1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Органы из лаборатории

Содержание

Органы из лаборатории

  • 2193
  • 1,6
  • 1
Автор
  • Юлия Кондратенко
  • Редактор
    • Бионика
    • Медицина
    • Тканевая инженерия

    Искусственные органы нужны не только для пересадок. На них еще можно тестировать лекарства и изучать межклеточные взаимодействия. В зависимости от целей, для которых получают искусственный орган, он может в различной степени походить на орган природный. Поэтому для разных задач подходят разные стратегии воспроизведения работы органов и их систем. Основным принципам этих стратегий и посвящен наш обзор.

    Когда начнут выращивать органы из стволовых клеток

    Татьяна Шитова, врач, медицинская редакторская студия «МедКорр», Россия, Рязань

    Наверное, в медицине нет больше ни одной области, вокруг которой существовало бы такое количество заблуждений, неразберихи и откровенных махинаций — все слышали о «всесильных» стволовых клетках, но мало кто представляет себе, что же это на самом деле

    Стволовые клетки — понятие, виды

    Термин «стволовые клетки» был введен в далеком 1908 году русским гистологом, профессором военно-медицинской академии СанктПетербурга А. Максимовым. Исследуя развитие клеток крови, он обнаружил группу клеток, каждая из которых при делении дает две с разными функциями: одна трансформируется в ту или иную клетку периферической крови, вторая —продолжает деление. Поскольку при схематическом изображении процесса делящиеся клетки формируют подобие ствола, ученый и решил назвать клетки-предшественницы стволовыми.

    Классифицируют стволовые клетки, исходя из их возможностей превращаться в клетки различных тканей и по источнику выделения:

    • эмбриональные стволовые клетки, получаемые из бластоцистов на 4–7-й день развития зародыша;
    • фетальные стволовые клетки, получаемые из абортивного материала;
    • стволовые клетки пуповинной крови (собирают при помощи специального прибора непосредственно после рождения ребенка);
    • взрослые стволовые клетки.

    Эмбриональные стволовые клетки плюрипотентны, так как способны давать начало любым тканям человеческого организма. Возможности практического применения пока ограничены из-за высокого риска развития тератомы (опухоль из эмбриональной ткани) и реакции отторжения, так же, как и при пересадке донорских органов.

    Фетальные стволовые клетки имеют ограниченные возможности по трансформации в клетки различных тканей (мультипотентны). Кроме того, существует высокий риск развития реакции отторжения.

    Стволовые клетки пуповинной крови могут длительное время храниться в специализированных банках стволовых клеток, которые уже созданы во многих странах (в том числе в России и Украине), с целью их возможного применения в будущем для лечения выросшего ребенка или его ближайших родственников (при генной совместимости). Многие известные и просто обеспеченные люди уже воспользовались новой услугой.

    Из стволовых клеток взрослого человека перспективны стволовые клетки, выделяемые из костного мозга, жировой ткани, периферической крови. В этом случае не возникает проблем с совместимостью, отсутствуют этические проблемы. В перспективе при необходимости у пациента производят забор культуры клеток, выделяют стволовые клетки и культивируют их в специальной среде для последующей клеточной терапии или «выращивания» органа для пересадки. Гемопоэтические стволовые клетки и клетки жировой ткани мультипотентны по своей природе, так как способны преобразовываться в клетки кожи, костную ткань, кардиомиоциты, клетки поперечнополосатой мускулатуры. Есть данные о возможности получения из них клеток нервной ткани. Кроме них, существуют унипотентные тканеспецифичные стволовые клетки, отвечающие за регенерацию тканей при повреждении, но обладающие ограниченным потенциалом.

    Главная функция стволовой клетки — возмещение утраченных в процессе болезни или травмы клеток различных органов и систем. С каждым десятилетием запас стволовых клеток в человеческом организме катастрофически уменьшается, а при наличии хронических заболеваний или травм этот процесс ускоряется в несколько раз. В среднем у новорожденных 1 стволовая клетка приходится на 10 тыс. клеток, к 30 годам — уже 1 на 300 тыс., к 50 годам остается всего 1 на 500 тыс. клеток. В истоках развития хронических заболеваний и старения организма лежит процесс истощения запаса стволовых клеток, неизбежно провоцирующий снижение регенераторных способностей органов и тканей.

    История развития и современные достижения

    Несмотря на то, что термин «стволовые клетки» был введен в самом начале ХХ века, серьезное исследование этой области началось только в 90-х годах прошлого века.

    Первый эксперимент с применением пуповинной крови был проведен в 1963 году — ее ввели женщине с метастазирующей саркомой, но получили только кратковременное улучшение. В середине 60-х годов советскими учеными Александром Фриденштейном и Иосифом Чертковым была проведена грандиозная работа по изучению гемопоэтических стволовых клеток. Во многом благодаря их усилиям стала возможна пересадка костного мозга, спасшая жизни сотен тысяч людей с лейкозами. В 1998 году американским ученым Томсону и Беккеру удалось выделить эмбриональные стволовые клетки человека, размножить их и доказать возможность получения из них около 350 различных типов клеток. Именно эта работа вызвала всплеск интереса к возможностям применения стволовых клеток. Все развитые страны начали выделять огромные финансовые средства на их изучение. В большой степени это было связано с катастрофической нехваткой донорских органов и проблемами лечения многих хронических заболеваний, ведь проведение клеточной терапии и выращивание донорских органов открывают великолепные возможности для многих направлений медицины.

    В 1999 году журнал Science признал открытие стволовых клеток третьим по значимости событием в биологии после расшифровки двойной спирали ДНК и программы «Геном человека». В ХХІ веке изучение стволовых клеток привело к огромному количеству открытий и достижений, которые еще недавно казались чем-то фантастическим, невозможным. В лабораторных условиях получены многие виды тканей (нервная, мышечная, печеночная и др.). Японским ученым удалось вырастить полноценные сосуды мелкого калибра (каппиляры), что поможет в будущем в создании полноценных органов для пересадки. Американцами и итальянцами выращены нервные клетки, которые открывают реальную возможность помощи больным с болезнью Альцгеймера, Паркинсона, с рассеянным склерозом, перенесшим инсульт или черепно-мозговую травму. В Швейцарии удалось искусственно получить клетки клапанов сердца из стволовых клеток околоплодной жидкости. По заявлению ученых эта методика позволит заранее искусственно выращивать клапаны сердца для еще нерожденного ребенка с диагностированным врожденным пороком сердца. Спустя год их успех повторили британские исследователи, им же удалось вырастить в лабораторных условиях печень размером 2 см.

    Еще в конце 90-х годов ХХ века нескольким пациентам в Америке была произведена пересадка мочевого пузыря, искусственно выращенного из собственных клеток. В 2008 году на каркасе старого сердца выращено новое. Проводится работа по созданию полноценной печени, поджелудочной железы.

    За последние три года ученым удалось получить из стволовых клеток полноценную роговицу, зуб, сперматозоиды. Проводится работа по созданию яйцеклетки из стволовых клеток. Максимальные достижения получены учеными Японии, Америки и Англии. В России, несмотря на наличие достаточной материально-технической базы и умов, способных двигать науку вперед, исследовательский процесс тормозится из-за недостаточного финансирования. В настоящее время получены первые положительные результаты по клеточной терапии ишемической болезни сердца, неврологической патологии, последствий травм и ожогов.

    Мифы и махинации, связанные со стволовыми клетками

    В настоящее время в России не существует ни одной разрешенной методики лечения с применением эмбриональных стволовых клеток, не существует и препаратов на их основе. В Москве и Санкт-Петербурге есть две лаборатории, ведущие исследования в этом направлении.

    Все сообщения о лечении диабета и других заболеваний стволовыми клетками — обман. Исследования в этом направлении только ведутся. Пациенту действительно могут предложить участие в клинических испытаниях, но при этом он должен подписать информированное согласие, и ни о какой оплате лечения речь идти не может. То есть пациенту может быть выплачено денежное вознаграждение, если это предусмотрено договором, но не наоборот.

    Не существует разрешенных методик косметологических и омолаживающих процедур с применением клеточных технологий. Нередко в косметологических клиниках пациентам вводятся клетки животных, что может привести к непредсказуемым результатам и серьезным осложнениям.

    На данном этапе разрешено использование гемопоэтических стволовых клеток при лечении заболеваний крови, иммунодефицитов; стромальных клеток жировой ткани для заживления пораженных кожных покровов, для восстановления поврежденной костной и хрящевой ткани после трав. Получены положительные результаты при лечении поражений спинного мозга и сердечнососудистых заболеваний. Но, повторюсь, официально признана и разрешена только пересадка клеток костного мозга, все остальные воздействия с помощью стволовых клеток находятся на стадии разработки и клинических испытаний.

    Прежде чем соглашаться на какиелибо процедуры, необходимо узнать, есть ли у клиники или медицинского центра разрешение и лицензия на проведение лечебных мероприятий с использованием стволовых клеток и каких именно. Количество лицензированных медицинских центров очень ограничено, преимущественно речь идет о крупных центрах федерального значения: Институт сердечнососудистой хирургии им. Бакулева, Онкологический центр им. Блохина, НИИ трансплантологии, Центр акушерства, гинекологии и перинаталогии РАМН, Гематологический научный центр РАМН и ряд других.

    Недавно международное общество по исследованию стволовых клеток (ISSCR) выразило серьезную обеспокоенность в связи с широким распространением мошенничества в этой области. Организация призвала руководство всех стран запретить деятельность коммерческих организаций, связанную с применением стволовых клеток. Согласно разработанным критериям заниматься исследованием и применением различных видов стволовых клеток могут только научно-исследовательские институты. В «черный» список стран, где особенно широко распространены махинации и злоупотреблениями, связанные с перспективами применения клеточной терапии, кроме Индии, Китая и некоторых других стран, попала и Россия.

    Законодательная база

    Развитие науки о стволовых клетках в последние 10 лет идет стремительными темпами, а законодательная база явно отстает от реалий жизни. Основные документы, регламентирующие деятельность научноисследовательских институтов и медицинских центров:

    • Закон РФ «О трансплантации органов и (или) тканей человека» (определяет условия и порядок трансплантации органов и (или) тканей человека);
    • Приказ МЗ РФ от 25 июля 2003 года № 325 «О развитии клеточных технологий в Российской Федерации » (в приложениях содержатся инструкции по заготовке пуповинной / плацентарной крови для научно-исследовательских работ, по выделению и хранению концентрата стволовых клеток крови человека, положение о Банке стволовых клеток пуповинной / плацентарной крови человека);
    • Постановление правительства РФ «Об утверждении Положения о лицензировании медицинской деятельности ».

    Лицензия на забор, транспортировку и хранение стволовых клеток не дает права заниматься лечением пациентов с применением клеточных технологий.

    В связи с несовершенством законодательства и юридической безграмотностью населения добиться от клиники возмещения нанесенного ущерба в случае возникновения осложнений будет практически невозможно.

    Перспективы развития

    Возможности стволовых клеток к преобразованию и размножению в искусственной среде открывают перед нами фантастические возможности по лечению множества неизлечимых на данный момент заболеваний. По мнению ученых, уже в ближайшем будущем врачи смогут применять стволовые клетки в большинстве отраслей медицины: онкология, гематология, кардиология, травматология, перинаталогия и множество других .

    Благодаря стволовым клеткам станет возможным выращивание органов для пересадки из клеток больного человека, что позволит избежать реакций отторжения. Пациентам не придется годами ждать подходящего донора, а ведь большинство нуждающихся в трансплантации людей (более 80 %) не доживают до этого момента.

    Применение стволовых клеток наконец-то поможет действительно лечить больных сахарным диабетом, благодаря реальной возможности пересадки клеток поджелудочной железы.

    Новые технологии способны совершить переворот в фармацевтической промышленности. Появится возможность отказаться от экспериментов на животных. Испытания новых лекарственных средств на выращенных в лабораторных условиях тканях и органах позволят получать качественные и достоверные результаты в короткие сроки и безо всякого риска.

    Ученые возлагают большие надежды на возможность придания стволовым клеткам взрослого человека качеств эмбриональных стволовых клеток. В 2006 году было установлено, что отличительные характеристики эмбриональных стволовых клеток связаны с деятельностью нескольких генов, из них главных всего четыре. Благодаря генной инженерии можно переносить эти гены в культуру фибробластов, получаемых из клеток кожи, они приобретают свойства эмбриональных стволовых клеток. Это открывает возможность получения практически любой ткани из собственных стволовых клеток, что снимает проблему генной несовместимости. Искусственно полученные клетки со свойствами эмбриональных стволовых клеток назвали IPSC-клетками.

    Если научные исследования будут получать достаточную поддержку и адекватное финансирование со стороны государства, уже наше поколение сможет увидеть практические результаты труда ученых, а наши дети и внуки будут иметь возможность забыть о многих тяжелых заболеваниях и продлить себе не просто жизнь, но и молодость.

    Историческая справка. Трансплантология

    Росту биоинженерии как науки предшествовал долгий период развития биологии и других наук, целью которых было изучение человеческого тела. Еще в начале 20-го века толчок своему развитию получила трансплантология, задачей которой было изучение возможности пересадки органа донора другому человеку. Создание методик, способных консервировать на некоторое время донорские органы, а также наличие опыта и детальных планов по трансплантации позволили хирургам со всего мира в конце 60-х годов успешно пересадить такие органы, как сердце, легкие, почки.

    На данный момент принцип трансплантации является наиболее действенным в случае, если пациенту угрожает смертельная опасность. Основная проблема заключается в остром дефиците донорских органов. Больные могут годами ждать своей очереди, так ее и не дождавшись. Кроме того, существует высокий риск того, что пересаженный донорский орган может не прижиться в теле реципиента, так как иммунной системой пациента он будет рассматриваться в качестве инородного предмета. В противоборство данному явлению были изобретены иммунодепрессанты, которые, однако, скорее калечат, чем лечат – иммунитет человека катастрофически ослабевает.

    Как выращивают искусственные органы?

    Искусственное выращивание органов может спасти миллионы человеческих жизней. Регулярно поступающие новости из сферы регенеративной медицины звучат обнадеживающе и многообещающе. Кажется, что уже не за горами тот день, когда биоинженерные ткани и органы будут так же доступны, как запчасти к автомобилям

    Успехи регенеративной медицины

    Методы терапии с использованием клеточных технологий уже многие годы успешно применяют во врачебной практике. Созданы и успешно используются искусственные органы и ткани, полученные с помощью методов клеточной терапии и тканевой инженерии. К практическим достижениям в области регенеративной биомедицины относится выращивание хрящевых тканей, мочевого пузыря, уретры, сердечных клапанов, трахеи, роговицы и кожи. Удалось вырастить искусственный зуб, пока только в организме крысы, но стоматологам стоит задуматься о кардинально новых подходах. Была разработана технология восстановления гортани после операции по ее удалению и уже выполнено много таких операций. Известны случаи успешной имплантации трахеи, выращенной на донорской матрице из клеток пациента. В течение многих лет осуществляют трансплантацию искусственной роговицы.

    Уже налажено серийное производство биопринтеров, которые слой за слоем печатают живые ткани и органы заданной трехмерной формы

    Самыми простыми для выращивания оказались хрящевая ткань и кожа. В деле выращивания костей и хрящей на матрицах достигнут большой прогресс. Следующий уровень по сложности занимают кровеносные сосуды. На третьем уровне оказались мочевой пузырь и матка. Но эта ступень уже пройдена в 2000–2005 гг., после успешного завершения ряда операций по трансплантации искусственного мочевого пузыря и уретры. Тканевые имплантаты вагины, выращенные в лаборатории из мышечных и эпителиальных клеток пациенток, не только успешно прижились, сформировав нервы и сосуды, но и нормально функционируют уже около 10 лет.

    Самыми сложными органами для биомедицины остаются сердце и почки, которые имеют сложную иннервацию и систему кровеносных сосудов. До выращивания целой искусственной печени еще далеко, однако фрагменты ткани печени человека уже получены с помощью метода выращивания на матрице из биоразлагаемых полимеров. И хотя успехи очевидны, замена таких жизненно важных органов, как сердце или печень, их выращенными аналогами — все-таки дело будущего, хотя, возможно, и не очень далекого.

    Матрицы для органов

    Нетканые губчатые матрицы для органов делают из биоразрушаемых полимеров молочной и гликолевой кислот, полилактона и многих других веществ. Большие перспективы и у гелеобразных матриц, в которые, кроме питательных веществ, можно вводить факторы роста и другие индукторы дифференцировки клеток в виде трехмерной мозаики, соответствующей структуре будущего органа. А когда этот орган сформируется, гель бесследно рассасывается. Для создания каркаса также используют полидиметилсилоксан, который можно заселить клетками любой ткани.

    Базовая технология выращивания органов, или тканевая инженерия, заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных тканей

    Следующий шаг — это выстилание внутренней поверхности полимера незрелыми клетками, которые затем образуют стенки кровеносных сосудов. Далее другие клетки желаемой ткани по мере размножения будут замещать биоразлагаемую матрицу. Перспективным считается использование донорского каркаса, определяющего форму и структуру органа. В экспериментах сердце крысы помещали в специальный раствор, с помощью которого удаляли клетки мышечной сердечной ткани, оставив другие ткани нетронутыми. Очищенный каркас засеивали новыми клетками сердечной мышцы и помещали в среду, имитирующую условия в организме. Всего через четыре дня клетки размножились настолько, что начались сокращения новой ткани, а через восемь дней реконструированное сердце уже могло качать кровь. С помощью этого же метода на донорском каркасе была выращена новая печень, которую затем пересадили в организм крысы.

    Базовая технология выращивания органов

    Пожалуй, нет ни одной биологической ткани, к попыткам синтезирования которой не приступила бы современная наука. Базовая технология выращивания органов, или тканевая инженерия, заключается в использовании эмбриональных стволовых клеток для получения специализированных тканей. Эти клетки затем помещают внутрь структуры соединительной межклеточной ткани, состоящей преимущественно из белка коллагена.

    Матрицу из коллагена можно получить путем очистки от клеток донорской биологической ткани или создать ее искусственным путем из биоразрушаемых полимеров либо специальной керамики, если речь идет о костях. В матрицу помимо клеток вводят питательные вещества и факторы роста, после чего клетки формируют целый орган или его фрагмент. В биореакторе удалось вырастить мышечную ткань с готовой кровеносной системой.

    Самыми сложными органами для биомедицины остаются сердце и почки, которые имеют сложную иннервацию и систему кровеносных сосудов

    Эмбриональные стволовые клетки человека индуцировали к дифференцировке в миобласты, фибробласты и клетки эндотелия. Прорастая вдоль микротрубочек матрицы, эндотелиальные клетки сформировали русла капилляров, вошли в контакт с фибробластами и заставили их переродиться в гладкомышечную ткань. Фибробласты выделили фактор роста сосудистого эндотелия, который способствовал дальнейшему развитию кровеносных сосудов. При пересадке мышам и крысам такие мышцы приживались намного лучше, чем участки ткани, состоящие из одних мышечных волокон.

    Органоиды

    Используя трехмерные клеточные культуры, удалось создать простую, но вполне функциональную печень человека. В совместной культуре эндотелиальных и мезенхимальных клеток при достижении определенного соотношения начинается их самоорганизация и образуются трехмерные шарообразные структуры, представляющие собой зачаток печени. Через 48 ч после трансплантации этих фрагментов в организм мышей устанавливаются связи с кровеносными сосудами и внедренные части способны выполнять характерные для печени функции. Проведены успешные эксперименты по имплантации крысе легкого, выращенного на очищенной от клеток донорской матрице.

    Воздействуя на сигнальные пути индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, удалось получить органоиды легких человека, состоящие из эпителиальных и мезенхимальных компартментов со структурными особенностями, характерными для легочных тканей. Биоинженерные зародыши подчелюстных слюнных желез, сконструированные in vitro, после трансплантации способны развиваться в зрелую железу путем формирования гроздьевидных отростков с мышечным эпителием и иннервацией.

    Разработаны 3D-органоиды глазного яблока и сетчатки глаза с фоторецепторными клетками: палочками и колбочками. Из недифференцированных эмбриональных клеток лягушки вырастили глазное яблоко и вживили его в глазную полость головастика. Через неделю после операции симптомы отторжения отсутствовали, и анализ показал, что новый глаз полностью интегрировался в нервную систему и способен передавать нервные импульсы.

    А в 2000 г. опубликованы данные о создании глазных яблок, выращенных из недифференцированных эмбриональных клеток. Выращивание нервной ткани наиболее сложно из-за многообразия типов составляющих ее клеток и их сложной пространственной организации. Однако на сегодня существует успешный опыт выращивания аденогипофиза мыши из скопления стволовых клеток. Создана трехмерная культура органоидов клеток головного мозга, полученных из плюрипотентных стволовых клеток.

    Читайте также: Создан материал для 3D печати искусственных костей

    Напечатанные органы

    Уже налажено серийное производство биопринтеров, которые слой за слоем печатают живые ткани и органы заданной трехмерной формы. Принтер способен с высокой скоростью наносить живые клетки на любую подходящую подложку, в качестве которой используют термообратимый гель. При температуре ниже 20 °С он представляет собой жидкость, а при нагреве выше 32 °С затвердевает. Причем печать осуществляется «из материала заказчика», то есть из растворов живых клеточных культур, выращенных из клеток пациента. Клетки, напыляемые принтером, через некоторое время сами срастаются. Тончайшие слои геля придают конструкции прочность, а затем гель можно легко удалить с помощью воды. Однако чтобы таким способом можно было сформировать функционирующий орган, содержащий клетки нескольких типов, необходимо преодолеть ряд сложностей. Механизм контроля, за счет которого делящиеся клетки формируют правильные структуры, еще не понятен до конца. Однако представляется, что несмотря на сложность этих задач, они все же решаемы и у нас есть все основания верить в стремительное развитие медицины нового типа.

    Биобезопасность применения плюрипотентных клеток

    От регенеративной медицины ждут очень многого и вместе с тем развитие этого направления порождает множество морально-этических, медицинских и нормативно-правовых вопросов. Очень важной проблемой является биобезопасность применения плюрипотентных стволовых клеток. Уже научились перепрограммировать клетки крови и кожи c помощью факторов транскрипции в индуцированные стволовые плюрипотентные клетки. Полученные культуры стволовых клеток пациента в дальнейшем могут развиваться в нейроны, ткани кожных покровов, клетки крови и печени. Следует помнить, что во взрослом здоровом организме плюрипотентных клеток нет, но они могут спонтанно возникать при саркоме и тератокарциноме. Соответственно, если ввести в организм плюрипотентные клетки или клетки с индуцированной плюрипотентностью, то они могут спровоцировать развитие злокачественных опухолей. Поэтому необходима полная уверенность в том, что в трансплантируемом пациенту биоматериале таких клеток не содержится. Сейчас разрабатываются технологии, позволяющие прямо получить клетки тканей определенного типа, минуя состояние плюрипотентности.

    В XXI в. с развитием новых технологий медицина обязана перейти на качественно новый уровень, который позволит своевременно «отремонтировать» организм, пораженный тяжелой болезнью или возрастными изменениями. Хочется верить, что совсем скоро выращивать органы прямо в операционной из клеток пациента будет так же просто, как цветы в оранжереях. Надежду подкрепляет то, что технологии выращивания тканей уже работают в медицине и спасают жизни людей.

    Стволовые клетки и будущее медицины

    Будущее медицины сегодня напрямую связывают с развитием клеточных технологий. Появился реальный шанс в успешном лечении даже самых тяжелых заболеваний и процессов старения организма. Эти технологии позволяют, не меняя поврежденный орган, «обновлять» его клеточный состав. Список болезней, при лечении которых клеточные технологии уже используются или их применение планируется в ближайшем будущем, быстро растет. Это, как правило, такие заболевания, медикоментозное лечение которых малоэффективно.

    В Европе и Америке уже давно уделяется большое внимание созданию специализированных учреждений по заготовке, хранению, культивированию и применению стволовых клеток человека для лечения многих заболеваний. Один только штат Калифорния намерен в ближайшие 10 лет ежегодно тратить на исследования стволовых клеток $295 миллионов. При таких бюджетах научные исследования в этой области множатся год от года. Однако еще быстрее растут общественные ожидания и надежды. От клеток, способных превращаться в любой вид наших тканей, ждут излечения абсолютно всех недугов.

    Что такое стволовая клетка?

    Термин «стволовая клетка» (по-английски «stem cell») означает, что каждая такая клетка дает начало целому древу потомков, в основании ствола которого она и находится. Среди клеток-потомков будут как клетки, идентичные стволовой и как бы формирующие ствол древа, так и специализированные клетки (мышечные, эпителиальные, нервные и др.), которые образуют ветви.

    Стволовая клетка – это незрелая клетка, способная к активному делению и преобразованию в любые специализированные клетки организма (нервные, мышечные, печеночные и т.д.), это своего рода строительный материал, из которого получаются все остальные клетки.

    Суть лечения заключается в ведении в организм стволовых клеток, которые встраиваются в поврежденные или стареющие органы и ткани, где под влиянием микроокружения, начинают размножаться и дифференцироваться в клетки данного органа и ткани, восстанавливая их структуру и функцию. В настоящее время именно с клеточной терапией связывают большие надежды на излечение таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, сахарный диабет, циррозы печени, сердечно-сосудистые заболевания, а также на возможность замедления процессов старения организма.

    Первые в мировой науке работы по стволовым клеткам еще в 1960–1970-е гг. выполнили советские ученые Чертков и Фриденштейн, но широкую известность стволовые клетки приобрели после «переоткрытия» их американскими учеными.

    Откуда берут стволовые клетки?

    Самый богатый источник стволовых клеток (СК) — это ткань эмбриона.

    • Когда оплодотворенная яйцеклетка начинает делиться, образуются первые тотипотентные стволовые клетки, которые могут превращаться в любую ткань.
    • Примерно через четыре дня они начинают «специализироваться» (дифференцироваться) и становятся плюрипотентными стволовыми клетками, которые могут превращаться в не менее чем две возможные ткани (например, костную и мышечную).
    • Со временем они становятся еще более специализированными стволовыми клетками — мультипотентными, из которых могут образовываться 2-3 вида клеток (из одних — различные клетки крови, из других — нервной системы и т. д.).

    Как лечат стволовые клетки?

    СК могут при необходимости могут трансформироваться в любую нужную клетку. Предположим, человек имеет несколько заболеваний. Каждый орган сигнализирует о своем нездоровье и посылает сигналы СОС. Когда СК попадают в организм, они улавливают эти сигналы и устремляются туда, где они нужны больше всего. СК — это клетки скорой помощи. Что они делают? Они создают новые клетки того органа, к которому пришли на помощь, или способствуют восстановлению поврежденных. Попадая в поражённое инфарктом сердце, они преобразуются в клетки сердечной мышцы, в поражённом инсультом головном мозгу — в нейроны и глиальные клетки. Стволовые клетки могут превращаться в клетки печени, костного мозга и т. д. При помощи клеточной терапии появилась возможность излечения огромного количества самых различных заболеваний.

    Преимущества и ограничения использования различных СК

    Лучший источник стволовых клеток — эмбриональная ткань.

    • Одна проблема — этическая. Использовать эмбриональную ткань — значит неминуемо погрязнуть в спорах, этично ли лечить клетками неродившегося ребенка, потворствовать абортам и т. д.
    • Вторая проблема — потенциальная способность индуцировать развитие злокачественных образований, что было показано в исследованиях на животных.

    Онкологическая настороженность возникает при использовании только эмбриональных клеток. Теоретически если в организм вводится эмбриональная ткань, то появляются клетки с достаточно интенсивным делением и это небезопасно. Именно по этой причине большинство исследователей в клиниках работает с собственными стволовыми клетками пациентов или клетками из плаценты и пуповины. Стволовые клетки можно получить также из крови, но концентрация их там очень невелика, из костного мозга грудины, подвздошных костей, трубчатых костей.

    Реклама омоложения и лечения стволовыми клетками вызывает огромный интерес у людей. Что в ней правда, а что преувеличение?

    Настоящий бум «ревитализации» (или есть еще неудачный термин «омоложение») начался в 1995 году, когда американцы обнародовали сведения о результатах введения этих клеток пожилым людям. У пациентов темнели седые волосы, разглаживались морщины, у мужчин увеличивалась потенция, а у женщин прекращались менопаузы. Такие сообщения породили во многом преждевременный оптимизм. Дело в том, что мы сейчас имеем в руках золотой ключик (стволовые клетки), с помощью которого пытаемся найти ту самую сокровенную дверь, ведущую нас к пониманию закономерностей жизненных процессов и сохранению здоровья человека.

    Известно, что в процессе старения количество стволовых клеток в тканях снижается. Когда мы рождаемся, у нас в костном мозге на сто тысяч кроветворных клеток приходится десять стволовых, к 50-ти годам на миллион – две-три стволовых, а к 70 годам – в лучшем случае — одна на миллион. Из-за этого возможности человека по регенерации сильно ограничены. В результате страдает способность ткани к физиологической регенерации и к восстановлению после болезни или травмы. Результатом трансплантации стволовых клеток является значительное повышение регенераторных и адаптивных возможностей организма. Вызываемое этими клетками «обновление» организма может препятствовать развитию процессов, ведущих к старению. Отсюда перспективность и целесообразность использования клеточных технологий в лечении целого ряда заболеваний, обусловленных старением организма.

    Пересадка стволовых клеток с целью замедления процессов старения имеет некоторые особенности. Количество трансплантаций и их повторяемость подбираются индивидуально, так как невозможно до начала лечения определить уровень дефицита стволовых клеток в тканях и степень их активности. Введенные стволовые клетки могут по разному использоваться организмом, т.е. дифференцироваться в разные виды клеток, в связи с чем проявление эффекта может быть различным.

    • Пациенты могут ощущать повышение жизненного тонуса, прилив сил.
    • Улучшается способность к концентрации внимания, острота мышления.
    • Значительно уменьшаются проявления депрессии, нормализуется сон и аппетит.
    • У творческих людей повышается вдохновение, продлевается активная творческая жизнь.
    • Отмечается усиление полового влечения и потенции у мужчин при условии отсутствия органических причин (склероз сосудов, диабет, эндокринные расстройства).
    • Встречаются и неожиданные эффекты, такие, как улучшение слуха, цветоощущения.

    Клинические проявления и субъективные ощущения пациентом результатов лечения могут быть относительно скудными, так как изменения происходят на клеточном уровне и могут не сразу проявиться. Прослеживается отчетливая закономерность – чем лучше состояние здоровья пациента, тем меньше он ощущает изменений в организме. Это вполне объяснимо: невозможно дать организму здоровья больше, чем ему дала природа.

    Каковы перспективы лечения различных заболеваний с помощью стволовых клеток?

    Сегодня клеточная терапия является альтернативой трансплантации органов и тканей человека, а также надежным способом продления молодости, здоровья и долголетия. Прежде всего надо сказать о трансплантации стволовых клеток при онкогематологических заболеваниях. Это зачастую единственный способ лечения лейкозов и других тяжелых заболеваний крови. В неврологии трансплантационная клеточная технология была впервые применена при лечении болезни Паркинсона. Весьма обнадеживающие результаты применения клеточной технологии получены при лечении болезни Хагинтона. Значительный опыт в лечении травматических поражений головного и спинного мозга накоплен в Новосибирском центре иммунотерапии и клеточной трансплантации. Ведущие медицинские центры Москвы, Новосибирска и некоторых других городов уже успешно использует клеточную терапию для лечения отдаленных последствий мозгового инсульта и рассеянного склероза. Было показано, что трансплантация низкодифференцированных клеток во взрослый организм может способствовать восстановлению кровотока за счет роста кровеносных сосудов в ишемизированных органах и тканях.

    В Клинике восстановительной интервенционной неврологии и терапии «Нейровита» стволовыми клетками лечили участников чеченской войны, получивших боевые травмы головного мозга. Солдаты, у которых наряду с другими методами использовались и стволовые клетки, восстанавливались на 40% быстрее. Целый ряд других клинических наблюдений показывает, что использование клеточной терапии вполне оправдано в качестве основного или дополнительного метода лечения при самых различных заболеваниях.

    Так, профессор Dohman и его коллеги из Техасского Центра Медицинских Исследований (Хьюстон) добились улучшения функции сердца у 14 больных с тяжелой сердечной недостаточностью. Терапия включала инъекцию стволовых клеток костного мозга пациента в левый желудочек. Одна из выдвигаемых гипотез объясняет эффективность пересадки стволовых клеток формированием новых кардиомицитов и кровеносных сосудов. Возможно, стволовые клетки запускают химическую реакцию, улучшающую работу клеток вблизи места инъекции.

    В Научном центре сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева ведутся активные работы по лечению стволовыми клетками ишемии нижних конечностей. Обычно такое состояние лечат специальной операцией на сосудах, но для этих больных она была признана бесполезной. До сих пор это означало неизбежную ампутацию ноги. Но в центре «неоперабельным» больным в пораженные участки вводили стволовые клетки и в результате они не только избежали ампутации, но и кровообращение у них восстановилось быстрее, чем у тех пациентов, кому были сделаны традиционные операции.

    Эстетическая медицина

    Еще одна перспективная область применения стволовых клеток – эстетическая медицина. Введение стволовых клеток с помощью метода мезотерапии значительно улучшает состояние кожи, усиливает её кровообращение, устраняет морщины. Попадая в стволовые ниши кожи (на уровне дермального пространства), стволовые клетки способны надолго задержать процессы старения. При этом эти клетки позаботятся не только о вашей красоте, но и о здоровье, так как даже при местном введении наблюдаются общие положительные эффекты. Косметология и реконструктивная хирургия — особые области применения стволовых клеток. Косметология давно уже вышла за пределы чисто эстетической медицины. И врачам, и пациентам сегодня ясно, что выглядеть хорошо — значит не только не иметь морщин. Настоящий косметолог обязан сочетать в себе универсального врача, способного выявить у пациента все существующие (и начинающиеся) заболевания, поставить правильный диагноз, назначить адекватное лечение и лишь затем приступить к омоложению и устранению эстетических дефектов. Разумеется, к косметологу не обращаются тяжелобольные пациенты, но специфика нашего времени такова, что абсолютное большинство людей, считающих себя здоровыми, имеют те или иные недуги. Своевременное их распознавание и корректировка лежат в основе современного подхода в эстетической медицине.

    Когда ученые смогут выращивать органы?

    Сегодня можно говорить только о том, что стволовые клетки способны заполнить дефект на уровне тканей, но никак не жизненно важных органов. Можно вырастить кожу, стенку сосуда, нервное волокно, но нельзя промоделировать и вырастить орган, выполняющий тысячи жизненно важных функций, например, печень. Здесь остаются, по-прежнему, актуальны работы по созданию «искусственных органов», таких, например, как разработанный недавно под руководством профессора Рябинина В.Е. аппарат «Биоискусственная печень». В настоящее время на основе сотрудничества между Челябинской медицинской академией, Южно-Уральского научного центра РАМН и Миасского завода медицинского оборудования создан промышленный образец этого аппарата и начались клинические исследования его терапевтической эффективности при лечении печеночной недостаточности на базе Челябинской областной клинической больницы.

    Кому и что можно делать в области клеточных технологий?

    Клеточная культура — это трансплантат, а не лекарственное средство. Методическая база по применению стволовых клеток определена не на законодательном, а на ведомственном уровне (Минздравсоцразвития РФ): имеется временная инструкция о порядке исследований в области клеточных технологий и их использования в учреждениях здравоохранения (2002 г.), приказ Минздравсоцразвития «О развитии клеточных технологий в Российской Федерации» (2003 г.), созданы положения о банке стволовых клеток. Для того, чтобы заниматься клеточной терапией необходимо иметь соответствующую медицинскую лицензию, положительные результаты доклинических и ограниченных клинических исследований предлагаемого метода лечения, решения Ученых советов и этических комитетов, разрешения Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения на клинические испытания и регистрацию клеточного материала.

    Как создаются органы для трансплантации

    Паоло Маккиарини является автором и разработчиком новаторской технологии выращивания трахеи, что, действительно, служит гордостью и главнейшим достижением регенеративной медицины. В 2008 году он впервые в истории человечества выполнил операцию по пересадке пациентке трахеи, выращенной из ее собственных стволовых клеток на донорском каркасе в биореакторе. Через год была проведена феноменальная операция, когда орган был выращен внутри тела пациента без применения биореактора. В 2011 году профессором Маккиарини была проведена беспрецедентная операция по пересадке человеческого органа полностью созданного в лабораторных условиях на искусственном каркасе, когда донорские органы не использовались.

    Первый визит Маккиарини в Россию состоялся в 2010 году. Фонд «Наука за продление жизни», пригласил его провести мастер – класс по регенеративной медицине. В этом же году профессор Маккиарини впервые в России осуществил пересадку трахеи молодой женщине, пострадавшей в результате автомобильной аварии и потерявшей возможность разговаривать и нормально дышать. Пациентка восстановила здоровье, а итальянский доктор продолжил развивать регенеративную медицину в нашей стране, постоянно внедряя что-то передовое. Например, вместе с искусственно выращенной трахеей человеку была пересажена часть гортани.

    Трудно представить, как можно воспроизвести орган автономно, в отсутствие человека?

    ‑ По большому счету этого сделать нельзя. Имея клетки взрослого человека, вырастить целый орган, не имея орган донора, или искусственный каркас, не удастся.

    Как происходил процесс подготовки материала, когда все только начиналось? Получали донорский орган. Донором мог быть человек или животное, чаще всего свинья. Этот орган опускался в специальный раствор, где растворялись мышечные ткани, таким образом, освобождая его от генетического материала. В результате оставался только каркас из соединительной ткани. Каждый орган имеет каркас, позволяющий ему сохранять форму, так называемый внеклеточный матрикс. Хотя, полученный таким образом каркас органа, изъятого у свиньи, с иммунной системой человека не конфликтует, тем не менее, есть опасность случайного проникновения какого-нибудь вируса, а для мусульман этот вариант не приемлем по религиозным соображениям. Так что орган, изъятый у погибшего человека, для получения каркаса подходил больше.

    В 2011 году была внедрена новейшая технология создания искусственного каркаса, позволяющая обходиться без доноров, в принципе. Этот каркас представляет собой трубку, выполненную в соответствии с индивидуальными размерами органа пациента, изготовленную из упругого и пластичного нанокомпозитного материала. Это колоссальный рывок вперед. Получая искусственный каркас, отпадает необходимость в донорах, и сразу же снимаются все вопросы биоэтики, особенно когда дело касается детей.

    Но трубка это же не орган. Как его оживить и заставить работать?

    ‑ Для этих целей существует биореактор.

    Что-то наподобие биопринтера?

    ‑ С помощью биопринтера можно произвести простые ткани или сосуды, но не сложные органы. Биореактор предназначен для размножения и роста клеток, для этого там поддерживаются оптимальные условия. Клетки в биореакторе обеспечиваются питанием, они имеют возможность дышать и оттуда отводятся продукты обмена. Из костного мозга пациента выделяются его собственные клетки, которые и засеваются на каркас. Стволовые клетки такого вида способны преобразоваться в специальные клетки требуемых органов. В течение двух суток каркас обрастает этими клетками, и затем, воздействуя на них определенным образом, клетки превращаются к трахейные. Орган для трансплантации готов, и так как он выращен из собственных клеток пациента, то организмом не отторгается.

    Но ведь вы не планируете останавливаться только на трахее?

    ‑ В настоящее время ведется работа по исследованию на животных пищевода и диафрагмы, выращенных в лаборатории. Далее планируется совместно с Техасским институтом впервые в мире вырастить функционирующее сердце.

    В Краснодарском крае существует специальный обезьяний питомник, предназначенный для медицинских исследований. Именно на них планируется провести испытания первого синтетического сердца. Учитывая, что в России многие проблемы решаются значительно легче, чем на Западе или в Штатах, есть большая уверенность, что Россия станет родиной первого человеческого сердца, выращенного в лаборатории.

    А какие органы самые востребованные?

    ‑ Нет предела совершенству и человеческой глупости. Как иначе отнестись к просьбе какого-то там президента общества гомосексуалистов снабдить его пенисом?

    Два пениса – это мысль!

    ‑ Да в том-то и дело, что там не то, что два, вообще почему-то ни одного не было. Вот только в пенисах я не силен. Кстати, с маткой тоже не смог помочь. Людей ведь мучают не только болезни, а всякие бредовые идеи тоже жить спокойно не дают.

    Наш центр не работает с этими новомодными тенденциями. Что пробовали, так это вырастить яички, потому что проблема эта весьма актуальна из-за огромного количества детей, у которых обнаружен рак яичек или имеются врожденные отклонения. Однако, стволовые клетки не удалось преобразовать в клетки яичек и исследования завершились безрезультатно.

    Естественно, основные усилия нашего центра направлены на выращивание тех органов, пересадка которых поможет спасти максимальное количество людей. Вот сейчас один из самых актуальных проектов – выращивание диафрагмы. Тысячи детей появляются на свет с отсутствием этого органа и поэтому умирают.

    Какие органы представляют самую большую сложность при выращивании?

    ‑ Сложнее всего дела обстоят с сердцем, почками и печенью, и не потому, что их трудно вырастить. На сегодняшний день вырастить можно практически все органы, а вот как заставить их правильно работать и вырабатывать необходимые организму вещества, это пока вопрос. Искусственные органы прекращают функционировать через несколько часов. Мы не знаем досконально принцип их работы, в этом вся причина.

    А ведь вполне возможно, что стволовые клетки можно использовать для восстановления работы органов, требующих пересадки. Запустить внутренние процессы регенерации организма. Сегодня – это моя самая заветная мечта, и если удастся реализовать эту фантастическую идею, не потребуются больше операции и выращивание органов, ведь стволовые клетки есть у каждого человека.

    Сколько требуется времени на создание синтетического органа?

    ‑ Время пропорционально сложности органа. Для трахеи достаточно четырех дней, для сердца понадобится три недели.

    А можно ли вырастить мозг?

    ‑ Есть у меня такие намерения в перспективе.

    Ведь мозг имеет бесчисленное множество связей между нейронами. Как с ними быть?

    ‑ Не так все сложно, просто на проблему нужно смотреть под другим ракурсом. Полностью заменить мозг нельзя, и об этом речи нет. Но, если у человека травма головы, часть мозга повреждена, но человек остался в живых. Вот эту неработающую часть мозга нужно заменить субстратом, который призван вызвать рост нейронов, привлекая их из других участков мозга. Через некоторое время пострадавшая часть мозга постепенно включится в работу и обрастет связями. Сколько бы людей смогли избавить от проблем!

    Почему обещания клиник вылечить стволовыми клетками бывают лживыми

    Люди, предлагающие лечение почти всех заболеваний стволовыми клетками, либо нагло врут, либо добиваются нужного эффекта другими способами, но ради рекламы делают вид, что добились его с помощью стволовых клеток.

    У меня есть любимый пример — российский препарат, который содержит в составе стволовые клетки растений. Это спрей, создатели которого обещают, что, если вы им обрызгаетесь, ваша кожа станет упругой, как лиана. Я посмотрела состав препарата: кроме стволовых клеток, там есть вещества, входящие в состав межклеточного матрикса кожи. Предполагаю, что если такая штука и работает, то из-за этих веществ, а стволовые клетки нужны только для пиара.

    В целом подобных лекарственных средств довольно мало, но есть достаточно клиник, которые обещают целые курсы лечения стволовыми клетками ради омоложения и в качестве терапии заболеваний. Одна из таких клиник прямо на сайте предлагает избавление от нескольких десятков заболеваний, хотя науке сейчас известен только очень короткий список того, что действительно можно вылечить стволовыми клетками. Однако эта клиника уже сейчас предлагает бороться со всем подряд, в том числе с аутизмом и болезнью Дауна. Как именно они предлагают это лечить — непонятно, технологию нигде не описывают.

    Из того, что обещают лечить стволовыми клетками в России, практически ничему нельзя верить. Но сложность состоит в том, что наука постоянно развивается и то, что сегодня — ложь, завтра может оказаться реально работающей технологией. Хотя понятно, что если предлагают вылечить аутизм, то это, конечно, вранье в любом случае. Наука еще не может толком разобраться, от чего вообще развивается аутизм, а не то что как лечить.

    В лучшем случае обращение в такие клиники — просто потеря денег, причем больших. Такое «лечение» может стоить тысячи и десятки тысяч долларов. Это деньги на ветер и отказ от более эффективных методов. Если же в «лечении» применяются эмбриональные стволовые клетки, то последствия могут быть серьезными, вплоть до летальных. Такие случаи, когда человеку подсаживали эмбриональные клетки и это приводило к развитию опухоли, уже известны в других странах.

    Почему такие услуги появляются на рынке — сложно сказать. Но ведь у нас работают и гомеопаты, методы которых вызывают не меньше вопросов.

    Почему это сейчас так актуально

    Или врачи научатся ремонтировать органы прямо в теле без хирургических операций? Именно таких прорывов ждут исследователи от стволовых клеток. Ученые называют это регенеративной медициной.

    Считается, что регенеративная медицина справиться с неизлечимыми болезнями, такими как:

    • инсульты;
    • сердечные болезни;
    • сахарный диабет;
    • болезнь Паркинсона;
    • болезнь Альцгеймера;
    • боковой амиотрофический склероз;
    • рак;
    • тяжелые ожоги;
    • остеоартрит и другие.

    Но это еще не все.

    Наблюдая, как они созревают в клетки костей, нервов и других органов, врачи могут лучше понять, как развиваются наследственные болезни.

    Наконец, фармацевты испытывают на стволовых клетках новые лекарства. Чтобы начать испытания препарата на людях, нужно сначала убедиться в его безопасности. Для этого используют ткани, выращенные из стволовых клеток. Например, можно вырастить нервные клетки для тестирования нового лекарства от нервного заболевания. Такие тесты заранее выявляют опасные побочные эффекты или полезное воздействие.

    Смотрите нашу галерею 20 фильмов о неизлечимых болезнях и о силе духа:

    Зачем стволовые клетки добавляют в кремы

    В косметику действительно добавляют стволовые клетки — но не человеческие или животные, а растительные; один из самых популярных источников клеток для этого — яблоня. Понятно, что в составе крема ни размножаться, ни дифференцироваться клетки не могут — но это и не нужно. Этими растительными клетками никто не пытается заменить человеческие: из стволовой клетки яблони, даже если бы она могла сохранить свойство к размножению, не получились бы новые клетки кожи человека.

    У разработчиков косметики совсем другие задачи: стволовые клетки растений содержат активные субстанции, поддерживающие чувствительность клеток кожи к гормонам и нейромедиаторам — веществам, передающим самые разные сигналы в организме. Эксперименты показывают, что составы с растительными стволовыми клетками делают обратимыми возрастные изменения кожи и замедляют старение волосяных фолликулов — но нужно понимать, что в данном случае действие стволовых клеток не прямое, как при лечении лейкоза, а косвенное.

    Читать еще:  Как выращивать помидоры в открытом грунте на юге?
  • Ссылка на основную публикацию
    Статьи c упоминанием слов:
    Adblock
    detector