|
«За какой бы биологический вопрос ни взялся исследователь – за изучение ли строения живого организма, или за изучение его физиологических отправлений, его эмбрионального развития или даже его болезненных изменений, патологии – всюду, в конце концов, ему придется считаться с клетками, составляющими организм».
А.А. Максимов
Клеточная трансплантология – раздел науки о пересадке органов и тканей.
Развитие биотехнологии, клеточной и молекулярной биологии во многом определило успех и перспективы новой медицинской технологии – трансплантации клеток. Развитие современной клеточной трансплантологии и ее внедрение в клинику в последние десятилетия позволило подарить или продлить жизнь многим тысячам пациентов, находящихся в листах ожидания пересадки органов и костного мозга. В настоящее время наука о трансплантации клеток остается одной из самых лидирующих и интенсивно развивающихся областей биологии и медицины.
Клеточная трансплантология подразумевает последовательные этапы: выделение клеток из ткани организма, манипуляции ех vivo (очистка, фракционирование, культивирование, ген-модификация и т.д.) и их введение в организм. Трансплантация клеток является основным инструментом современной регенеративной медицины. Трансплантация осуществляемая простой инъекцией клеток с целью лечения больного или коррекции какого-либо патологического состояния, то это называется «клеточная терапия».
Клеточная терапия может осуществляться как самостоятельный метод, так и в виде клеточной генотерапии и тканевой инженерии. Пептидная терапия, возникшая при изучении механизмов действия пересаженных клеток и регенерации in situ, выделилась в отдельное направление регенеративной медицины. В зависимости от видов принадлежности источника клеточного материала, клеточная терапия может быть аутогенной (использование собственных клеток пациента), аллогенной (использование донорских клеток других людей) и ксеногенной (использование клеток животных). По происхождению стволовые клетки можно разделить на:
1) эмбриональные
2) фетальные
3) клетки взрослого организма:
Цели клеточной терапии:
- Замещение нефункционирующей или дефектной ткани или клеточной популяции; стимуляция собственных прогениторных клеток организма и усиление репаративной регенерации;
- Адресная доставка лекарственных средств, генетических конструкций и биомолекул.
Концепция введения клеток в организм человека с целью лечения возникла более века назад. Упоминания о первых экспериментах по трансплантации клеток и тканей относится к концу XIX века.
В 1890 году Thomson в New York University проводил эксперименты по трансплантации клеток головного мозга от кошки.
В 1884 году Wiliams сообщает о подкожной имплантации фрагментов ткани поджелудочной железы овцы больному сахарным диабетом.
В 1907 году R. Ottenberg выполнил первую обоснованную клеточную трансплантацию у человека, которой стало переливание АВО – совместимой крови. Сообщение о первой попытки переливания крови от овцы человеку было во Франции в 1667 году.
В 1931 году в Швейцарии Paul Niechans спас от смерти больную, находившуюся в судорожном статусе после ошибочного удаления около щитовидных желез, впервые в мире пересадив ей суспензию клеток этой железы теленка. Примерно в это же время русский врач С. Воронцов проводил инъекции фетальных клеток человека во Франции с целью омоложения.
Современный этап развития Клеточных Технологий начинается с 1968 года, когда группой ученых под руководством Роберта Гуда была проведена трансплантация стволовых клеток ребенку с тяжолым врожденным иммунодефицитом.
В 1969 году Thomas E.D. впервые в мире пересадил костный мозг (взятый у сиблинга) больному лейкемией. Эра трансплантации костного мозга доказала клиническую эффективность метода, который стал практически безальтернативным способом лечения онкогематологических заболеваний и значительно продвинуло технологии выделения и сепарации клеток человека.
В 1998 году произошел НАСТОЯЩИЙ ПРОРЫВ в области клеточной терапии – американские ученые Джеймс Томсон и Джон Беккер смогли выделить человеческие эмбриональные стволовые клетки и получить первые линии этих клеток.
В 1999 году опубликованные в журнале Science результаты экспериментов Джеймса Томсона и Джона Беккера были признаны третьим по важности событием в биологической науке ХХ века после открытия двойной спирали ДНК и расшифровки генома человека…
Работы в области клеточных технологий проводят: Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины; Военно-медицинская академия им. С.М.Кирова, Институт цитологии РАН, г. Санкт - Петербург; НИИ трансплантологии и искусственных органов; ГОУ ВПО РГМУ, г. Москва; СПбГМУ им. акад. И.П. Павлова, ЦНИРРИ, ГМПБ № 2; ФГУ «МНИИ педиатрии и детской хирургии Росздрава», Москва; Российский кардиологический научно-производственный комплекс МЗ РФ, Москва; Институт биологии развития им. Кольцова Н.К. РАН, Москва; Институт биологии гена РАН, Москва; Новосибирская государственная медицинская академия, г. Новосибирск; Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор», Кольцово, Новосибрская обл.; Дерматологический институт Пресвятой Девы IDI-IRCCS, Рим; Центр Блонд Макиндоу, больница королевы Виктории, Ист Гринстед, Суссекс, Великобритания, и другие институты…
Примеры использования клеточных технологий.
·
Гемопоэтические клетки- детская лейкемия, анемия- аутоиммунные заболевания: рассеянный склероз, системная красная волчанка, болезнь Крона, резистивный ювенильный ревматойдный артрит- комплексное лечение солидных опухолей (рак почки, молочной железы, поджелудочной железы, головного мозга- Первичная амилоидоза- миопатия Дюшена- токсическое и радиационное повреждения- различные формы анемии (например, серповидно - клеточная)- хронические кровопотери - сахарный диабет·
Островковые клетки поджелудочной железы – сахарный диабет·
Хондроциты - пластическая, реконструктивная и косметическая хирургии– посттравматические повреждения хряща коленного сустава- хрящевые ткани позвоночника- порок развития ушной раковины·
Фибробласты – косметические дефекты кожи - омоложение - трофические язвы- ожоговые раны Нейрональные клетки
- постинсультное состояние- спинальные травмы
Гепатоциты
- наследственные метаболические дефекты у детей: синдром Криглера - Найяра, дефицит VII фактора коагуляции…
Стволовые клети волосяных фолликул:
- восстановление волосяного покрова
И др.
Последние годы развития Клеточных технологий ознаменовалось активным изучением стволовых клеток (эмбриональных и взрослых), как более перспективного клеточного материала для трансплантации в регенеративной медицине.
Термин "стволовая клетка" (по-английски stem cell) означает, что каждая такая клетка дает начало целому древу потомков, в основании ствола которого она и находится. При делении каждая стволовая клетка дает начало хотя бы одной стволовой клетке. Следующая, возникающая в результате деления клетка, может быть как стволовой, так и пойти по пути дифференциации (специализации).
Все клетки организма возникают из стволовых клеток. Они способны к самообновлению и, что самое главное, в процессе деления образуют специализированные клетки различных тканей. Из стволовой клетки могут возникнуть и кожная, и нервная клетки, и клетки крови. Стволовые клетки обновляют и замещают клетки, утраченные в результате каких-либо повреждений во всех органах и тканях. Они призваны восстанавливать и регенерировать организм человека с момента его рождения.
Самое главное свойство стволовой клетки состоит в том, что у нее отсутствует специализация. Дело в том, что клетки живых организмов специализированы, то есть выполняют какие-либо функции: клетки костной ткани формируют скелет, клетки крови отвечают за иммунитет и разносят кислород, нервные клетки проводят электрический импульс и т. д. А стволовая клетка еще не «включила» механизмы, определяющие ее специализацию. Стволовая клетка способна дать начало, по меньшей мере, 350 различным типам клеток.
Основным источником стволовых клеток взрослого человека является костный мозг. Так же стволовые клетки могут быть выделены, например, из: периферической крови, жировой ткани, волосяных фолликул обонятельных эпителий.
Примеры использования стволовых клеток костного мозга.
Деффиринцировка в различные клетки (хондроциты, кардеомеоциты, гемопоэтические клетки, нейрональные…) примеры использования которых перечислены выше.
- Котрансплантация для профилактики болезни «трансплантат против хозяина» после трансплантации гемопоэтических клеток
- кардиомиопластика (комплексно): инфаркт миокарда, регенерация сердечной мышцы, острая и хроническая ишемическая сердечная недостаточность, стимуляция ангиогенеза в зоне повреждения; дилатационая кардимиопатия, ослабление левожелудочковой недостаточности
- ишемия конечностей
- муковисцидоз
- печеночная недостаточность, стимуляция регенерации печени при обширных резекциях
- аклкогольный цероз печени
- атеросклероз: ослабляет ранние проявления
- диабетическая стопа (ангиопатия)
- болезнь Бюргера
- хронические заболевания периферических артерий
- трофичиские язвы
- асептический некроз головки бедренной кости
- дефект гиалинового хряща суставов
- восстановления целостности костей, стимуляции образования кости и ускорения срастания переломов
- дефекты челюстно-лицевых костных тканей
- восстановление связочного аппарата
- остеоартроз
- нарушения иммунного гомеостаза организма
- ожоговые раны
- дефекты кожи, стимуляция заживления ран
- косметология
- восстановление (укрепление) волосяного покрова
- И др.
Опыт зарубежных специалистов в области клеточных технологий
- Северо-Западный университет (Чикаго, США), стволовые клетки продлевают жизнь пациентов, больных туберкулезом кожи…
- Этим летом в Эдинбургском университете (Шотландия) начнутся строительные работы по созданию нового научно-исследовательского центра стволовых клеток стоимостью в 35 миллионов фунтов стерлингов…
- Больной рассеянным склерозом, которого лечили новаторским методом с помощью стволовых клеток в Голландии, теперь он может ходить без посторонней помощи...
- Исследование, проведенное группой учёных из некоммерческой организации под названием ‘Don Roberto Fernandez Viсa Foundation' (Сан-Николас - Буэнос-Айрес, Аргентина), показало, что стволовые клетки, имплантированные больным диабетом 2 типа непосредственно в поджелудочную железу, улучшали выработку эндогенного инсулина, повышали уровень С-пептида, снижали уровни глюкозы в крови и уровни гликозилированного гемоглобина быстрее, чем любые другие методы лечения. 84% процента пациентов, получивших инъекции аутологичных клеток костного мозга, смогли отказаться от лекарств, которые стимулируют выработку инсулина, или от инсулина, который они были вынуждены вводить себе до этого…
- Ученые Медицинской школы Университета Индианы начали уникальное клиническое испытание, в котором инъекции стволовых клеток используются в терапии, способной дать надежду десяткам тысяч людей, которые сталкиваются с ранами, язвами и даже ампутацией вследствие тяжелой периферической артериальной болезни…
- Чтобы помочь молодым людям избежать изнуряющих проблем с коленями и дать надежду больным артритом, биоинженеры из Лидса разработали новаторский метод восстановления хряща, в котором способность организма к самовосстановлению сочетается с наукой о стволовых клетках…
ТКАНЕВАЯ ИЖЕНЕРИЯ: НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНЫ.
Тканевая инженерия – это будущее медицинской науки и одновременно ее настоящее, основа регенеративной медицины. В настоящее время ведутся исследования в создании большинства органов и систем, часть технологий перешла из области экспериментальных исследований в клиническую практику. Созданы коммерческие биопрепараты для восстановления таких тканей как кожа, кость, хрящ и др. Тысячи людей в мире уже воспользовались этими услугами…
Что такое тканевая инженерия?
Решение вопроса о том, где, а главное - как получить достаточное для восстановления органов и тканей количество регенераторного материала с целью последующей трансплантации, может дать быстро развивающаяся наука – биотехнология. Еще в середине прошлого века морфологи и биологи научились получать культуру клеток и длительно поддерживать ее в живом состоянии. Это позволило вплотную подойти к получению биоискусственных тканей и органов.
Тканевая инженерия – раздел биотехнологической науки, позволяющей на основе применения принципов и методов инженерии и биологии создавать биологические заместители тканей и органов для восстановления, поддержания или улучшения их функционирования. Тканевая инженерия следует принципам культивирования и трансплантации клеток на биосовместимом материале с целью создания de novo недостающего или восстановления поврежденного органа или ткани.
Тканевая инженерия как научное направление в медицине возникло после симпозиума, организованного National Science Foundation USA 1987 году.
В качестве клеточного материала для создания биоартифициальных органов применяют культуру клеток, входящих в состав регенерируемой ткани или являющихся их предшественниками. Так, например, для получения материала с целью реконструкции фаланги пальца ученые использовали направленную дифференцировку (преобразование) стволовых клеток костного мозга. В тканевой инженерии используют клетки следующих происхождений: аутологичные – собственные клетки пациента, аллогенные – донорские клетки от других людей и ксеногенные – клетки полученные от животных.
Современные возможности тканевой инженерии.
Костная и хрящевая ткани. Самое изученное направление тканевой инженерии – реконструкция соединительной ткани. Восстановление костных дефектов – одна из актуальных проблем хирургии как у детей, так и у взрослых.
Мышечные ткани. Гладкая мускулатура, которая может входить в состав полых артифицированных органов, таких, как мочеточник, мочевой пузырь, кишечная трубка. Создание функционирующей поперечнополосатой мышечной ткани – пока затруднен из-за отсутствия возможности практического моделирования нервно-мышеных взаимодействий.
Кожа. Одним из самых важных направлений в тканевой инженерии для медицины является изготовление конструкции или эквивалентов кожи. Живые кожные эквиваленты, например, широко применяются для заживления обширных ожоговых поверхностей.
Сердечно-сосудистая система. Основными точками приложения тканевой инженерии в кардиологии сердечно-сосудистой хирургии можно считать три основных направления. Первое – создание биоартифицированных клапанов сердца, второе – создание трубчатых биоматериалов для реконструкции крупных сосудов и третье – создание капиллярных сетей. Например, создание капиллярных сетей актуально для лечения патологии микроциркуляторного русла при таких заболеваниях, как облитерирующий эндартериит, сахарный диабет и др.
Дыхательная система. Восстановление органов дыхания, таких, как гортань, трахея и бронхи так же возможно с помощью тканеинженерных конструкций. В таких конструкциях нуждаются пациенты с поражением гортани или трахеи в результате оперативного лечения травм, пороков развития или онкологических заболеваний.
Пищеварительная система. Заболевания и пороки развития кишечной трубки, сопровождающиеся значительной потерей функционально значимых тканей, являются одной из практически нерешенных проблем современной медицины.
Тканевая инженерия сможет помочь пациента страдающим синдром короткой кишки. Это заболевание, возникает при резекции большой части тонкой кишки при ее некрозе в результате: ишемии (тромбоз мезентериальных сосудов, некротический язвенный колит); пороках развития; опухолевом поражении (тотальный полипоз кишечника); травмах и заболеваниях с аутоиммунным компонентом патогенеза (неспецифический язвенный колит, болезнь Крона).
Тканевая инженерия печени. В настоящее время сохраняется большое количество проблем связанных с созданием конструкции печени. Но уже установлено, что в процессе экспериментов у лабораторных животных аллогенная (донорская) биоартифициальная печеночная ткань позволяет компенсировать или снизить проявления некоторых генетических аномалий печеночных ферментных систем и гемофилии.
Создание полноценных функциональных тканей поджелудочной железы еще предстоит исследователям, несмотря на то, что конструкции, содержащие островковые клетки поджелудочной железы, уже создавались. Так же активно развивается тканевая инженерия слюнных желез.
Мочевыделительная и половая системы. Пороки развития мочевыделительной системы составляют 25% всех пороков развития. С помощью ТИ возможно восстановление мочеточника, мочевого пузыря, мочеиспускательного канала и кавернозных тел полового члена. В России в настоящее время имеется начальный передовой опыт восстановления мочеиспускательного канала с помощью тканеинженерных конструкций.
Нервная система. Тканевые конструкции могут быть использованы как для восстановления центральной, так и периферической нервной системы. В качестве клеточного материала для репарации спинного мозга могут быть использованы клетки обонятельных луковиц и трехмерные биогели.
В настоящем обзоре представлены основные передовые тенденции развития новой отрасли на стыке биотехнологии и медицины – ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИ. Создание биоартифициальных органов в ближайшие десятилетия позволят отказаться от трансплантации большей части аллогенных (донорских) органов, улучшит качество жизни и выживаемости пациентов.
НАУЧНОЕ НАСЛЕДИЕ…
Максимов Александр Александрович – 22.01.1874 – 04.12.1928гг.выдающийся отечественный ученый гистолог, профессор Императорской Военно-медицинской академии.
Активное внедрение метода тканевых культур в России, экспериментально – научное обоснование унитарной теории кроветворения, введение в науку понятия о стволовых клетках – вот лишь немногие заслуги А.А. Максимова, на основе которых разрабатывается современная клеточная биология и регенеративная медицина не только в России, но и во всем мире. Несомненно, бурное развитие биотехнологии в медицине на рубеже ХХ – ХХI веков было не возможно без фундаментальных открытий в области классической гистологии, значительный вклад в которую внес А. Максимов.
В 1909г. Александр Александрович опубликовал положение «Лимфоцит как общая стволовая клетка разнообразных элементов крови в эмбриональном развитии и пост фетальной жизни млекопитающих». В этом положении Максимов сделал вывод свидетельствующий в пользу того, что все клетки крови развиваются из одного предшественника, который имел вид лимфоцита и в этой работе А.А. Максимов впервые в отечественной науке использовал термин «стволовые клетки». Несомненной заслугой А.А. Максимова является то, что он выдвинул положение о стволовых клетках во взрослом организме, в частности, о стволовой клетке крови.
Дальнейшие изучения Максимов посвятил методу тканевой культуры, который являлся новым методом экспериментальной гистологии. Наблюдать ткань при жизни, изучать процессы жизнедеятельности и морфологические изменения, связанные с ними – таким условиям отвечал этот метод, который широко стал использоваться гистологами всего мира.
В 1919 году А.А. Максимова избрали профессором эмбриологии Петроградского университета. В 1920 году, А.А. Максимов становиться членом-корреспондентом Академии Наук.
Зимой 1922 года А.А. Максимов покинул Россию из-за невозможности продолжать свои исследования и публиковать их результаты.
В апреле 1922 года Максимов начинает работу в качестве профессора кафедры анатомии и возглавляет работу лаборатории экспериментального исследования тканей в Чикагском университете.
Результаты исследований в Чикагском университете А.А. Максимов обобщил в блестящей монографии «Соединительная ткань и кроветворные ткани». В этой работе, как бы подводя итог своей более чем двадцати летней работе, он позиционирует учение о полибластах и стволовых клетках. Более того, высказывает мнение о существовании в дефинитивных тканях клеток – предшественников для соединительных тканей, обозначая их как стволовые мезенхимальные клетки.
Трудно переоценить прикладное значение этих открытий. Подтвердив справедливость выводов А.А. Максимова, Тилл и Маккулох, с учетом новых методических приемов экспериментально доказали наличие в костном мозге общих предшественников для всех клеток крови. Это явление стало фундаментальным обоснованием таких лечебных манипуляций, как трансплантация костного мозга, являясь основой современной онкогематологии, и спасло жизни не одной тысячи человек…
|
