Введение

Использование стволовых клеток для лечения или профилактики заболевания или состояния – это медицинская терапия. Терапия стволовыми клетками использует стволовые клетки для лечения или профилактики заболевания или состояния. По состоянию на 2016 год единственной общепринятой терапией, использующей стволовые клетки, является трансплантация гематопоэтических стволовых клеток. Обычно она проводится в форме трансплантации костного мозга, но клетки также могут быть получены из пуповинной крови. Ведутся исследования по разработке различных источников стволовых клеток, а также по применению методов лечения стволовыми клетками при нейродегенеративных заболеваниях и состояниях, таких как диабет и болезни сердца. Терапия стволовыми клетками вызвала споры после таких достижений, как способность ученых изолировать и культивировать эмбриональные стволовые клетки, создавать стволовые клетки с использованием переноса ядра соматической клетки и разработка методов создания индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Эти споры часто связаны с политикой в отношении абортов и клонирования человека. Кроме того, попытки коммерциализации методов лечения, основанных на трансплантации сохраненной пуповинной крови, также вызвали споры.

Медицинское применение

Более 90 лет трансплантация гематопоэтических стволовых клеток (ГСКТ) используется для лечения людей с такими заболеваниями, как лейкемия и лимфома; это единственная широко применяемая форма терапии стволовыми клетками. Во время химиотерапии большинство растущих клеток погибают под воздействием цитотоксических препаратов. Однако эти препараты не способны различать лейкемические или неопластические клетки и гематопоэтические стволовые клетки в костном мозге. Это побочный эффект традиционных стратегий химиотерапии, который трансплантация стволовых клеток призвана устранить; здоровый костный мозг донора повторно вводит функциональные стволовые клетки для замещения клеток, утраченных в организме реципиента в процессе лечения. Трансплантированные клетки также вызывают иммунный ответ, который способствует уничтожению раковых клеток; однако этот процесс может быть чрезмерным, приводя к болезни «трансплантат против хозяина» – самому серьезному побочному эффекту данного лечения. Другая терапия стволовыми клетками, под названием Prococvhymal, получила условное одобрение в Канаде в 2012 году для лечения острой формы болезни «трансплантат против хозяина» у детей, не отвечающих на стероидную терапию. Это аллогенная стволовая терапия, основанная на мезенхимальных стволовых клетках (МСК), полученных из костного мозга взрослых доноров. МСК выделяют из костного мозга, культивируют и упаковывают, получая до 10 000 доз от одного донора. Дозы хранятся в замороженном состоянии до момента необходимости. FDA одобрило пять препаратов на основе гематопоэтических стволовых клеток, полученных из пуповинной крови, для лечения заболеваний крови и иммунологических заболеваний. В 2014 году Европейское агентство лекарственных средств рекомендовало одобрить использование лимбальных стволовых клеток для людей с тяжелым дефицитом лимбальных стволовых клеток, вызванным ожогами глаз.

Только исследования

Стволовые клетки изучаются по нескольким причинам. Молекулы и экзосомы, выделяемые стволовыми клетками, также исследуются с целью разработки лекарственных препаратов. Помимо функций самих клеток, было обнаружено, что паракринные растворимые факторы, продуцируемые стволовыми клетками, известные как секретом стволовых клеток, представляют собой еще один механизм, посредством которого терапии на основе стволовых клеток оказывают свое воздействие при дегенеративных, аутоиммунных и воспалительных заболеваниях.

Источники стволовых клеток человека

Большинство стволовых клеток, предназначенных для регенеративной терапии, обычно изолируются либо из костного мозга пациента, либо из жировой ткани. Количество стволовых клеток, трансплантированных в поврежденную ткань, может влиять на эффективность лечения. Соответственно, стволовые клетки, полученные, например, из аспиратов костного мозга, культивируются в специализированных лабораториях для увеличения количества до миллионов клеток. Хотя считается, что стволовые клетки, полученные из костного мозга, предпочтительны для восстановления костей, хрящей, связок и сухожилий, другие полагают, что менее сложная техника сбора и многоклеточная микросреда, уже присутствующая во фракциях стволовых клеток, полученных из жировой ткани, делают последнюю предпочтительным источником для аутологичной трансплантации. Также было обнаружено, что гематопоэтические стволовые клетки циркулируют в кровотоке и обладают такой же способностью к дифференцировке, как и другие мезенхимальные стволовые клетки, при этом используется очень неинвазивная техника сбора. В последнее время возрос интерес к использованию внезародышевых мезенхимальных стволовых клеток. Ведутся исследования по изучению дифференцирующих способностей стволовых клеток, обнаруженных в пуповине, желточном мешке и плаценте различных животных. Считается, что эти стволовые клетки обладают большей способностью к дифференцировке, чем их взрослые аналоги, включая способность легче формировать ткани эндодермального и эктодермального происхождения. Существуют и другие исследования стволовых клеток, не связанные с уничтожением человеческого эмбриона, включающие взрослые стволовые клетки, амниотические стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. В январе 2009 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) дало разрешение корпорации Geron на проведение первого клинического испытания терапии на основе эмбриональных стволовых клеток на людях. Испытание было направлено на оценку препарата GRNOPC1, олигодендроцитарных предшественников, полученных из эмбриональных стволовых клеток, у пациентов с острой травмой спинного мозга. Испытание было прекращено в ноябре 2011 года, чтобы компания могла сосредоточиться на терапии в условиях «текущего дефицита капитала и неопределенной экономической ситуации». В 2013 году биотехнологическая и регенеративная медицина компания BioTime приобрела активы Geron в области стволовых клеток в рамках сделки по обмену акциями с целью возобновления клинического испытания.

Мезенхимальные стромальные клетки (МСК)

Ученые сообщили в 2012 году, что переливание MSC сразу после размораживания, в течение нескольких часов, может приводить к снижению их функции или уменьшению эффективности при лечении заболеваний по сравнению с MSC, находящимися в логарифмической фазе роста (свежими). Поэтому криоконсервированные MSC следует вернуть в логарифмическую фазу роста в культуре in vitro перед введением. Повторное культивирование MSC способствует восстановлению клеток после стресса, вызванного замораживанием и размораживанием. Клинические испытания MSC, в которых использовался криоконсервированный продукт непосредственно после размораживания, показали худшие результаты по сравнению с испытаниями, в которых использовались свежие MSC.

В открытии лекарств и биомедицинских исследованиях

Возможность выращивания функциональных взрослых тканей в культуре неограниченно долго посредством направленной дифференцировки открывает новые перспективы для исследований лекарственных препаратов. Исследователи могут выращивать дифференцированные клеточные линии и затем тестировать новые лекарства на каждом типе клеток, чтобы изучить возможные взаимодействия in vitro до проведения исследований in vivo. Это критически важно при разработке лекарств для ветеринарных исследований из-за возможности видоспецифических взаимодействий. Есть надежда, что наличие этих клеточных линий для исследовательских целей снизит потребность в использовании животных для исследований, поскольку воздействие на человеческие ткани in vitro позволит получить информацию, обычно недоступную до этапа тестирования на животных. Культивирование клеток в двух измерениях рутинно проводится в тысячах лабораторий по всему миру на протяжении последних четырех десятилетий. В двухмерных системах клетки обычно контактируют с твердой, жесткой плоской поверхностью с базальной стороны и с жидкостью с апикальной стороны. Жизнь в такой двумерной жесткой среде требует значительной адаптации от выживших клеток, поскольку им не хватает внеклеточного матрикса, уникального для каждого типа клеток, что может изменить клеточный метаболизм и снизить его функциональность. Для дальнейшего усиления кровоснабжения поврежденных участков и, как следствие, стимуляции регенерации тканей, плазму, обогащенную тромбоцитами, можно использовать в сочетании с трансплантацией стволовых клеток.

Нейродегенерация

Исследования были проведены для изучения влияния стволовых клеток на животных моделях дегенерации мозга, таких как болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз и болезнь Альцгеймера. Предварительные исследования, связанные с рассеянным склерозом, также были проведены, и в исследовании фазы 2 2020 года было выявлено значительное улучшение результатов у пациентов, получавших лечение мезенхимальными стволовыми клетками, по сравнению с пациентами, получавшими плацебо. В январе 2021 года FDA одобрило первое клиническое испытание экспериментальной терапии стволовыми клетками для восстановления утраченных клеток мозга у людей с запущенной болезнью Паркинсона. Здоровый мозг взрослого человека содержит нейрональные стволовые клетки, которые делятся для поддержания общего числа стволовых клеток или превращаются в прогениторные клетки. У здоровых взрослых лабораторных животных прогениторные клетки мигрируют в мозге и в основном функционируют для поддержания популяции нейронов, отвечающих за обоняние (чувство запаха). Фармакологическая активация эндогенных нейрональных стволовых клеток, как сообщается, индуцирует нейропротекцию и восстановление поведения у взрослых крыс с неврологическими расстройствами.

Повреждение мозга и спинного мозга

Инсульт и травматическое повреждение головного мозга приводят к гибели клеток, характеризующейся потерей нейронов и олигодендроцитов в головном мозге. Клинические и доклинические исследования были проведены для изучения экспериментального применения стволовых клеток при травмах спинного мозга.

Восстановление зубов

В 2004 году ученые из Королевского колледжа Лондона обнаружили способ культивирования полноценного зуба у мышей и смогли вырастить биоинженерные зубы отдельно в лабораторных условиях. Исследователи уверены, что технология регенерации зубов может быть использована для выращивания живых зубов у людей. В теории стволовые клетки, взятые у пациента, можно направить в лаборатории к формированию зубного зачатка, который, после имплантации в десну, даст начало новому зубу и, как ожидается, вырастет в течение более трех недель. Он срастется с челюстной костью и высвободит химические вещества, стимулирующие соединение с ним нервов и кровеносных сосудов. Этот процесс аналогичен тому, как у человека прорезываются собственные постоянные зубы. Однако, прежде чем стволовые клетки смогут стать методом выбора для замены отсутствующих зубов в будущем, предстоит решить еще множество задач.

Восстановление волосковых клеток кохлеры

Хеллер сообщил об успехе в регенерации волосковых клеток улитки с использованием эмбриональных стволовых клеток. В обзоре 2019 года, посвященном регенерации слуха и регенеративной медицине, было показано, что отогенные прогениторы, полученные из стволовых клеток, обладают потенциалом для значительного улучшения слуха.

Слепота и нарушение зрения

С 2003 года исследователи успешно пересаживают стволовые клетки роговицы в поврежденные глаза для восстановления зрения. "Листы клеток сетчатки, используемые командой, получают из абортированных плодов, что вызывает возражения у некоторых людей". При пересадке этих листов на поврежденную роговицу стволовые клетки стимулируют регенерацию, в конечном итоге восстанавливая зрение. Последнее подобное достижение было зарегистрировано в июне 2005 года, когда исследователи из больницы королевы Виктории в Сассексе, Англия, смогли восстановить зрение сорока человек, используя ту же методику. Группа под руководством Шераза Дая успешно использовала взрослые стволовые клетки, полученные от самого пациента, родственника или даже от донора. Продолжаются дальнейшие этапы клинических испытаний.

Бета-клетки поджелудочной железы

У людей с сахарным диабетом 1 типа происходит потеря функции бета-клеток поджелудочной железы, производящих инсулин. В публикации 2007 года, посвященной экспериментам, ученым удалось направить эмбриональные стволовые клетки на превращение в бета-клетки в лабораторных условиях. Теоретически, при успешной трансплантации бета-клетки смогут заменить нефункционирующие клетки у пациента с диабетом. Однако высокие концентрации глюкозы оказывают негативное воздействие на терапию стволовыми клетками.

Ортопедия

По состоянию на 2017 год использование мезенхимальных стволовых клеток (МСК), полученных из взрослых стволовых клеток, находилось на стадии предварительных исследований для потенциального применения в ортопедии при травмах костей и мышц, восстановлении хрящевой ткани, остеоартрите, хирургическом лечении межпозвоночных дисков, хирургии вращательной манжеты плеча и различных заболеваниях опорно-двигательного аппарата. Другие направления ортопедических исследований, связанные с использованием МСК, включают тканевую инженерию и регенеративную медицину. По состоянию на 2018 год исследователи продолжали изучать различные аспекты микросреды ткани, благоприятствующие регенерации.

ВИЧ/СПИД

В 2013 году ученые изучали альтернативный подход к лечению ВИЧ-1/СПИДа, основанный на создании иммунной системы, устойчивой к заболеванию, посредством трансплантации аутологичных, генно-модифицированных (устойчивых к ВИЧ-1) гематопоэтических стволовых и прогениторных клеток (GM HSPC).

Критика

В 2013 году исследования аутологичных стволовых клеток костного мозга, оценивающие функцию желудочков сердца, содержали "сотни" несоответствий. Критики сообщают, что из 48 публикаций, по-видимому, использовались лишь пять базовых исследований, и что во многих случаях информация о том, были ли исследования рандомизированными или просто наблюдательными, отличалась в разных отчетах об одном и том же исследовании. Одна пара отчетов с идентичными исходными данными и конечными результатами была представлена в двух публикациях как рандомизированное исследование с участием 578 пациентов и как наблюдательное исследование с участием 391 субъекта. В других отчетах требовались (невозможные) отрицательные стандартные отклонения в отдельных группах пациентов или содержались дробные значения числа участников, отрицательные классы по NYHA. В целом, в ходе исследований сообщалось о большем количестве пациентов, получивших стволовые клетки, чем количество стволовых клеток, обработанных в лаборатории больницы за этот период. Университетское расследование, закрытое в 2012 году без публикации результатов, было возобновлено в июле 2013 года. В 2014 году метаанализ терапии стволовыми клетками с использованием стволовых клеток костного мозга для лечения заболеваний сердца выявил несоответствия в опубликованных отчетах о клинических испытаниях, при этом исследования с большим количеством несоответствий демонстрировали увеличение величины эффекта. Другой метаанализ, основанный на внутрисубъектных данных 12 рандомизированных исследований, не выявил значимых преимуществ терапии стволовыми клетками по основным конечным точкам, таким как серьезные нежелательные явления или улучшение показателей функции сердца, и пришел к выводу об отсутствии пользы. Результаты исследования TIME, опубликованные в 2018 году, которое было рандомизированным, двойным слепым и контролируемым плацебо, показали, что "введение мононуклеарных клеток костного мозга не улучшало восстановление функции левого желудочка в течение 2 лет" у пациентов, перенесших инфаркт миокарда. Соответственно, исследование BOOST 2, проведенное в 10 медицинских центрах Германии и Норвегии, сообщило, что его результаты "не подтверждают использование нуклеированных клеток костного мозга у пациентов с острым инфарктом миокарда с подъемом сегмента ST и умеренно сниженной фракцией выброса левого желудочка". Кроме того, исследование также не достигло каких-либо других вторичных конечных точек, полученных с помощью МРТ, что привело к выводу, что внутрикоронарная терапия стволовыми клетками костного мозга не обеспечивает функциональной или клинической пользы. В 2021 году инъекции стволовых клеток в США привели к тяжелым инфекциям у по меньшей мере 20 пациентов, которым были введены препараты, полученные из пуповинной крови и продаваемые как "лечение стволовыми клетками". В 2023 году был опубликован случай женщины, заразившейся Mycobacterium abscessus и развившей стойкий менингит после лечения стволовыми клетками при рассеянном склерозе в коммерческой клинике в Баха-Калифорнии, Мексика.

Ветеринарная медицина

Исследования, проведенные на лошадях, собаках и кошках, привели к разработке методов лечения стволовыми клетками в ветеринарной медицине, позволяющих воздействовать на широкий спектр травм и заболеваний, таких как инфаркт миокарда, инсульт, повреждения сухожилий и связок, остеоартрит, остеохондроз и мышечная дистрофия, как у крупных животных, так и у людей. Несмотря на то, что исследования клеточной терапии в целом ориентированы на потребности человеческой медицины, высокая частота и тяжесть определенных травм у скаковых лошадей выдвинули ветеринарную медицину на передовые позиции в разработке этого нового регенеративного подхода. Домашние животные могут служить клинически релевантными моделями, тесно имитирующими течение заболеваний у человека.

Источники ветеринарных стволовых клеток

В ветеринарной практике применение стволовой терапии для регенерации тканей во многом сформировано исследованиями, начавшимися с использования мезенхимальных стволовых клеток, полученных от взрослых особей, для лечения животных с повреждениями или дефектами костей, хрящей, связок и/или сухожилий. Существуют две основные категории стволовых клеток, применяемых в лечебных целях: аллогенные стволовые клетки, полученные от генетически отличающегося донора того же вида, и аутологичные мезенхимальные стволовые клетки, полученные от самого пациента перед использованием в различных методах лечения. Третья категория – ксеногенные стволовые клетки, или стволовые клетки, полученные от других видов, – используется преимущественно в исследовательских целях, особенно при разработке методов лечения для людей.

Ремонт костей

У костей уникальный и хорошо задокументированный естественный процесс заживления, который обычно достаточен для восстановления переломов и других распространенных травм. Неправильно срастающиеся переломы, вызванные серьезной травмой, а также такие методы лечения, как удаление опухолей при раке костей, склонны к неправильному заживлению, если их оставить только естественному процессу. Каркасы, состоящие из природных и искусственных компонентов, засеваются мезенхимальными стволовыми клетками и помещаются в дефект. В течение четырех недель после установки каркаса, вновь образованная кость начинает интегрироваться со старой костью, и в течение 32 недель достигается полное сращение. Необходимы дальнейшие исследования для полной характеристики использования клеточной терапии при лечении переломов костей. Стволовые клетки использовались для лечения дегенеративных заболеваний костей у собак. Обычно рекомендуемое лечение для собак с болезнью Легга-Кальве-Пертса – удаление головки бедренной кости после прогрессирования дегенерации. Недавно мезенхимальные стволовые клетки вводились непосредственно в головку бедренной кости, с успехом не только в регенерации кости, но и в снижении болевых ощущений. Скаковые лошади особенно подвержены травмам сухожилий и связок. Традиционные методы лечения часто оказываются безуспешными в восстановлении полной функциональности лошади. Естественное заживление, направляемое традиционными методами лечения, приводит к образованию волокнистой рубцовой ткани, которая снижает гибкость и полный объем движений в суставе. Традиционное лечение не позволяло многим лошадям вернуться к полноценной деятельности, а также сопровождалось высокой частотой повторных травм из-за жесткости рубцового сухожилия. Введение стволовых клеток, полученных из костного мозга и жировой ткани, в сочетании с естественной механической стимуляцией способствовало регенерации ткани сухожилий. Естественные движения способствовали выравниванию новых волокон и тендоцитов в соответствии с естественным расположением в неповрежденных сухожилиях. Лечение стволовыми клетками позволило большему количеству лошадей вернуться к полноценной работе и значительно снизило частоту повторных травм в течение трехлетнего периода.

Ремонт мышц

Стволовые клетки успешно использовались для улучшения восстановления сердца после инфаркта миокарда у собак. Стромальные клетки, полученные из жировой ткани и костного мозга, были выделены и индуцированы к сердечной клеточной линии перед инъекцией в сердце. Через четыре недели после применения стволовых клеток наблюдалось улучшение сократимости сердца и уменьшение области повреждения. В 2007 году проводилось исследование патча, изготовленного из пористого материала, на который "населяли" стволовые клетки для стимуляции регенерации тканей при врожденных пороках сердца. Ткань регенерировала, а патч хорошо интегрировался в ткань сердца. Это связывают, в частности, с улучшением ангиогенеза и снижением воспаления. Хотя из мезенхимальных стволовых клеток были получены кардиомиоциты, они не проявляли сократительной способности. Другие методы лечения, индуцирующие сердечную специализацию клеток до трансплантации, показали больший успех в создании сократительной сердечной ткани. Исследования 2018 года, такие как европейский проект nTRACK, направлены на демонстрацию того, что мультимодальные наночастицы могут структурно и функционально отслеживать стволовые клетки в терапии регенерации мышц. Идея заключается в маркировке стволовых клеток золотыми наночастицами, полностью охарактеризованными с точки зрения поглощения, функциональности и безопасности. Затем эти клетки вводят в поврежденную мышцу и отслеживают с помощью систем визуализации. Однако, система все еще требует демонстрации в лабораторных условиях.

Ремонт нервной системы

Травмы спинного мозга – одна из наиболее частых травм, с которыми обращаются в ветеринарные клиники. В исследовании оценивалось лечение экспериментально вызванного множественного склероза у собак с использованием лазерно-активированных некультивированных стволовых клеток, полученных из жировой ткани. Результаты показали улучшение клинических признаков со временем, что было подтверждено разрешением ранее выявленных поражений на МРТ. Отмечена положительная миграция инъецированных клеток к области поражения, усиленная ремиелинизация, выявленная по основным белкам миелина, положительная дифференцировка в Olig2-позитивные олигодендроциты, предотвращение формирования глиального рубца и восстановление аксональной структуры.

Маркетинг и затраты

В конце 1990-х и начале 2000-х годов появилась первая волна компаний и клиник, предлагающих терапию стволовыми клетками, не подкрепляя заявления об эффективности или имея одобрение регулирующих органов. К 2012 году возникла вторая волна компаний и клиник, как правило, расположенных в развивающихся странах с менее строгим регулированием в сфере медицины, предлагающих терапию стволовыми клетками в формате медицинского туризма. К 2016 году исследования показали, что только в США насчитывалось более 550 клиник стволовых клеток, продающих преимущественно непроверенные методы лечения широкого спектра заболеваний практически во всех штатах страны, что изменило динамику стволового туризма. В 2018 году FDA направило предупредительное письмо компании StemGenex Biologic Laboratories в Сан-Диего, которая предлагала услугу по извлечению жировой ткани у пациентов, ее переработке в смеси, содержащие, по утверждению компании, различные формы стволовых клеток, и последующему введению этих смесей обратно пациентам ингаляционным путем, внутривенно или путем инфузии в спинной мозг; компания заявляла, что данное лечение эффективно при многих хронических и угрожающих жизни состояниях. Стоимость терапии стволовыми клетками значительно варьируется в зависимости от клиники, заболевания и типа клеток, но чаще всего составляет от 10 000 до 20 000 долларов США. Страховые компании не покрывают инъекции стволовых клеток, проводимые в клиниках, поэтому пациенты часто прибегают к онлайн-сбору средств. В 2018 году Федеральная торговая комиссия США выявила случаи, когда медицинские центры и отдельные врачи делали необоснованные заявления относительно терапии стволовыми клетками, и добилась возврата около 500 000 долларов США. В то же время FDA подала иск против двух компаний, владеющих клиниками стволовых клеток, требуя вынесения судебного запрета на их маркетинг и использование не одобренных продуктов на основе жировых стволовых клеток.

Ответы маркетинговых и правительственных агентств на COVID-19

Хотя, согласно данным NIH, никакие методы лечения стволовыми клетками не были одобрены для лечения COVID-19, и агентство не рекомендует использовать MSC при этом заболевании, некоторые клиники стволовых клеток начали рекламировать непроверенные и не одобренные FDA стволовые клетки и экзосомы для лечения COVID-19 в 2020 году. FDA оперативно отреагировала, направив письма в эти компании. FTC также предупредила одну из компаний, занимающихся стволовыми клетками, за вводящую в заблуждение рекламу, связанную с COVID-19.