Потенциал клеточных технологий для реконструкции костной ткани

Потенциал клеточных технологий для реконструкции костной ткани

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

В данном обзоре представлены проводимые в настоящее время клинические исследования, посвященные восстановлению мышечной ткани с использованием клеточных технологий, а также проведен анализ применяемых для этого популяций клеток.

Наряду с восстановлением сердечной мышцы, в настоящее время не менее интенсивно изучается возможность влияния на регенерацию и другой мышечной ткани организма – скелетной поперечно-полосатой – одной из самых «обширных» тканей организма, на долю которой приходится до 40% веса тела [1] . Поддержание скелетной мускулатуры в функциональном состоянии чрезвычайно важно для обеспечения полноценного качества жизни человека. Вместе с тем, мышечная ткань подвержена развитию ряда серьезных дисфункций, включая мышечные дистрофии (дефект в самой мышце), нейромышечные заболевания (дефект в нейрональном контроле мышцы), саркопению (атрофическое дегенеративное изменение скелетной мускулатуры, ассоциированное с возрастом), кахексию (потеря мышечной ткани, обусловленная истощением, в том числе в связи с онкологическими заболеваниями) и других врожденных и приобретенных миопатий [2] . Некоторые из этих патологий (в частности, мышечные дистрофии) неизлечимы, приводят к инвалидизации вплоть до летального исхода [3] .

Среди миопатий наиболее хорошо изучены мышечные дистрофии, которые представляют собой группу генетических заболеваний, характеризующихся прогрессирующей мышечной слабостью, в конечном итоге заканчивающиеся атрофией мышц [2, 4–7] . Причина, лежащая в основе большинства из этих заболеваний, – мутации в генах, кодирующих компоненты дистрофин-гликопротеинового комплекса, который связывает миофибрильный цитоскелет клетки с ее межклеточным матриксом [2, 8–11] и отвечает за целостность и функции мышечной клетки [12, 13] . Одной из самых распространенных миопатий является мышечная дистрофия Дюшена, которая обусловлена мутацией гена дистрофина, приводящей к дефекту дистрофин-гликопротеинового комплекса, связывающего миофибрильный цитоскелет с межклеточным матриксом [8, 9] . Распространены также и травматические повреждения мышечной ткани, включая хирургические вмешательства, а также недостаточность сфинктеров внутренних органов.

Несмотря на то, что физиологические свойства скелетной мышечной ткани в настоящее время хорошо изучены, до сих пор нет эффективных способов лечения мышечных заболеваний. В этой связи, большие надежды возлагаются на стимуляцию регенерации мышц при помощи трансплантации клеток, обладающих миогенным потенциалом, а также путем снижения интенсивности нежелательных процессов, которые протекают в патологически измененных мышечных тканях, таких как неконтролируемый фиброз и воспаление [1, 13, 14] .

Идеальным подходом к лечению заболеваний мышечной ткани, по мнению F. Price (2007) с соавт., могла быть трансплантация таким пациентам генетически «скорректированных» аутогенных сателлитных клеток (СК), являющихся резидентными тканеспецифичными «взрослыми» стволовыми клетками, обеспечивающими регенерацию скелетной поперечно-полосатой мышечной ткани [15] . Однако показано, что культивирование СК in vitro существенно снижает их миогенный потенциал in vivo, то есть делает неэффективной их трансплантацию [16] .

В этой связи, проводится множество исследований как по поиску решения проблемы культивирования СК, так и по использованию других клеток, обладающих миогенным потенциалом [17] . В настоящее время в качестве кандидатов для восстановления мышечной ткани рассматриваются мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК), выделенные из костного мозга, жировой ткани и пуповинной крови, мононуклеарная клеточная фракция (МНК-КМ) и гемопоэтические стволовые клетки костного мозга (ГСК-КМ), мезоангиобласты, мио- бласты (табл.).

Так, в настоящее время идет набор пациентов в клиническое исследование I/II фазы (NCT02196467) по оценке эффективности внутримышечного введения культивированных аллогенных миобластов, полученных из скелетных мышц здоровых доноров, пациентам с мышечной дистрофией Дюшена [18] . Ранее, в ходе Iа фазы клинического исследования было установлено, что трансплантация аллогенных миобластов способствует восстановлению продукции дистрофина в мышечных волокнах [19] .

Проводятся клинические исследования I/IIфаз по изучению безопасности и эффективности интратекального, внутривенного и внутримышечного введения аутогенных МНК-КМ при лечении мышечной дистрофии Дюшена (NCT01834066; NCT02241434; NCT01834040; NCT02241928) [20–23] и других наследственных миодистрофий (NCT02245711; NCT02050776) [24, 25] . Изучается возможность применения ММСК, выделенных из пуповинной крови, для лечения пациентов с мышечной дистрофией Дюшена (NCT01610440), аутогенных ГСК периферической крови для лечения миастении (NCT00424489), ММСК жировой ткани для лечения плече-лопаточно-лицевой дистрофии (NCT02208713) [26] .

Читайте также: Переносчик кислорода в ткани

Весьма перспективным считается также использование мезоангиобластов (мезодермальные мультипотентные прогениторные клетки, экспрессирующие α-гладкомышечный актин (α-SMA) [27] ), способных дифференцироваться в миобласты [28] и экспрессирующих некоторые маркеры сателлитных клеток. Однако, в отличие от сателлитоцитов, данные клетки способны к активной экспансии in vitro без потери миогенного потенциала [29] . В настоящее время проводится клиническое исследование по применению HLA-идентичных аллогенных мезоангиобластов для лечения мышечной дистрофии Дюше- на (EudraCT no. 2011-000176-33).

Нейромышечные заболевания составляют довольно специфическую группу патологий, сопровождающихся поражением мышечной ткани. Несмотря на то, что повреждение последней при данных заболеваниях является вторичным, способы их лечения могут быть экстраполированы и для случаев терапии при повреждениях мышц иного генеза (травматического и др.). В частности, представляют интерес последние разработки ex vivo генной терапии бокового амиотрофического склероза (заболевание, характеризующегося поражением мотонейронов головного и спинного мозга), предполагающие использование трансфицированных клеток, секретирующих нейротрофические факторы. Разработан протокол получения ММСК костного мозга с повышенной продукцией нейротропного фактора (ММСК-NTF). В доклинических исследованиях показана способность данных клеток повышать количество нейромышечных соединений и количество мотонейронов в спинном мозге в экспериментальной модели заболевания [30, 31] , а также угнетать дегенерацию нейромышечных соединений и миелиновых аксонов при экспериментальном повреждении седалищного нерва [32] . В настоящее время проводится II фаза клинического исследования, в ходе которого пациентам с боковыи амиотрофическим склерозом одновременно внутримышечно и интратекально вводят аутогенные ММСК-NTF (NCT01777646) [33] . Уже опубликовано сообщение об успешных результатах применения данных клеток у одного па- циента [34] .

Изучается возможность использования клеточных препаратов для восстановления травматических повреждений скелетных мышц. Проводятся нерандомизированные открытые клинические исследования I и II фаз аутогенных МНК-КМ, вводимых внутримышечно, для лечения пациентов с денервацией мышц верхней конечности вследствие травматического повреждения плечевого сплетения (NCT00755586) [35] . Также Pluristem Therapeutics Inc. проводит клинические исследования I/II фазы препарата аллогенных плацентарных клеток PLX-PAD (NCT01525667 и EudraCT nо. 2011-003934-16) для восстановления поврежденной при замене бедренного сустава большой ягодичной мышцы [36] . По заявлению компании, результаты исследования показали безопасность применения препарата, а также значимо более выраженное увеличение объема мышечной ткани и силы пораженной мышцы по сравнению с плацебо [37] .

Проводится II фаза клинического исследования по оценке эффективности введения аутогенных миобластов, выделенных из скелетных мышц конечностей, в мышцы глотки в сочетании с миотомией верхнего пищеводного сфинктера для лечения пациентов с окулофарингеальной мышечной дистрофией (NCT00773227) [38] . Предшествующее клиническое исследование I/IIа фазы показало выполнимость, безопасность и кратковременную эффективность метода [39] .

Недостаточность внутреннего сфинктера уретры, считающаяся основным фактором развития стрессового недержания мочи, которой страдают до 200 млн человек по всему миру и которая существенно снижает качество жизни пациентов [40] , закономерно стала объектом изучения в качестве мишени для клеточной терапии. В первых пяти клинических исследованиях, проведенных одной группой авторов, применяли интрауретральное введение аутогенных миобластов и фибробластов [41] . Результаты данных исследований показали высокую клиническую эффективность клеточных препаратов, подтвержденную и в последующих клинических исследованиях (NCT01355133 и др.) [42–44] . Кроме того, опубликованы результаты успешного лечения пациенток, страдающих недержанием мочи, с помощью трансуретрального введения мононуклеарных клеток пуповинной крови [45] .

Читайте также: Качели своими руками из ткани как сшить

Использование аутогенной стромально-васкулярной клеточной фракции (СВКФ), выделенной из жировой ткани пациента с помощью Celution system (Cytori Therapeutics, США) также показало свою эффективность при их введении в сфинктер уретры в сочетании с подслизистым введением обогащенной СВКФ пациентам, страдающим недержанием мочи. Положительный эффект, заключающийся в снижении частоты эпизодов и выраженности недержания мочи, а также повышения качества жизни больных наблюдался уже с 3 нед. после введения и сохранялся до 6 мес. [46] . В другом исследовании изучалась эффективность обогащенного аутогенными культивированными ММСК жировой ткани коллагенового геля при его трансуретральном введении в снижении выраженности недержания мочи у женщин. Была показана безопасность метода, хотя эффективность при этом была признана не вполне удовлетворительной [47] .

В настоящее время проводятся I и II фазы клинических исследований препаратов на основе аутогенных клеток (миобластов, мышечных прогениторных клеток) для лечения инконтиненции различного генеза (NCT02075216; NCT02156934; NCT01953315; NCT01963455; NCT01011777) [48–52] . Проведено также пилотное клиническое исследование при участии пациента с энкопрезом с целью изучения возможности применения аутогенных миобластов для восстановления структуры и функций анального сфинктера после введения данных клеток в его наружные слои [53, 54] . Результаты исследования свидетельствуют о безопасности, хорошей переносимости и вероятной эффективности способа. В настоящее время безопасность и эффективность интрасфинктерного введения миобластов для лечения энкопреза изучается в ходе II/III фазы клинического исследования MIAS (NCT01523522) [55] . Кроме того, с этой же целью проводятся клинические исследования с применением аутогенных ММСК костного мозга (NCT02161003) [56] и фрагментов мышечных волокон (NCT01949922) [57] .

Таким образом, клеточные технологии для лечения заболеваний, связанных с патологией мышечных тканей, развиваются быстрыми темпами, что подтверждается большим количеством клеточных продуктов, достигших клинической стадии исследований, а также их разнообразием. Несмотря на относительно небольшое количество продуктов, дошедших до III фазы клинических исследований, можно заключить, что трансляция доклинических исследований в клиническую практику не сопровождается чрезмерными рисками.

В целом, можно заключить, что клеточные технологии имеют существенный терапевтический потенциали учитывая возможность их применения в персонализированном для каждого пациента варианте, они, с высокой вероятностью, способны внести значимый вклад в решении медицинских проблем, не поддающихся терапии стандартными методами.

Потенциал клеточных технологий для реконструкции костной ткани

Последние годы ознаменовались бурным развитием клеточных технологий, позволяющих использовать стволовые клетки человека для формирования различных тканей. Наиболее разработаны технологии получения из стволовых клеток фибробластов, клеток крови, кожи, хряща. В меньшей мере изучена возможность и отработаны технологические приемы получения из стволовых клеток костной ткани, удовлетворяющей функциональным и механическим свойствам для реконструкции кости, утратившей свою прочность, а также в необходимом для восстановления дефекта объеме. Поэтому сочетанное использование остеопластического материала в виде биостабильных нерезорбируемых композитов в качестве подложки прогениторных костных клеток, оказывает позитивный эффект на остеогенную экспрессию и делает возможным их имплантацию в область крупных дефектов для оптимизации процесса репарации кости. Разработано большое количество биостабильных, нерезорбируемых заменителей костной ткани. Они успешно заменяют остеопластические материалы биологического происхождения в виду того, что материалы, используемые от животных, обладают высокой иммуногенностью, в результате быстро резорбируются или отторгаются в результате воспалительного процесса, использование аллотрансплантации (взятие материалов от трупов) имеет проблемы этического характера и несет опасность инфицирования различными возбудителями болезней. Также возникают сложности при стерилизации и хранении трансплантатов биологического происхождения. Такие синтетические материалы как полиметилметакрилат, сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полиамиды обладают многими позитивными свойствами, необходимымим для костной пластики: механической прочностью, неспособностью к гидролизу в биологических средах, отсутствию токсичности и иммуногенности. Различия между материалами заключаются в особенностях технологии изготовления, а также в степени остеоинтегративности и механических характеристиках. Для усиления остеоинтегративных свойств и биосовместимости синтетических материалов в их состав вводят синтетический гидроксиаппатит, преимущественно в виде пористых гранул и бета-трикальций фосфат, которые обладают высокой биосовместимостью и способствуют росту костной ткани на поверхности имплантанта. Однако в практической деятельности имеется необходимость усиления построения костной ткани, особенно касается лиц с врожденными нарушениями обмена веществ, диабетом, эндокринопатиями и другими общесоматическими заболеваниями. У таких людей снижен остеогенный потенциал костных клеток. Поэтому образование каркаса для регенерирующей костной ткани, обеспечение временной или постоянной компетентной основы, а также ускорение процесса репарации, является главными требованиями к носителям, входящих в состав имплантируемых в кость конструкций. В настоящее время не разработана технология, позволяющая выращивать костную ткань из остеогенных клеток-предшественников, которая бы обладала необходимыми механическими и метаболическими свойствами. Кроме того, количество образованной таким образом костной ткани недостаточно для восполнения костных дефектов. В связи с этим в настоящее время перспективным является формирование косной ткани из клеток — предшественников на синтетических заменителях костной ткани нового поколения, служащих конструкцией способной обеспечить клеточную адгезию и поддержание клеточных функций, обладающих необходимыми для практической деятельности свойствами. Среди различных свойств композитов, долговременно находящихся в костных тканях, одним из важнейших является степень их токсичности. В связи с этим нам представлялось важным проследить жизнеспособность клеточных культур мезенхимальных стромальных клеток на выбранных нами композитах. В нашей работе использовались синтетические биокомпозиты, такие как:

Читайте также: Соеденительные ткани у человека

Полиамид 12 + углеволокно +30 % гидроксиапатита, Полиметилметакрилат + 30% ГАП, Сверхвысокомо-лекулярный полиэтилен + 30% ГАП, предварительно прошедшие механическую обработку для получения однотипных размеров. Все образцы были стерилизованы автоклавированием. Оценка цитотоксичности образцов проводилась с использованием комплексного подхода с привлечением скрининговых методов анализа: МТТ-теста, поклеточного прижизненного окрашивания флуоресцеиндиацетатом — ФДА-ЭБ и окрашиванием акридиновым оранжевым фиксированных клеток для выявления особенностей их морфологии. В работе использованы клеточные культуры — диплоидные постнатальные фибробласты. Результаты трех независимых экспериментов с использованием МТТ-теста, прижизненного окрашивания флуоресцеиндиацетатом (ФДА-ЭБ) и окрашивания фиксированных клеток акридиновым оранжевым показали, что все образцы композитов не оказывают цитотоксического действия на культуры мезенхимальных стромальных клеток.

Приведенные данные экспериментельной работы показали отсутствие токсичности исследуемых материалов и их свойство создавать условия для жизнедеятельности мезенхимальных стволовых клеток. Все это служит основанием для дальнейших фундаментальных исследованиях и научно-практических разработок, с целью использования биостабильных композитов нового поколения с сформированным на их поверхности слоем костных клеток для изготовления эндопротезов нового поколения.

• Свежие записи
  • Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
  • Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
  • Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
  • Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
  • Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом