Академик РАМН В. Н. ЯРЫГИН, член-корреспондент РАМН Г. Т. СУХИХ, доктор медицинских наук К. Н. ЯРЫГИН, Российский государственный медицинский университет; доктор биологических наук И. А. ГРИВЕННИКОВ, Институт молекулярной генетики РАН

Тело человека состоит из огромного (порядка 10 ¹³ ) количества клеток примерно 250 различных структурно-функциональных типов - мышечных, эпителиальных, нервных, иммунных и т.п. Все они происходят из одной оплодотворенной яйцеклетки. После нескольких первых делений из нее формируется пузырек-бластоциста, состоящий из сферического трофобласта, служащего зачатком оболочек зародыша, и клеток внутренней массы - из них развивается новый организм. Все клетки его внутренней массы одинаковы. Их еще называют тотипотентными (т.е. всемогущими) эмбриональными стволовыми клетками.

Стволовая клетка является "родоначальницей" целого древа потомков, в основании ствола которого она находится. Среди них будут идентичные исходной и как бы формирующие сам ствол, и специализированные (мышечные, эпителиальные, нервные и др.), образующие ветви. При делении первая дает начало хотя бы одной такой же. Вторая, возникающая в результате деления, может быть тоже стволовой (в этом случае деление называют симметричным), но может вступить и на путь специализации (асимметричное). В ходе роста и развития организма человека или животного таким образом возникают все специализированные клетки, которые формируют ткани и органы. Однако до глубокой старости в любом органе присутствуют и стволовые клетки, служащие источником замены отработанных клеток или восстановления ткани при ее повреждении. Их замена (физиологическая регенерация) в разных тканях происходит с неодинаковой скоростью. На одном полюсе находятся нервные клетки, многие из которых существуют на протяжении всей жизни человека. На другом - клетки эпителия кишечника, полностью обновляющиеся за несколько часов.

Превращение стволовой клетки в специализированную называется дифференцировкой. Это не одномоментное событие, а процесс. После ее асимметричного деления сначала возникает прогениторная или клетка- предшественник. И в конечном счете формируются специализированные два или даже несколько морфофункциональных типов. В качестве примера приведем кроветворные стволовые клетки костного мозга. Они постоянно, на протяжении всей жизни дают начало кроветворным прогениторным клеткам, "нацеленным" на образование эритроцитов и клеток белой крови всех типов.

Все клетки организма содержат полный набор генов, но лишь в эмбриональных стволовых любой из них может быть активирован. Специализированные клетки эту способность утрачивают. Например, мышечные в нормальных физиологических условиях никогда не изменят спектр активных (экспрессируемых) генов настолько, чтобы превратиться в нервные. Эмбриональные же стволовые способны в соответствующих условиях под действием направляющих стимулов дать начало любой специализированной клетке. Это их свойство и называется тотипотентностью. Причем они сохраняют пластичность даже в тканях взрослых людей. Так, опыты показали: стволовые клетки, присутствующие в жировой ткани или в костном мозге, при перенесении в другую ткань или под воздействием подобранного набора химических реагентов дифференцируются в мышечные или эпителиальные.

стр. 12

Впрочем, все же спектр возможных превращений стволовой клетки с возрастом, вероятно, суживается. Скажем, эмбриональные клетки уже в процессе внутриутробного развития организма из тотипотентных становятся вначале плюрипотентными (т.е. способными давать начало многим, но не всем типам клеток), а затем олиго- и монопотентными (т.е. дающими начало, соответственно, малому числу или только одному типу специализированных клеток). В процессе старения происходит и другой процесс: количество стволовых клеток в тканях снижается. В результате последние теряют способность к физиологической регенерации и восстановлению после болезни или травмы.

В последнее время появились данные, свидетельствующие: существует два типа взрослых стволовых клеток - специализированные и универсальные. Первые в разных тканях различны и в нормальных условиях являются источником физиологической регенерации клеток, свойственных их ткани, например, эпителиальных в кишечнике или клеток крови в костном мозге. Вторые во всех тканях одинаковы и плюрипотентны. Они могут участвовать в физиологической регенерации "своей" ткани, с кровью переноситься в другие и влиять на их обновление.

Достигнутый за последние годы прогресс в изучении стволовых клеток позволяет надеяться: уже в бли-

стр. 13

жайшее время многие болезни удастся успешно лечить, воздействуя именно на них в органах и тканях пациента или пересаживая ему его же собственные стволовые клетки, размноженные вне организма, или взятые от других людей (так, как переливают кровь). Интересно, что США, несомненный лидер в экспериментальном изучении стволовых клеток у животных, отстают в области их практического использования в медицине, причиной чему служат возникающие при трансплантации клеток юридические и религиозно-этические проблемы. Последние, кстати, большинству европейцев непонятны и кажутся надуманными.

Первыми трансплантировать стволовые клетки человеку, не осознавая этого, давно начали хирурги. Ведь при переливании крови в организм реципиента попадает небольшое количество этих клеток от донора. Недавно было показано: пересаженные клетки внедряются в ткани реципиента и дифференцируются. При лейкозах (рак крови) широко применяют обильное переливание крови и пересадку костного мозга - вводят в организм клетки, дающие начало всем клеткам крови. В результате образуются нормальные, не пораженные раком лейкоциты и лимфоциты, что улучшает состояние пациента.

К сожалению, при переливании крови или пересадке ткани костного мозга от одного человека к другому может наблюдаться реакция отторжения. Ее пытаются минимизировать, подбирая донора, антигенная структура белков которого сходна с таковой у реципиента. Используют также лекарства, подавляющие иммунный ответ последнего. Однако это может быть опасно, ибо иммунная система обеспечивает очищение организма от инфекционных агентов и время от времени возникающих в нем клеток с измененным геномом; тогда отдельные из них могут малигнизироваться (т.е. превратиться в раковые). Решить проблему тканевой несовместимости можно, вероятно, используя для пересадки стволовые клетки самого пациента, размноженные вне организма.

Очень важно то, что стволовые клетки почти не подвержены злокачественному перерождению, поскольку обладают системой защиты генома значительно более мощной, чем вступившие на путь специализации. Вот почему ныне из костного мозга больных лейкозом выделяют стволовые клетки и консервируют их в жидком азоте. Затем собственный костный мозг, включая содержащиеся в нем опухолевые клетки, подавляют облучением или цитостатиками (лекарствами, блокирующими рост и размножение клеток), после чего восстанавливают кроветворение и иммунитет, пересаживая сохраненные в азоте стволовые клетки, из которых образуется полный набор нормальных клеток крови. Такую замену производят не только при лейкозах, но и при других опухолях, если лечение включает курсы радио- или химиотерапии.

Выше приведены примеры терапевтического использования "взрослых" стволовых клеток, т.е. выделенных из тканей уже родившегося человека. Однако их применение

стр. 14

имеет существенные ограничения. Прежде всего это высокая стоимость процедуры. Ведь такие клетки присутствуют в тканях в очень незначительных количествах (доли процента от общего числа клеток). Кроме того, они плохо растут вне организма. Поэтому их изоляция и размножение - процесс трудоемкий и дорогостоящий. Следует также помнить, что потенциал стволовых клеток с возрастом человека снижается. И соответствующие препараты, полученные от людей старшего возраста, могут не давать начало клеткам определенных типов.

А клетки, выделенные из зародышей, которые в зависимости от стадии развития называют эмбриональными или фетальными, лишены указанных недостатков. Сегодня разработаны методы сколь угодно долгого поддержания и размножения их вне организма (в то время как "взрослые" стволовые клетки после нескольких циклов содержания в культуре дифференцируются или гибнут), что позволило вырастить "линии" соответствующих клеток человека, различающихся по набору поверхностных белков, вызывающих иммунную реакцию организма-хозяина после пересадки в него клеток, и создать их банки, пригодные для пересадки почти любому пациенту (наподобие банков крови). Все эмбриональные и фетальные стволовые клетки тоти- или плюрипотентны. Поэтому с ними в значительной степени связаны надежды на разработку методов замещения любых специализированных клеток организма человека.

Здесь уместно заметить, что для каждого ныне рождающегося человека может быть создан запас стволовых клеток, по свойствам близких к эмбриональным и генетически тождественных всем его другим клеткам. Просто при родах нужно собирать содержащую их пуповинную кровь и хранить ее (или выделенные из нее клетки) в жидком азоте вплоть до момента, когда она понадобится для пересадзси. Такую услугу предлагают сейчас родителям во многих американских и европейских акушерских клиниках. Активно прорабатывается вопрос об использовании "взрослых" стволовых клеток для заблаговременного создания "запчастей" на случай болезней или травм. Сейчас для наработки собственных стволовых клеток пытаются использовать такие удобные источники, как волосяные фолликулы, удаленный зуб или получаемую при липоксации (отсасывание подкожного жира с помощью специальной иглы) в косметологичгских клиниках жировую ткань пациента.

На сегодняшний день центральное место занимают так называемые дегенератганые заболевания, в их числе атеросклероз, гипертоническая болезнь, рак, диабет и др. Существует много методов их лечения, в большинстве случаев способных лишь облегчить состояние, но не излечить пациента. Современные лекарства могут положительно воздействовать на больные клетки, однако не делают их здоровыми. Например, если тонус гладкомышечных клеток в каком- то органе патологически высок, то возникает спазм, нарушение функции, боль. Спазмолитики расслабляют

стр. 15

мышцу и снимают эти симптомы. Тем не менее они не вылечивают клетку и ее тонус может патологически повышаться вновь и вновь. Конечно, на пути медикаментозной терапии достигнуты большие успехи. Скажем, с помощью постоянного приема лекарств удается десятки лет снижать артериальное давление до приемлемого уровня и, таким образом, контролировать гипертоническую болезнь, смертность от которой только в США за полвека упала в несколько раз. Но все это время клетки остаются больными, патологически измененными и отмена лекарства приводит к быстрому нарастанию симптомов.

Пересадка же препаратов стволовых клеток стимулирует естественный процесс обновления клеток и со временем наверняка позволит победить по крайней мере некоторые болезни, возникновение которых связано с усиливающимся с возрастом (особенно при неправильном образе жизни) дисбалансом между износом клеток и регенераторным потенциалом ткани. Кроме того, трансплантация клеток может иметь большое будущее в травматологии как средство ускорения восстановления поврежденных тканей. На той же основе могут быть разработаны эффективные методы омоложения и продления жизни.

Словом, перспективы использования технологий с применением стволовых клеток в медицине огромны. И в некоторых странах это осуществляют уже на протяжении ряда лет. В том числе в России, где в данном направлении активно трудятся несколько клиник в Москве, Санкт-Петербурге, Пущино, Новосибирске. Уже проведено несколько сот трансплантаций и при некоторых заболеваниях получены весьма обнадеживающие результаты. Так, осуществляемые у нас пересадки препаратов стволовых клеток при ожогах и травмах роговицы приводят к быстрому заживлению дефекта и восстановлению зрения у большинства пациентов. Хороший эффект дает трансплантация клеток для восстановления структуры и функции пораженной сетчатки глаза. Имеются предварительные положительные данные при попытках лечить патологические изменения зрительного нерва. Пересадка клеток фетальной (зародышевой) печени людям с развившимся на фоне гепатита циррозом в ряде случаев позволила частично восстановить функции пораженной ткани и обеспечила приемлемое качество жизни или, в тяжелых случаях, дала возможность пациентам дожить до момента, когда подойдет их очередь на трансплантацию печени.

Общеизвестно: инфаркт миокарда вызывается спазмом или закупоркой артерий, питающих мышцу сердца. Пораженные сосуды удаляют, а для восстановления кровообращения применяют шунтирование. Однако это не обеспечивает восстановление погибшего участка сердечной мышцы. Если зона инфаркта обширна, то сократительная функция сердца значительно страдает, и больной не может вести нормальный образ жизни. Пересадка препаратов стволовых клеток, полученных из его костного мозга, а также производных эмбриональных или фетальных клеток путем вливания их суспензии в общий кровоток или инъекцией непосредственно в миокард по границе зоны омертвления мышцы (последнее делается в процессе шунтирования) приводит к частичному или полному восстановлению структуры и функции миокарда и значительно улучшает качество жизни больного. Такие относительно простые операции сейчас осуществляют в Бельгии, Израиле, США, в ряде российских клиник. Есть надежда, что их более широкое внедрение позволит значительно снизить смертность от сердечно-сосудистых заболеваний в большинстве развитых стран, сегодня прочно занимающих первое место в этом печальном списке.

Введение полученных из стволовых клеток остеобластов (предшественники клеток кости) в зону перелома значительно ускоряет процесс сращивания кости, а введение хондриобластов (предшественники клеток хряща) в суставную сумку стимулирует регенерацию хряща на суставных поверхностях.

Обнадеживающие результаты достигнуты российскими врачами при использовании стволовых клеток для лечения таких болезней нервной системы, как травмы спинного или головного мозга, ишемический инсульт, латеральный амиотрофический склероз, болезнь Альцгеймера.

Очень эффективно введение клеток, взятых у плода, некоторым пациентам с признаками преждевременного старения. В Швейцарии, например, успешно действуют клиники, где таким людям инъецируют клетки овцы или свиньи. Правда, пока нельзя утверждать, будто при этом происходит истинное "омолаживание" организма. Можно быть уверенным лишь в том, что имеет место некая его стимуляция, выражающаяся в ускорении процессов регенерации тканей и нормализации ряда функций тела и мозга. Вполне вероятно, что при дальнейшем совершенствовании методов удастся добиться стабильного обращения процессов старения тканей и органов за счет более активного обновления их клеточных элементов, восстановления кровоснабжения и нормализации гормональной регуляции.

Итак, отечественные врачи, в отличие от коллег из многих западных стран, уже накопили большой практический опыт в области использования новых технологий, базирующихся на трансплантации стволовых клеток или их производных. Работы во всех перечисленных направлениях продолжаются. В мае 2002 г. Президиум РАМН утвердил программу "Новые клеточные технологии - медицине". Для продвижения ее в жизнь создан научно- координационный совет, объединяющий ученых из РАН, РАМН, Министерства здравоохранения РФ. В составе Научного центра экспертизы средств медицинского назначения последнего создана специализированная комиссия по тканевым и клеточным препаратам и технологиям их получения.

Пока еще, к сожалению, ни в одной стране нет четкой государственной системы оценки эффективности и безопасности методов лечения с использованием клеточных технологий. Проблема новая и объективно сложная, ибо необходимо разработать и принять ряд государственных и ведомственных актов, регулирующих данную область медицины. С этим столкнулись законодатели и администраторы здравоохранения России и других стран. В некоторых из них, особенно в США, пока преобладает запретительный подход. В

стр. 16

других (Швеция и Израиль) делают попытки создать режим наибольшего благоприятствования для новых технологий.

Разработка каждого нового метода лечения на основе клеточных препаратов должна включать четыре этапа. Прежде всего необходимо создать воспроизводимую методику приготовления безопасного для человека и предположительно эффективного средства. Его действенность затем проверяют на созданных с использованием животных или клеточных культур моделях болезни. На следующем, третьем этапе проводят испытания в клинике на ограниченном числе больных. Наконец, в случае успеха широких клинических испытаний препарат может быть официально рекомендован для лечения данной патологии. Расширение показаний к применению препарата на другие болезни требует дополнительных исследований.

Одной из проблем, специфических для России, было отсутствие до недавнего времени механизма, позволяющего организовать широкое обсуждение в среде специалистов теоретических и практических подходов, связанных с разработкой и внедрением новых клеточных технологий. Для исправления ситуации в 2003 г. на базе Российского государственного медицинского университета прошла конференция "Стволовые клетки и перспективы их использования в здравоохранении", собравшая многих ведущих специалистов нашей страны и ближнего зарубежья.

С обзорными докладами на форуме выступили профессор И. Л. Чертков (Гематологический научный центр РАМН), член-корреспондент РАН Л. М. Чайлахян (Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН), академик Н. Н. Никольский (Институт цитологии РАН). Член-корреспондент РАМН Г. Т. Сухих рассказал об успешных работах его лаборатории и связанных с ней групп в институтах РАН по изучению и созданию методов культивирования фетальных стволовых клеток. Это выступление дополнила профессор М. А. Александрова (Институт биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН), которая трансплантацией человеческих нейральных стволовых клеток нормализовала поведение крыс после экспериментальной гипоксии, и доктор Е. В. Ченцова (Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца), которая таким путем добилась частичного восстановления поврежденной сетчатки глаза кролика. Профессор Р. К. Чайлахян (Институт эпидемиологии и микробиологии РАМН) остановился на исследованиях "взрослых" стволовых клеток костного мозга, член-корреспондент РАН Л. И. Корочкин - на принципах манипулирования генотипом стволовых клеток, что очень важно для их использования в генной инженерии.

Ряд сообщений затрагивал вопросы изучения механизмов дифференцирсвки и дедифференцировки стволовых клеток. Среди них выделялся материал о протеоме клеток-предшественников (т.е. о том, какие белки они синтезируют), представленный сотрудниками НИИ биомедицинской химии РАМН.

Прозвучали два интересных доклада о методах прижизненного наблюдения за судьбой пересаженных клеток. Это имеет первостепенное значение для понимания эффектов клеточной трансплантации и биологии стволовых клеток вообще. Дело в том, что для идентификации пересаженных клеток в организме реципи-

стр. 17

ента их надо вначале как-то пометить. Для этого обычно в них вводят так называемые гены-репортеры, продукт которых легко выявить. После трансплантации через определенные интервалы времени специальной иглой извлекают небольшие кусочки ткани пациента (биопсия) и смотрят, присутствуют ли в них помеченные, т.е. пересаженные клетки, сколько их, степень дифференцировки каждой, как они взаимодействуют с другими клетками и т.д. Правда, вместо такого мечения можно использовать пересадку женских клеток в мужской организм и другие приемы. Но сверхзадача состоит в разработке неинвазивных, т.е. не требующих биопсий методов. Ее можно решить с помощью позитронно-эмиссионной томографии.

Тогда в пересаживаемые клетки вводят ген, чей продукт экспрессии - поверхностный белок-рецептор, прочно связывающий вещества некоего класса, которые в норме у человека отсутствуют. После пересадки клеток в организм пациента инъецируют какое-то вещество из этого класса, помеченное изотопами фтор-18 или углерод-11, испускающими позитроны. Последнее связывается с клетками, благодаря чему позитронно-эмиссионная томография позволяет наблюдать, в каких тканях в данный момент находятся эти клетки. А поскольку время полужизни изотопов фтор-18 и углерод-11 позволяет проводить исследования по нескольку раз в день, то можно наблюдать за судьбой пересаженных клеток в динамике, не травмируя пациента. В используемых концентрациях указанные изотопы безвредны.

Много было сообщений по использованию трансплантации клеток для лечения заболеваний и травм человека. Так, академик РАН и РАМН В. И. Шумаков, академик РАМН Л. А. Бокерия и член-корреспондент РАН, академик РАМН Ю. Н. Беленков (Кардиологический научный центр РАМН) представили вполне обнадеживающие результаты по клеточной терапии заболеваний миокарда, а профессор СВ. Смирнов (Институт скорой помощи им. Склифосовского) познакомил собравшихся с данными по успешному применению клеточных препаратов для лечения ожогов и восстановления дефектов кожного покрова. Целесообразность использования полученных результатов этих ведущих хирургов была подтверждена в ряде других сообщений. А сотрудники Гематологического научного центра РАМН обобщили клинический опыт трансплантации костного мозга для восстановления кроветворения у онкологических больных.

Из сказанного выше следует, что в настоящее время Россия занимает одно из ведущих мест в мире в изучении механизмов регенерации органов и тканей и создании на этой основе новых технологий, т.е. в одной из наиболее перспективных областей медицинской науки и практического здравоохранения. Уже сейчас отечественные врачи могут оказать существенную помощь некоторым больным, в других странах обреченным на смерть или инвалидность. Но поскольку любые современные исследования весьма дороги и существует большая путаница в вопросах "этичности" ряда клинических методов (в частности, в допустимости терапевтического клонирования и использования человеческих бластоцист и абортивного материала как источников клеток для пересадок), то дальнейшее развитие этого направления зависит от того, как скоро будет создана надежная правовая база (контрольно- разрешительная система и вопросы собственности) и от финансирования.

Постоянный адрес данной публикации: