Пересадка эмбриональных клеток: новые возможности в биологии и медицине

Опубликовано в журнале:
Профилактика старения »» Выпуск 4 2001 В.И. Донцов, В.Е. Чернилевский
Национальный Геронтологический Центр
Московский государственный медико-стоматологический университет

Пересадка эмбриональных клеток (ЭК) переживает расцвет как в плане фундаментальных исследований, так и в практическом отношении для заместительной коррекции различных патологий у человека. Пересадка ЭК и соматических клеток - альтернатива пересадкам органов и тканей. Создание банков клеток позволяет поставить методы клеточной трансплантации на поток и иметь резервы собственных замороженных клеток с момента рождения. Пересадки ЭК широко используются в практике для целей лечения наследственных, дегенеративных и иных заболеваний человека, а также делаются попытки использовать их для восполнения функций органов и тканей при их естественном истощении в ходе старения организмов. Метод пересадки ЭК - уникальный метод изучения механизмов эмбриогенеза, межклеточного взаимодействия и старения организма.

ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ: ОБЩИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

В последние годы направление пересадки эмбриональных и иных типов клеток переживает новый расцвет, что связано как с успехами в фундаментальных науках, позволивших культивировать и генетически трансформировать практически любые типы клеток, так и с развитием прикладной трансплантологии, позволившей проводить фактически любые трансплантации при любых патологиях у человека [1-16].

В настоящее время методы трансплантации эмбриональных клеток (ЭК) и отдельных выделенных соматических клеток (СК) используют:

в фундаментальных исследованиях для:

• изучения эмбриогенеза тканей и органов,
• изучения процессов дифференцировки тканей и клеток разных типов,
• изучения взаимодействия различных типов клеток между собой, в т.ч. для конструирования органов in vitro,
• получения генетических химер, в т.ч. для изучения механизмов иммунитета и иммунного отторжения тканей, иммунодефицитов и иммунно-толерантности,
• получения моделей генетических заболеваний человека,
• изучения функционирования различных нервных центров (пересадки гипоталамических ядер, эпифиза и пр.),
• изучения механизмов старения и разработки методов омоложения тканей (пересадки нервных центров, эпифиза и пр.).

в клинической практике для:

• лечения заболеваний системы крови (лейкозы, анемии, метаболические болезни),
• лечения врожденных иммунодефицитных состояний,
• коррекции иммунодефицитных состояний после химиотерапии и облучения,
• лечения генных заболеваний человека самой различной природы (метаболические заболевания, дегенеративные заболевания и др.),
• лечения острой печеночной недостаточности, цирроза и наследственных метаболических заболеваний печени,
• лечения различных миодистрофий, в том числе с переносом соматических миобластов,
• лечения дегенеративных заболеваний нервной ткани, инсультов, паркинсонизма и пр,
• лечения генетических и дегенеративных заболеваний репродуктивной сферы,
• коррекции инсулин-зависимого диабета тяжелых форм течения,
• лечение дегенеративных и иных поражений кожи, слизистой, хрящей, глаз и уха и пр.

МЕТОДЫ РАБОТЫ С ЭМБРИОНАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ

Современные методы биотехнологии позволили по новому и в массовых масштабах проводить работы с ЭК. Использование как источника клеток эмбрионального материала человека и животных все больше уступает использованию переживающих клонов клеток. В настоящее время во многих странах мира созданы банки практически для любых типов клеток, используемых в терапевтических и научных целях. В средине 90-х годов более чем в 300 центров 30 стран мира было проведено более 10000 трансплантаций только гематогенной ткани. Прогресс как в применении, так и в развитии фундаментальных исследований в области трансплантации ЭК был получен в результате привлечения внимания транснациональных корпораций к научным фундаментальным разработкам.

Сейчас большая часть разработок по фундаментальной клеточной биологии финансируется из внегосударственных источников. Успех трансплантации клеток в клинике практически целиком зависят от качества клеточного материала, который подвергается все чаще разнообразной обработке до и после переноса.

Использование очищенных клеток позволяет уменьшить реакции иммунного отторжения, так как пересаживаемый материал лишен стромальных ретикулярных клеток, несущих антигены гистосовместимости. Все шире применяется генная терапия переносимых клеток, в том числе с использованием собственных клеток больного. В США разработан проект "Банка здоровья", в который помещаются клетки из пупочного канатика в момент рождения ребенка, они являются источником ЭК для возможного применения во взрослом состоянии.

Перед переносом клетки часто культивируются для увеличения их количества с использованием специфических факторов роста, а также подвергаются генетической обработке, предварительному культивированию и воздействию факторов роста, причем последние все чаще назначают и в ходе пересадок in vivo, что способствует развитию и размножению ЭК in situ после трансплантации.

На базе фетального материала создаются также новые биопрепараты самого различного действия, наиболее интересные из которых - биостимуляторы и иммуностимуляторы нового типа, стимуляторы регенерации, искусственные органы для кратковременного замещения функций пораженных органов - например, печени.

МЕХАНИЗМЫ ЭФФЕКТОВ ПЕРЕСАДОК ЭМБРИОНАЛЬНЫХ КЛЕТОК

Во многом, механизмы эффектов трансплантированных ЭК остаются мало понятными, и часто практическое использование метода опережает научную часть разработок.

Наиболее интересным является то, что пересадка даже очень небольших объемов клеток дает выраженные эффекты, вплоть до полного купирования симптомов часто неизлечимых другими методами заболеваний.

Так, пересадка всего 3% клеточной массы печени купирует печеночную недостаточность.

Часто после пересадки наблюдается активирование собственных клеток органа, стимуляция регенерации сохранившихся клеток. Последнее связывают с выделением ЭК различных цитокинов, а также активным состоянием ЭК, включающихся в межклеточные взаимодействия с собственными клетками реципиента. В этой связи следует указать на важность в формировании такого межклеточного взаимодействия иммунной системы. Так, отечественными учеными, в т.ч. нами была подробно разработана концепция о регуляции определенными субпопуляциями Т-лимфоцитов процессов роста и регенерации самых различных типов клеток [4, 5].

Исходя из этих взглядов, ЭК являются факторами запуска регенерации собственных клеток реципиента, а также сами нуждаются для нормального приживления в активной помощи данного типа клеток и в создании состояния иммунной толерантности, так как переносимые клетки все же являются генетически чужеродными для организма. Понятно с этих позиций, почему назначение после переноса ЭК больным цитокинов и факторов роста улучшает результаты, а также позволяет использовать на порядок меньшие количества переносимых ЭК.

Переносимые ЭК активно размножаются в тканях реципиентов, формируют клоны клеток, дифференцируются в функционально полноценные клетки и восполняют функции неполноценных или поврежденных клеток реципиентов, встраиваясь непосредственно в ткани реципиента и создавая там функционирующую ткань донора.

В ряде случаев ЭК сливаются, например, с миобластами реципиента, образуя гибридные клетки, восстанавливая их функцию в организме.

Важное значение имеет и выделение ЭК факторов, стимулирующих ткани и организм реципиента, к чему во многих случаях сводится биостимулирующее общее влияние ЭК.

КЛИНИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ЭМБРИОНАЛЬНЫХ КЛЕТОК

Применение ЭК в клинике находит все более широкое распространение. Этому способствует создаие целого ряда банков клеток во всех развитых, а часто и развивающихся странах мира.

Наиболее часто используется пересадка гематогенной ткани, для лечения лейкопролиферативных заболеваний, анемий и метаболических заболеваний кроветворной системы, а также гемофилий и СПИДа. Применение геаптоцитов в клинике связано обычно с лечением состояний недостаточности функции печени, причем используют и "искусственную печень" - колонки с гепатоцитами, на период восстановления функции собственной печеночной ткани. При этом применяются методы стимуляции регенерации собственной ткани (стимуляция апоптоза, ишемия печени и т.п.). Напомним, что именно при регенерации печени были впервые подробно исследованы новые функции лимфоцитов как стимуляторов регенерации соматических тканей.

Пересадки соматических клеток (СК) - миобластов предварительно с генной терапией используют для лечения миодистрофий. Образуемые химерные миобласты оказываются функционально полноценными и иммунологически достаточно нейтральными, что способствует клинической ремиссии заболевания.

Особый интерес представляет пересадка клеток островков Лангерганса для лечения тяжелых форм инсулин-дефицитного сахарного диабета. Эктопические пересадки клеток человека, свиньи и кролика дают иногда ремиссии заболевания, причем оказывается достаточным пересадить всего несколько миллионов клеток. Учитывая распространенность сахарного диабета, этот метод собственно лечения весьма перспективен.

При некоторых формах стерильности пересаживают фетальный яичник.

Нейрональные стволовые клетки используют в терапии ряда заболеваний головного мозга, спинного мозга и периферической нервной ткани, при болезни Паркинсона, детском церебральном параличе, при ишемических повреждениях мозга. Оказалось, что нейробласты способны имплантироваться в различную тканевую среду и давать различные типы нейробластов, содавать полноценную химерную нервную сеть.

Таким образом, трансплантация ЭК и СК является распространяющимся методом лечения все большего спектра заболеваний, ряд из которых до последнего времени считались неизлечимыми.

ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ КЛЕТКИ КАК ГЕРОПРОТЕКТОРЫ И БИОСТИМУЛЯТОРЫ

В гериатрической практике успешно используются ряд препаратов из тканей: экстракт алоэ, взвесь и экстракт плаценты, ФиБС, пелоидодистиллат, пелоидин, пирогенал, продигиозан, гумизоль, биосед, торфот и другие. Эти средства оказывают стимулирующее действие на обменные процессы, регуляторное влияние на функции ЦНС, сердечно-сосудистой, эндокринной и других систем, активизируют восстановительные и регенерационные процессы, замедляют развитие атеросклероза и артритов.

К группе биостимуляторов относится и ряд цитотоксических сывороток: антиретикулярная (АЦС), антиовариальная, антитестикулярная и другие, которые используются в гериатрии. АЦС оказывает положительное влияние на систему соединительной ткани, сердечно-сосудистой, нервной, эндокринной, иммунной, гемопоэтической систем, что свидетельствует о повышении общей резистентности организма. Однако нет убедительных фактов о влиянии АЦС на продолжительность жизни (ПЖ) человека и эффекты АЦС оказались непредсказуемыми. Это относится и к некоторым стимуляторам неоорганического и другого происхождения. Например сообщалось, что применение НРВ или мумие вызывает повышение работоспособности, "омоложения" кожи, потемнение седых волос и рост новых. Попытки использования экстрактов из тканей и тканевых пересадок наиболее известны в связи с работами французского физиолога Ш.Броун-Секара, который в 72-летнем возрасте сделал себе несколько инъекций из семенников молодых собак и кроликов и почувствовал, "будто помолодел лет на 30". Умер он через 5 лет. Эффект биостимуляции оказался временным.

Е.Штейнах (1920) и С.Воронов (1923-1928) сообщали, что аналогично на крысах, кроликах и баранах удавалось омолаживать и продлевать жизнь животных: старые животные выпрямлялись, повышалась двигательная активность, глаза становились ясными, начинался рост новых волос, мех становился гуще, мягче, восстанавливалась половая функция. В.Гармс (1921) сообщал о 4-кратной пересадке семенников от 3-мес таксы 17-летнему таксу-самцу с резко выраженными явлениями старческого одряхления. Наблюдались эффекты, описанные выше, но через несколько недель после каждой пересадки наступали признаки старческой дряхлости, а после 4-й пересадки эффекта не наблюдалось.

С целью омоложения Е.Штейнах и С.Воронов производили пересадки человеку половых желез молодых животных и обезьян. В некоторых случаях эти пересадки давали очень эффектный, но кратковременный результат с последующим быстрым одряхлением организма. Было много неудач и осложнений, за что этот метод подвергся резкой критике и был оставлен.

Попытки омоложения человека путем переливания крови между здоровыми людьми предпринимались А.Богдановым. Он описывает ряд пациентов, у которых после переливания крови наблюдались отдельные признаки омоложения, повышение работоспособности и укрепление здоровья. Сын А.Богданова, известный врач, генетик и геронтолог А.А.Малиновский, которому в течение жизни было сделано 4 переливания крови, прожил до 90 лет. По его наблюдениям, люди, которым делались переливания крови, доживали до 85-90 лет. В докладах по геронтологии А.А.Малиновский сообщал, что в детстве он не отличался хорошим здоровьем, однако после первого и особенно после второго переливания крови здоровье и работоспособность многократно повысились, причем эффект был стойким и сохранялся многие годы; переливания крови в старшем возрасте давали меньший эффект.

Большой биологической активностью обладают препараты клеточной терапии, полученные из свежих эмбриональных тканей крупного и мелкого рогатого скота, свиней и цыплят, из плодов и маток животных (овариолизат, тестолизат), из эмбрионов и плаценты, из эмбриона и хориона (фетозол, лейкозол). Механизм действия эмбриональных препаратов изучен недостаточно. Их успешно применяют в гериатрической практике при лечении различных заболеваний пожилых пациентов. После введения эмбриональных препаратов у пожилых людей улучшается общее состояние, повышается работоспособность и настроение, нормализуется функция различных органов.

Практическое применение метода клеточной терапии для замедления старения связано со швейцарским врачом, доктором медицины П.Нихансом.

Он широко использовал клеточную терапию для "омоложения" людей, среди которых было немало состоятельных знаменитостей: папа Пий ХII, У.Черчилль, Шарль де Голь, С.Моэм, Т.Манн, Дж.Рокфеллер, Глория Свенсон, Б.Барух и другие. Все они дожили до преклонного возраста, но не достигли 100 лет. Сам П.Ниханс прожил 89 лет.

Применение иммунных средств и способов как частный случай тканевой терапии для замедления старения основаны на гипотезе, связывающей процесс старения с возрастными изменениями иммунной системы, и прежде всего с инволюцией тимуса у человека и животных. Имеются данные о том, что гормональные вещества тимуса (тимический гуморальный фактор, тимопоэтин, тимозин и другие), а также интерлейкин-2, изопринозин, иммуноцитал, ЛПС (иммуностимулятор), азатиприн (иммунодепрессант), тимекс и тималин (экстракты тимуса) и другие замедляют инволюцию тимуса, оказывают нормализующее влияние на функции различных систем, предупреждают образование опухолей, стимулируют защитные силы организма, но не оказывают влияния на ПЖ.

Воздействие иммуномодуляторов тималина и эпиталамина на 3,5 мес крыс увеличивало предстоящую СПЖ и МПЖ в основном за счет уменьшения образования опухолей. У пожилых людей оба препарата воздействуют на центральные механизмы (пептидергической) регуляции, оказывая нормализующее влияние на иммунную, нейроэндокринную и мочеполовую системы. Имеется сообщение, что в опытах на крысах пептидный иммуномодулятор тимоген вызывал увеличение МПЖ животных с 946 до 1048 дней, а СПЖ не изменилась, хотя препарат способствовал замедлению развития опухолей (Павельева И.А., 1991). Эти данные требуют проверки.

Т.Макинодан осуществлял пересадки тимуса и костного мозга от молодых старым мышам. Автор сообщал, что при этом происходило "омоложение" иммунной системы и продлевалась жизнь животных.

Другие исследователи указывали,что множественные пересадки тимуса в старшем возрасте (при старении) неэффективны, а множественные пересадки мышам долгоживущих линий в период их полового созревания тимусов от новорожденных мышей замедляли снижение Т-зависимых функций иммунитета и развитие болезней, при этом СПЖ увеличивалась, а МПЖ не изменялась.

Новый интерес к проблеме связан с работами отечественных ученых, указывающими на роль Т-лимфоцитов в развитии и старении организма. Т-лимфоциты способны участвовать в поддержании ростового потенциала соматических тканей, а возрастной иммунодефицит может являться причиной снижения с возрастом физиологического самообновления клеток. Понятны в таком случае эффекты иммунотерапии как биостимуляции.

В последние годы вновь обнаружился бум связанный с использованием экстрактов из органов, контролирующих развитие, в частности, иммунитета - препараты эпифиза и чистый мелатонин являются широко распространенными средствами во всем мире. Используют в эксперименте также пересадки эпифиза. Влияния на ПЖ, однако, этих средств не доказано.

Ряд новых направлений связан с пересадкой эмбриональных центров гипоталамуса, что позволяет восстанавливать половую функцию и иммунитет в старости [2, 3, 16]. Эти же центры, видимо, можно стимулировать физиотерапией (магнитным полем), или использовать нейрофармакосредства, эндокринные препараты и даже психотерапию, в том числе практики Йоги.

ВЫВОДЫ

Пересадка эмбриональных клеток (ЭК) переживает в последние десятилетия расцвет как в плане фундаментальных исследований, так и в практическом отношении для заместительной коррекции различных патологий у человека.

Пересадка ЭК и соматических клеток - альтернатива пересадкам органов и тканей. Создание банков клеток позволяет поставить методы клеточной трансплантации на поток и иметь резервы собственных замороженных клеток с момента рождения.

Пересадки ЭК широко используются в практике для целей лечения наследственных, дегенеративных и иных заболеваний человека, а также делаются попытки использовать их для восполнения функций органов и тканей при их естественном истощении в ходе старения организмов.

Метод пересадки ЭК - уникальный метод изучения механизмов эмбриогенеза, межклеточного взаимодействия и старения организма.

Для практических целей воздействия на старение используются препараты и экстракты эмбриональных и иных тканей как биостимуляторы, иммунотропные препараты, а в эксперименте и пересадки отдельных органов, контролирующих процессы развития (эпифиз, тимус, регуляторные центры мозга).

ЛИТЕРАТУРА

1. Анисимов В.Н., Морозов В.Г. Хавинсон В.Н. // ДАН СССР. -1987. -Т.293. -С.1000-1004.
2. Ата-Мурадова Ф.А., Черкасова В.А. ДАН СССР. -1986. -Т. 290. -N 2. -С. 496-500.
3. Ата-Мурадова Ф.А., Донцов В.И. // ДАН СССР. -1987. -Т.297. -N1. -С.237- 240.
4. Донцов В.И. // Физиология человека. -1998. -Т. 24. -N 1. -С.82-87.
5. Донцов В.И. Иммунобиология постнатального развития. М.: РАН, МОИП. Наука. 1990.
6. Репин В.С., Сухих Г.Т. Медицинская клеточная биология. М.: 1998.
7. Трансплантация фетальных тканей и клеток // Приложен. 1 (Бюл. эксперим. биол. мед.). 1998.
8. Шумаков В.И., Блюмкин В.И., Скалецкий Н.Н. Трансплантация островковых клеток поджелудочной железы. М.: 1995.
9. Anderlini P., Korrbling M. // Stem Cells. -1997. -Vol.15. -P.9-17.
10. Cell and tissue transplantation into adult brain. // Ann. N. Y. Acad. Sci. -1997.- Vol.495. -P.360.
11. Dismore J., Ratlif J., Deacon T. // Cell Transplant. -1996. -Vol.5. -P.131-143.
12. Gratwohl A., Hermans H., Baldmero H. // Bone Marrow Transplant. -1996. -Vol.17. -P.137-148.
13. Kordower J.H., Liu Y.T., Winn S. et al. // Cell Trans-plant. -1995. -Vol.4. -P.155-171.
14. Lesnikov V.A., Pierpaoli W. // Ann. N. Y. Acad. Sci. -1994. -Vol.719. -P.456-460.
15. Nikkah G., Cunningham M.G., Judicke A. et al. // Brain Res. -1994. -Vol.633. -P.133-143.
16. Matsumoto A., Kobayashi S., Murakami S., Arai Y. // Proc. Japan Acad. 1984. Vol.60. Ser.B. N 4. P. 73-76.

FETAL CELLS TRANSPLANTATION: NEW POSSIBILITIES In BIOLOGY And MEDICINE

Vitaly I. Dontsov, Valery E. Chernilevsky
National Gerontology Center

The fetal cells transplantation (FCT) experiences a heyday both by way of basic researches, and in the practical medicine for correction of various patholo-gies. Fetal and somatic cells transplantation is alternative to organs and tissues transplantation. The creation of banks of cells allows to put this methods more correctly. The FCT method will widely be utillized in practice for treatment of heritable, degenerative and other diseases of the man. FCT is also unique method of study the mechanisms of an embryogenesis, intercellular interaction, cells differentiation and aging prevention processes of an organism.

Комментарии