• лечения рака молочной железы
  • выявление рака у мужчин
  • лечения рака легки
  • выявление рака у женщин
  • лечения мультиформной глиобластомы головного мозга
  • Инновационные биотехнологии
    лечения рака молочной железы

    Подробнее
  • Скрининг и раннее
    выявление рака у мужчин

    Подробнее
  • Инновационные биотехнологии
    лечения рака легких

    Подробнее
  • Скрининг и раннее
    выявление рака у женщин

    Подробнее
  • Инновационные биотехнологии
    лечения мультиформной глиобластомы головного мозга

    Подробнее
  • НейроВита
  • Уникальные технологии
  • Тканевая инженерия и клеточные трансплантации при нервных болезнях

Тканевая инженерия и клеточные трансплантации при нервных болезнях

Сегодня технологии клеточной трансплантологии и тканевой инженерии мозга при нервных болезнях очень бурно развиваются , что связано с отсутствием реального лечения этой патологии и большими затратами на лечение. Евросоюз в год тратит 80 миллиардов Евро в год на лечение нервных болезней. Проиллюстрируем методологию тканевой инженерии и клеточной трансплантации на примере лечения повреждений спинного мозга. В США годовой расход на лечение спинальной травмы составляют 2 млрд. долларов. Различные реабилитационные мероприятия в некоторых случаях существенно улучшают исходы травмы и повышают качество жизни пострадавших, но не могут устранить тяжелого неврологического дефицита и восстановить утраченные функции. Хирургические методы лечения в основном направлены на ортопедическую коррекцию позвоночника и позвоночного канала, показывая свою эффективность в острый период травмы, что в большинстве случаев не приводит к улучшению неврологического статуса больных при травме СМ более 72 ч. Причина неэффективности существующих подходов к лечению данной патологии достаточно ясна. К сожалению, не реабилитационные мероприятия, не оперативные вмешательства не приводят к устранению основной причины заболевания – восстановлению повреждений структуры СМ и протезированию его функций. К сожалению, в настоящее время, общепризнанных медицинских технологий регенерации поврежденного спинного мозга пока не существует.

Одной из попыток решения данной проблемы является применение новых клеточных технологий и методов тканевой инженерии СМ. На сегодняшний день клинический опыт применения клеточных технологий в неврологической и нейрохирургической практике минимален. Это связано с недостаточной научно – теоретической базой, с трудностью забора, определения и консервации стволовых клеток, а так же с неотработанными методическими и методологическими подходами их применения. Остаются неясными и механизмы действия клеток, их последующая дифференцировка, трансформация и возможность формирования опухолей из стволовых клеток . Однако только в Европе за 2012-2014 год создано боле 80 государственных и частных Институтов регенеративной медицины в каждом из которых планируется заниматься проблемами применения клеточных технологий и тканевой инженерии при повреждениях головного и спинного мозга.

Данные экспериментальных и единичных клинических исследований показали определенную возможность лечения последствий спинно-мозговой травмы (ПСМТ) в позднем периоде с помощью трансплантации фетальных нервных клеток (ФНК). Суспензию ФНК вводят интратекально (интравентрикулярно) или во время реконструктивных оперативных вмешательствах на СМ. Однако, применение чужеродного клеточного материала несет в себе опасность инфицирования, иммунологического и трансплантационного конфликта, а также массу юридических, этических и религиозных проблем. Применение эмбриональных нервных стволовых клеток в настоящее время не проводится так как может быть причиной формирования опухолей. Применение тканевой инженерии и трансплантации различного рода аутологичных клеток самого пациента может явиться прорывом в лечении различного рода заболеваний центральной нервной системы (ЦНС), в том числе и в лечении ПСМТ, так как они лишены данных побочных и парамедицинских аспектов.

Немаловажным является отсутствие достоверных методов оценки неврологического статуса у пациентов ПСМТ в позднем периоде. Существующие шкалы оценки неврологического статуса у больных с ПСМТ не позволяют выявить минимальное, медленно прогрессирующее улучшения неврологического статуса, которое иногда отмечается у незначительной части данного контингента пациентов даже без лечения или при многолетней реабилитации. К тому же, не проводилась объективизация данных шкал с помощью нейрофизиологических методов исследования, которые сами по себе не регламентированы в диагностике неврологических нарушений у больных с ПСМТ. Очевидно, что неуклонный рост тяжёлых последствий данного вида патологии, крайне высокая частота инвалидизации и несовершенство существующих общепризнанных методик лечения требует разработки новых методов и способов лечения данной патологии.

Все это позволяет рассматривать тканевую инженерию СМ и трансплантацию аутологичных клеток при травматической болезни спинного мозга (ТБСМ), как новое направление в современной клинической медицине, которая нуждается в плановом, многовекторном изучении.

1. Клеточная трансплантация в лечении травматической болезни мозга

В попытке преодолеть или обойти глиозное препятствие и способствовать функциональной регенерации через место повреждения, был разработан ряд методов интраспинальной трансплантации клеток, которые имеют большое значение для нейрохирургов уже по способу введения. Первыми кандидатами на трансплантацию явились эмбриональные нейральные стволовые клетки, фетальные клетки, Шванновские клетки и клетки обонятельной выстилки (КОВ). Необходимо отметить, что не все стратегии клеточной трансплантации направлены на достижение одних и тех же целей. Недифференцированная природа нейральных стволовых клеток, например, дает им потенциал вызреть и в нейральные и в глиальные фенотипы, соответственно, можно предположить, что на месте повреждения они могут трансформироваться или в нейроны для передачи синаптической информации через повреждение или же в глиальные клетки для обеспечения нейротрофической поддержки, благоприятную матрицу для роста и миелинизацию для новых и сохранившихся аксонов. Трансплантаты фетальных нейрональных тканей схожим образом предлагают возможность замены потерянных во время первичного или вторичного повреждения нейральных или глиальных клеток. Считается, что Шванновские клетки или КОВ обеспечивают нейротрофическую поддержку, подходящий субстрат для роста и ремиелинизации регенерирующих или сохранившихся аксонов. Роль нейротрофических факторов в сохранении клеток и их дифференциации и обеспечении их удлинения делает их значимым дополнением ко всем стратегиям клеточной трансплантации.

Нейральные стволовые клетки могут быть получены из эмбриональной ткани и таким образом подвергаются тем же ограничениям по этическим соображениям или критериям доступности, если только вдруг не неожиданным образом их не найдут в зрелой ЦНС, которая, как принято считать, состоит полностью из постмитотичных клеток. Большинство подходов предполагает, сбор и последующее культивирование нейральных стволовых клеток in vitro до трансплантации в спинной или головной мозг, но в ряде недавних исследований продемонстрированы новые многообещающие возможности стимуляции пролиферации, миграции и дифференциации этих клеток in vivo. Плюрипотентность и терапевтический потенциал этих клеток при ПСМ были наглядно продемонстрированы Джоном МакДоналдом и др., трансплантировавшими прогениторные клетки в спинной мозг взрослых крыс после контузии и наблюдавшими улучшение моторных функций задних конечностей в связи с дифференциацией прогениторных клеток на нейроны, олигодендроциты и астроциты (J.McDonald,2005).

Другие авторы недавно продемонстрировали способность эмбриональных стволовых клеток, пересаженных в демиелинизированный спинной мозг, дифференцироваться на олигоденроциты, которые впоследствии ремиелинизируют аксоны хозяина. Хотя многие свойства нейральных и эмбриональных клеток нуждаются в дальнейшем изучении, усиленный интерес к их базовой биологии делает их достойными претендентами на будущие стратегии регенерации.

Давно признанное благоприятное воздействие периферических нервов на рост аксонов приписывается в основном воздействию Шванновских клеток, а относительная легкость их получения и размножения в культуре делает их привлекательными для создания благоприятных условий для регенерации у пациентов с ПСМ. В 1966 опубликовано исследование, продемонстрировавшее регенерацию кортикоспинального тракта и функциональное восстановление после соединения рассеченного спинного мозга крысы при помощи 18 трансплантатов межреберных нервов стабилизированных фибриновым клеем с содержанием фибробластного фактора роста. Несмотря на огромный интерес мировой общественности к использованию периферических нервов и Шванновских клеток, данные результаты повторены не были.

При том, что трансплантаты Шванновских клеток продемонстрировали способность встраиваться в повреждение хозяина, соединять иссеченные концы спинного мозга, стимулировать рост аксонов в трансплантат и миелинизировать входящие аксоны, их использованию мешает слабая миграция и нежелание аксонов вырастать за пределы трансплантата в ЦНС. Это нежелание аксонов расти обратно в ЦНС, по всей видимости, вызвано местным глиальным рубцом и ингибирующим миелиновым компонентом в зоне взаимодействия трансплантата и хозяина. Поскольку данные недостатки не являются непреодолимыми, продолжение работы со Шванновскими клетками вполне оправдано. Тем временем, однако, большое внимание уделяется клеткам, которые способны помочь регенерации аксонов через зону взаимодействия трансплантата и хозяина: клеткам обонятельной выстилки (КОВ).

Клетки обонятельной выстилки это особые глиальные клетки, схожие со Шванновскими и астроцитами, они встречаются и в периферической нервной системе и в ЦНС совместно с обонятельными аксонами. Нейроны обонятельного эпителия уникальны тем, что в течение жизни они постоянно обновляются и отращивают аксоны, которые сопровождаются КОВ, из периферической нервной системы в зрелую, обычно ингибирующую, ЦНС. Их способность сопровождать аксоны через зону взаимодействия из периферической нервной системы в ЦНС выделяет их в качестве потенциального решения проблемы использования Шванновских клеток. Это новое сенсационное направление в исследованиях КОВ недавно достигло своей кульминации в соединении спинного мозга крыс при полном пересечении. Исследователи продемонстрировали протяженную регенерацию кортикоспинального тракта в добавление к норадренергическим и серотонергическим волокнам дистального конца спинного мозга, что связывают со значительным функциональным восстановлением. Опыт других исследователей, использующих КОВ в частичных моделях ПСМ, подтверждает общую концепцию о том, что эти клетки обеспечивают благоприятную среду для роста через место повреждения и, возможно, обеспечивают источник миелинизации. Однако потенциальная контаминация со Шванновскими клетками позволяет усомниться в происхождении наблюдаемого миелина. Последние исследования описывают получение и очищение человеческих обонятельных эмбриональных клеток (ОЭК) и дали основания предположить, что они могут ремиелинизировать аксоны ЦНС взрослой крысы при трансплантации в области демиелинизации спинного мозга.

Как и нейральные стволовые клетки, исследования регенеративного потенциала ОЭК вызвали много разговоров, но точно так же их базовая биология нуждается в дальнейшем изучении. Поскольку обонятельная система является приемлемой, возможность получения клеток из слизистой носа, конечно, оптимизирует использование этой технологии.

2. Стволовые клетки в лечении повреждений спинного мозга : фундаментальные исследование и испытания на животных.

За последние 10 лет было изучено несколько типов клеток, и выявлены многие потенциальные кандидаты для лечения ПТСМ. Эмбриональные стволовые клетки, аутологичные глиальные клетки обонятельной выстилки, Шванновские клетки и стромальные клетки костного мозга (СККМ) - те немногие типы клеток, которые обладают терапевтическим потенциалом. Взрослые СККМ, известные также как мезенхимальные стволовые клетки, находятся в костном мозге и предположительно обеспечивают поддержку гемопоэтическим стволовым клеткам. Эти клетки имеют прогениторные характеристики и действуют как клетки поддержки, так как выделяют ряд трофических факторов и цитокинов. Классически, СККМ и гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) описываются, как обладающие потенциалом дифференцироваться на несколько мезенхимальных форм, включая мышечные, хрящевые, костные и жировые ткани. Они также продемонстрировали хоуминг-эффект, подтверждаемый их движением к поврежденным тканям в сердечнососудистой системе. Доказано, что трансплантация СККМ и ГСК оказывает положительное воздействие после травматического ПСМ и демиелинизирующего повреждения.

ГСК особенно привлекательны с клинической точки зрения, поскольку их можно получить у пациентов в стационаре и трансплантировать пациентам, таким образом, получив аутологичную модель клеточной терапии. В 1999 г. Бьорнсон продемонстрировал способность нейральных стволовых клеток дифференцироваться на ряд гемопоэтических клеток, включая миелоидные и лимфоидные линии, так же как и менее зрелые клетки. Циркулирующие Т-клетки, В-клетки и макрофаги входят в мозг. Клетки костного мозга грызунов мигрируют в мозг и при трансплантации предварительно облученным реципиентам дифференцируются на микроглию и астроциты. Также есть свидетельства, позволяющие предположить, что в экспериментальных условиях культивирования стромальные клетки костного мозга человека и грызунов могут дифференцироваться на клетки, имеющие нейрональные маркеры. При трансплантации в боковой желудочек или стриатум мышей, культивированные стромальные клетки костного мозга мигрируют в мозг и дифференцируются на астроциты. Есть также данные о дифференциации других типов клеток, полученных из мезодермы, в нервной системе млекопитающих. В 2000 Э. Мезей показал, что клетки, полученные из костного мозга, входят в головной мозг и дифференцируются на клетки, выделяющие нейрональные маркеры, что служит поддержкой идеи, что клетки, полученные из мезодермы, могут принимать характеристики нейральных клеток. Более того. В 2003 г. было показано ex vivo, что клетки костного мозга с фенотипом гемопоэтических стволовых клеток или прогениторных клеток выделяют молекулы, связываемые с нервной системой, что указывает на то, что взрослые гемопоэтические стволовые клетки (ВГСК), обычно считавшиеся имеющими мезодермальное происхождение, выделяют нейральные гены, которые всегда считались имеющими эктодермальное происхождение. Наличие нейральных транскрипционных факторов и антигенов нейральной дифференциации у клеток костного мозга может указывать на то, что эти клетки предрасположены или склонны к дифференциации на нейральные клетки при помещении в мозг.

В 2003 г. Сигурйонссон и коллеги показали, что значительная часть взрослых гемопоэтических клеток человека (ГСКч), интегрировавшихся в спинной мозг эмбриона цыпленка дифференцируется в нейроны. Безусловная нейрональная дифференциация ГСК человека in vivo не была до этого описана. Автор приходит к выводу, что в костном мозге человека есть популяция ГСК, имеющая нейрогенетический потенциал и, в соответствующем окружении, способная дифференцироваться на нейроны. При трансплантации ГСК человека в неповрежденный спинной мозг эмбриона цыпленка нейрональная дифференциация отсутствовала, но ГСКч, вошедшие в небольшой разрез спинного мозга выделяли нейрональные маркеры. Это позволяет предположить, что нейрональная дифференциация ГСКч вызвана не эмбриональной средой как таковой, а специфическим микроокружением регенерирующей эмбриональной нейральной ткани.

Трансплантация ГСК фракции костного мозга была популяризована для лечения гематологических заболеваний, таких как лейкемия. Недавние эксперименты на животных показали, что клетки ГСК фракции костного мозга, при внутривенном применении, дифференцируются на различные негемопоэтические клетки, такие как клетки скелетных мышц и гепатоциты, при прямом введении в сердце могут дифференцироваться на кардиомиоциты. Внутривенное применение нефракционированных клеток костного мозга у мышей продемонстрировало, что клетки костного мозга могут дифференцироваться на астроциты и клетки, выделяющие нейрональные маркеры в мозг.

В 2004 г. С. Кошицука вслед за исследованием Чоппса в 2000г. продемонстрировал, что местная трансплантация ГСК из костного мозга в поврежденный спинной мозг мышей улучшила функциональное восстановление их задних конечностей. Мыши после трансплантации могли ходить, частично располагая свой вес на задних лапах, тогда как контрольная группа мышей не переносила вес на задние лапы. Более того, некоторые трансплантированные ГСК выжившие в месте повреждения, дифференцировались на глиальные клетки и нейральные предшественники. Эти данные предполагают, что трансплантация ГСК может быть эффективным терапевтическим методом и нуждается в исследовании.

В 2004 г. Бакши отметил, что СККМ селективно направлялись в поврежденные ткани спинного мозга при разных путях введения: 1) люмбальная пункция 2) внутривенное введение 3) интравентиркулярное введение. У животных без повреждения, получивших трансплантат СККМ, клетки вокруг сегментов спинного мозга отсутствовали. И наоборот, все образцы, полученные у крыс с ПСМ, имели признаки проникновения СККМ в поврежденные ткани. При этом все СККМ располагались вокруг или в поврежденной паренхиме и отсутствовали в противоположной части поврежденного спинного мозга, что говорит о том, что эффект хоуминга (направления) имеет определенную дозу специфичности. Иммуннофлюоресцентные исследования подтвердили, что окраска, положительная к щелочной фосфатазе состояла из жизнеспособных клеток с характерными морфологическими чертами цитоплазм и ядер. Вокруг трансплантированных клеток отмечался рост аксонов. Эти данные подтверждают гипотезу, что трансплантация клеток в ликвор приводит к более успешным результатам при интратекальном или вентрикулярном введении, чем при внутривенном. Более того, количество клеток в тканях поврежденного спинного мозга увеличивалось со временем. Показав тем самым, что эффективность пересадки клеток тем больше увеличивается, чем больше проходит времени с момента трансплантации.

3. Стволовые клетки: ограниченные клинические испытания

Открытие способности ГСК трансдифференцироваться в нейральные линии в сочетании с доступностью ГСК, сместило фокус внимания на применение ГСК в качестве многообещающего подхода замещения клеток при заболеваниях ЦНС у человека.

Было проведено значительное число исследований, изучающих регенеративную мощность ГСК при ишемическом повреждении мозга путем мобилизации собственных ГСК (эндогенный подход) либо трансплантации ГСК (экзогенный подход). Следует различать несколько источников ГСК: непосредственно клетки, полученные из костного мозга, клетки пуповинной крови и клетки периферической крови. В 1988 г. пытаясь разработать достоверное средство идентификации ГСК, Вайссман и коллеги сфокусировали внимание на наборе протеиновых маркеров на поверхности клеток крови мышей, которые связывались с вероятностью принадлежности клетки к долгосрочным ГСК. Через четыре года, лаборатория предложила сравнимый набор маркеров для гемопоэтических клеток. Вайссман предложил другие маркеры как ближайшие для ГСК мышей и человека. Среди них есть и хорошо известный маркер CD34+. В качестве ГСК для медицинского лечения, получение гемопоэтических клеток из костного мозга скоро станет историей. Для клинической трансплантации ГСК человека, врачи теперь предпочитают собирать донорские клетки из периферической, циркулирующей крови. Уже много десятилетий известно, что в крови циркулирует небольшое количество стволовых и прогениторных клеток, но в последние 10 лет, ученые добились миграции клеток из костного мозга в кровь с помощью инъекций цитокина, такого как гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF). Донору вводится G-CSF за несколько дней до сбора клеток. Для сбора клеток врачи пропускают кровь донора через аферезную систему, фильтрующую клетки CD34+ и лейкоциты и возвращающую красные кровяные тельца донору. Интересно отметить, что повреждения ЦНС, такие как острая церебральная ишемия у людей, ведет к спонтанному трехкратному увеличению CD34+ в периферической крови (Б. Хеннманн, неопубликованные данные). Считая это изменение недостаточным механизмом самовосстановления, логичным представляется дальнейшая мобилизация CD34+ с помощью G-CSF. Помимо этого, известно, что G-CSF оказывает нейропротективное воздействие после ПСМ. Недавнее преклиническое исследование отметило функциональное улучшение у крыс с очаговой церебральной ишемией после подкожного введения G-CSF.

Таким образом, данные литературы свидетельствуют о возможности применения методов клеточной трансплантации и тканевой инженерии при лечении пациентов с ТБСМ в позднем периоде. Однако клиническое использование данных технологий требует изучения.

Подробную информацию о клеточной трансплантации и тканевой инженерии при нервных болезнях вы можете получить ознакомившись с монографиями нашей клиники А.С.Брюховецкий «Клеточные трансплантации и тканевая инженерия при нервных болезнях» , 2003 год и Монографии А.С.Брюховецкий «Травма спинного мозга : клеточные технологии в лечении и реабилитации», 2010 ( см.раздел сайта Книги) Монографии или их электронные версии вы можете приобрести в договорном отделе нашей клиники.

НейроВита

Адрес Клиники

Россия Москва
Каширское шоссе 23

Обратная связь

Телефон:
+7 (499) 324-9339
+7 (499) 324-9389
Факс:
+7 (499) 324-9350
Email: neurovita@mail.ru

Время работы

Администрация клиники:
Понедельник - пятница: 9:00 - 20:00
Суббота & Воскресенье: 9:00 - 16:00

Прием пациентов:
Круглосуточно