1—11.
7. Orbay H., Tobita M., Mizuno H. Mesenchymal stem cells isolated from adipose and other tissues: basic biological properties and clinical applications. Stem Cells International. V. 2012. Article ID 461718. P. 1—9.
8. Klingemann H., Matzilevich D., Marchand J. Me-senchymal stem cells — sources and clinical applications. Transfusion Medicine and Hemotherapy. 2008. V. 35. P. 272—277.
9. Yukiko M.Y., Yuan H., Cheng J., Hunt A. Polarity in Stem Cell Division: Asymmetric Stem Cell Division in Tissue Homeostasis. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2010. V. 2(1).
10. Holan V., Trosan P., Cejka C., Javorkova E., Za-jicova A., Hermankova B., Chudickova M., Cejkova J. A comparative study of the therapeutic potential of mesen-chymal stem cells and limbal epithelial stem cells for ocular surface reconstruction. Stem Cells Transl Med. 2015. Epub ahead of print.
11. Junyi L., Na L., Yan J. Mesenchymal stem cells secrete brain-derived neurotrophic factor and promote retinal ganglion cell survival after traumatic optic neuropathy. Craniofac Surg. 2015. V. 26(2). P. 548—552.
12. Boulton M., Albon J. Stem cells in the eye. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 2004. V. 36. Issue 4. P. 643—657.
13. Limbal Stem Cell Transplantation. Ontario Health Technology Assessment Series. 2008. V. 8(7). P. 1—28.
14. Pathak M., Cholidis S., Haug K. Clinical transplantation of ex vivo expanded autologous limbal epithelial cells using a culture medium with human serum as single sup-
plement: a retrospective case series. Acta Ophthalmol. 2013. V. 91. P. 769—775.
15. O'Callaghan A.R., Daniels J.T. Limbal epithelial stem cell therapy: Controversies and challenges. Stem Cells. 2011. V. 29. P. 1923—1932.
16. Pellegrini G., Rama P., di Rocco A. Concise review: Hurdles in a successful example of limbal stem cell-based regenerative medicine. Stem Cells. 2014. V. 32. P. 26—34.
17. Baylis O., Figueiredo F., Henein C. 13 years of cultured limbal epithelial cell therapy: A review of the outcomes. J. Cell Biochem. 2011. V. 112. P. 993—1002.
18. Kolli S., Ahmad S., Lako M. Successful Clinical Implementation of Corneal Epithelial Stem Cell Therapy for Treatment of Unilateral Limbal Stem Cell Deficiency. Stem Cells. 2009. V. 28. P. 597—610.
19. Rama P., Matuska S., Paganoni G., Spinelli A., De Luca M., Pellegrini G. Limbal Stem-Cell Therapy and Long-Term Corneal Regeneration. N Engl J Med. 2010. V. 363. P. 147—55.
20. Medik. Forum. In Europe going to be treat by stem cells. URL: www.medikforum.ru/news/medicine_news/ 37274 (accessed data 23.05.2015).
21. Izvestia. ru Japanese scientist were able to grow up eye cornea from only one cell. URL: http://izvestia.ru/ news/395390 (accessed data 13.07.2007).
22. Nakamura T., Endo K., Cooper L. The successful culture and autologous transplantation of rabbit oral mucosal epithelial cells on amniotic membrane. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 2003. V. 44. P. 106—116.
23. NCT02149732. Clinical Trial on the Effect of Autologous Oral Mucosal Epithelial Sheet Transplantation. URL: http://www.clinicaltrials.gov (accessed data 28.08.2015).
24. Medical portal. Med. news Stem cells from pulp were reprogrammed in eye cornea. URL: medportal.ru/ mednovosti/news/2015/02/28/672cornea/ (accessed data 14.06.2015).
25. Kong J., Zheng D., Chen S. A comparative study on the transplantation of different concentrations of human umbilical mesenchymal cells into diabetic rats. Int. J. Ophthalmol. 2015. V. 8(2). P. 257—262.
26. Harklin D., Foyn L., Bray L., A. Sutheland. Concise Reviews: Can Mesenchymal Stromal Cells Differentiate into Corneal Cells? A Systematic Review of Published Data. Stem Cells. 2015. V. 33. P. 785—791.
27. Leow S., Luu C., Hairul Nizam M. Safety and Efficacy of Human Wharton's Jelly-Derived Mesenchymal Stem Cells Therapy for Retinal Degeneration. PLoS ONE. 2015. V. 10(6). P. 1—20.
28. Ke Y., Wu Y., Cui X. Polysaccharide Hydrogel Combined with Mesenchymal Stem Cells Promotes the Healing of Corneal Alkali Burn in Rats. PLOS ONE. 2015. V. 19. P. 1—18.
—--—
~ 42 ~
29. Villatoro A., Fernández V., Claros S. Use of Adipose-Derived Mesenchymal Stem Cells in Keratoconjunctivitis Sicca in a Canine Model. BioMed Research International. 2015. Article ID 527926.
30. Omoto M., Katikireddy K., Rezazadeh A. Mesen-chymal stem cells home to inflamed ocular surface and suppress allosensitization in corneal transplantation. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2014. V. 55. P. 6631—6638.
30. Alio del Barrioa J., Chiesa M., Garagorri N. Acel-lular human corneal matrix sheets seeded with human adipose-derived mesenchymal stem cells integrate functionally in an experimental animal model. Experimental Eye Research. 2015. V. 132. P. 91—100.
31. Mesentier-Louro L., Zaverucha-do-Valle C., da Silva-Junior A. Distribution of Mesenchymal Stem Cells and Effects on Neuronal Survival and Axon Regeneration after Optic Nerve Crush and Cell Therapy. PLoS ONE. 2014. V. 9(10). P. 1—16.
32. Antonio U., Lorenzo M., Vito P. Mesenchymal stem cells in health and disease. Macmillan Publishers Limited. 2008. V. 8. P. 726—736.
33. Sarawut S., Parinya N. Neural stem cells could serve as a therapeutic material for age-related neurodegenerative diseases. World Stem Cells. 2015. V. 7(2). P. 502— 511.
34. Katz A., Llull R., Hedrick M. Emerging approaches to the tissue engineering of fat. Clin. Plast. Surg. 1999. V. 26. P. 587.
35. Kim K., Park J., Kong T., Kim C., Bae S., Kim H., Moon J. Retinal angiogenesis effects of TGF-ß1, and para-crine factors secreted from human placental stem cells in response to a pathological environment. Cell Transplantation. 2015. Epub ahead of print.
36. Wu X., Yang X., Jiang H. Safety evaluation of intracameral and subconjunctival injection of a novel muco-adhesive polysaccharide isolated from Bletilla striata in rabbit eye. J Ocul Pharmacol Ther. 2012. V. 28. P. 369—380.
37. NCT01562002 Safety Study of Stem Cell Transplant to Treat Limbus Insufficiency Syndrome. URL: http://www.clinicaltrials.gov (accessed data 15.09.2015).
38. NCT01920867 Stem Cell Ophthalmology Treatment Study (SCOTS). URL: http://www.clinicaltrials.gov (accessed data 15.09.2015)
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Лысенко Николай Петрович — доктор биологических наук, профессор, декан ветеринарно-био-логического факультета, ФГБОУ ВО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии — МВА имени К.И. Скрябина»
Андреева Людмила Викторовна — кандидат медицинских наук, врач-офтальмолог, главный врач ООО «Клиника на Маросейке»
