Популярно о использование стволовых клеток в лечении диабета

И.И. Никберг
Д-р меднаук, профессор, чл.-корр. Российской академии естествознания

Одно из приоритетных направлений современных диабетологических научных исследований - изучение возможностей использования в лечении и профилактике диабета «стволовых» клеток (СК) . Первооткрыватель этих клеток - профессор гистологии Петербургской военно-медицинской академии Александр Александрович Максимов (1874 - 1928). Исследуя клетки костного мозга он обратил внимание, на то, что среди них есть такие, которые могут самопроизвольно делиться и преобразовываться в другие клетки, образуя подобные себе структуры. Эти исходные клетки А.Максимов назвал стволовыми , подчеркнув тем самым их способность создавать своеобразные клеточные отростки с различными морфологическими и функциональными свойствами. Его исследования проводились в 1901-1908 гг. в Петербурге и в различных научных лабораториях Германии, в которой Максимов часто бывал и работал в те годы.

Обобщенные результаты своих исследований он сформулировал в статье «Лимфоцит как общая стволовая клетка разнообразных элементов крови в эмбриональном развитии и постфетальной жизни млекопитающих», впервые опубликованной в 1909 году (Maximow A. Der Lymphozyt als gemeinsame Stammzelle der verschiedenen Blutelemente in der embryonalen Entwicklung und im postfetalen Leben der Säugetiere. «Folia Haematologica» 8.1909, 125—134).

В немецком варианте статьи автор использовал термин «Stammzelle», удачно отражающий свойство СК как «порождающих» другие. В последующие годы это наблюдение было дополнено и расширено многочисленными исследованиями ученых разных стран, среди первых из них следует особо выделить выполненные московскими учеными Александром Фриденштерном м Иосифом Чертковым. Еще в двадцатые годы прошлого столетия они показали, что в костном мозге имеются стромальные (стволовые) клетки, которые при подсадке в другой орган, способны формировать ткань, присущую этому органу. Затем последовала череда важных открытий в науке о СК, позволивших реально приблизится к их практическому использованию для лечения многих заболеваний. Не случайно в научной медицинской литературе открытие и перспективы использования СК для лечения различных заболеваний часто называют третьим по значимости событием в биологии после расшифровки　двойной спирали ДНК　и　проекта «Геном человека». Современные научные представления о СК таковы. Всё начинается с единственной зародышевой клеточки – зиготы, возникшей после проникновения сперматозоида в зародышевую клетку. К 4-5 дню из зиготы формируется предэмбрион (бластоциста) представляющий собой несколько десятков (50-150) одинаковых первичных эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).　

Из этих клеток далее образуется второе и третье поколение СК. Современная классификация СК включает три основных их группы – эмбриональные (полученные на ранней стадии развития зародыша), фетальные (полученные из плодного материала после (9-12 недельного аборта) . Фетальные клетки уже начали дифференцировку, и, следовательно, каждая из них, может дать начало не любым, а достаточно определенным видам специализированных клеток. Третья группа – СК взрослого организма, они имеются в костном мозге и других органах человека. В отличие от первых двух, исследование и применение этих клеток не вызывает серьезных возражений с этической точки зрения. Запасы СК в костном мозге не безграничны – чем старше человек, тем меньше у него таких клеток, тем более ослаблены у него процессы восстановления клеточных тканей. Если у эмбриона одна СК приходится на 10 тысяч, то у пожилого человека такая клетка встречается лишь среди нескольких миллионов других. Некоторое количество СК содержится и в таких органах, как печень, жировая ткань, кожа, скелетная мускулатура, но, в отличие от СК костного мозга, способных преобразовываться в различные типы клеток других тканей, СК печени, кожи и т.п. могут воспроизводить только ткань органа, из которого они происходят. В процессе последующего развития зародыша ЭСК дифференцируются на три первичных зародышевых листка – эктодерму, эндодерму и мезодерму, содержащих боле двухсот разновидностей клеток, из которых впоследствии формируются все ткани и органы человека. Относительно допустимости использования эмбриональных СК общественное мнение неоднозначно. Отрицательно относится к такому использованию Русская Православная Церьков, воспринимающая эмбрион как человека, обладающего душой, а уничтожение эмбриона как грех убийства. Ряд ограничений к исследованию и использованию эмбриональных СК содержатся в решении Суда Европейского союза. После долгих колебаний, в 2010 г. Федеральная служба России по надзору в сфере здравоохранения разрешила применение собственными, а с 2011 г. и донорскими СК при возрастных изменениях кожи лица, раневом дефекте и трофических язвах кожи, её атрофических поражениях, диабетической стопе и др. видах патологии. Несколько более расширенное количество заболеваний с 2012 г. было разрешено лечить с помощью СК на Украине. В США, Англии, Канаде, Германии, Франции и ряде других крупных стран, в т.ч. в России. созданы и функционирую клиники клеточной терапии, в большинстве которых проводятся исследовательская и лечебная работа и со СК.

Приведем наиболее известные примеры научных достижений в сфере применения стволовых клеток: создание кпиллярных кровеносных сосудов (Япония, 2004), выращивание полноценных клеток головного мозга (США, 2005), выращивание клапанов человеческого сердца (Швейцария, 2006), тканей печени (Англия, 2006), мочевого пузыря , мышц (США, 2006), часть сердечной мышцы (Англия, 2007), роговицы глаза, зуба, тромбоцитов (Япония, 2007, 2008).  В России и за рубежом появились запатентованные новые биоинженерные технологии, связанные с трансплантацией гемопоэтических СК, позволяющие формировать необходимые ткани в органах. Если ориентироваться на многочисленные публикации о возможности и успехах применения СК для лечения различных заболеваний, то можно убедится, что они охватываю практически весь спектр современной патологии человека. В различных рекламных объявлениях, как объекты успешного использования СК упоминаются, например, такие заболевания: острые нарушения мозгового кровообращения (инсульты), болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, деменция, детский церебральный паралич (ДЦП), инфаркт миокарда в остром периоде и при последующей реабилитации, эндартериит облитерирующий, различные кожные заболевания, дегенеративные изменения в суставах и другие заболевания опорно-двигательного аппарата, диабет, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки, цирроз печения и многие другие (всего – более 100 наименований заболеваний !). Очевидно, что подобная реклама зачастую значительно и без достаточных научных и практических обоснований преувеличивает реальные успехи и возможности использования СК в лечении столь большого количества заболеваний. Этиология и генез многих из них вообще мало связаны с поражением и функционированием клеточных систем. Поэтому, к такой рекламе следует относится очень осторожно и пользоваться предложениями рекламодателей только с учетом рекомендаций опытных специалистов в той или иной патологии. Следует учитывать и то, что терапевтический потенциал стволовых клеток не является однозначным, его эффективность зависит от индивидуальных особенностей организма- реципиента. Поэтому в одних случаях у больных с имплантированными СК наблюдается очевидное улучшение, в других – такого улучшения нет. О значении и масштабах проводимых научных исследований в сфере клеточных технологий свидетельствуют выделяемые на них денежные средства, исчисляемые многими миллионами долларов. Правительство Австралии, например, выделило на исследование СК 22 миллиона долларов. В США, Японии и ряде других стран такие суммы еще более велики.

Исследования СК и стремление использования их с лечебной целью обусловили понимание того, что в перспективе каждый человек должен иметь запас таких собственных клеток для лечения различных болезней, которые у него могут возникнуть в будущем. С этой целью в ряде стран практикуется взятие крови из пуповины новорожденного с последующим ее замораживанием и хранением в специальных банках. Такие банки, имеющиеся во многих странах ( США, Великобритании, Канаде, Мексике, Центральной и Южной Америке, Европе, в Индии, на Ближнем Востоке, в Азии, Африке, Австралии и Новой Зеландии. Корее, Японии и др. странах ) Сохраняемые в них СК могут долгие годы (десятилетия) храниться при температуре -196 С° (жидкий азот). Реципиентами таких клеток могут стать кровные родственники донора, имеющие с ним иммунологическую совместимость. Т.о. , предлагают «биологическую страховку»-выделение и длительное персональное криогенное хранение стволовых клеток плацентарной (пуповинной) крови, выделение стволовых клеток из костного мозга и другие подобные услуг. В Австралии, например, практикуется сохранение стволовых клеток игроков спортивных клубов, с высоким риском профессионального травматизма. Клиентами таких банков стали известные артисты, спортсмены и другие лица. В многочисленной совокупности заболеваний, для эффективного лечения которых в реальном будущем могут быть использованы СК, приоритетное, либо одно одно из приоритетных , мест принадлежит сахарному диабету. Значение этого заболевания как объекта соответствующих экспериментальных и клинических исследований клеточной терапии не является случайным. Оно обусловлено тремя важными причинами. Во первых, ежегодным значительным ростом количества заболевших, позволяющим оценивать сахарный диабет как эпидемическую патологию современности. Вторая – несмотря на то, что при соблюдении надлежащего образа жизни и использовании эффективных лекарственных средств (инсулин, сахароснижающие и другие препараты), сахарный диабет продолжает оставаться неизлечимым, пожизненным заболеванием. В третьих –теоретическая возможность применения СК для лечения и профилактики сахарного диабета основывается на механизме возникновения и течения этого заболевания.

В большинстве случаев сахарный диабет возникает в результате абсолютной или относительной недостаточности функционирования бета-клеток поджелудочной железы, производящих гормон инсулин. Поскольку СК могут преобразовываться в любые другие клетки организма, то логично предположить, что они могут превратиться и в бета-клетки. Источники СК для такой процедуры различны. При использовании СК из собственного костного мозга предварительно производится непродолжительная (примерно 25-30 минут) амбулаторный его забор под местной анестезией из тазовой кости. Дальнейшая обработка костного мозга выполняется в специальной лаборатории, в которой тестируется качество выделенных клеток и способность их к превращению в панкреатические бета-клетки. Выделенные СК вводятся в организм катетером через панкреатическую артерию, внутривенно или другими способами. Источником СК могут быть и клетки, взятые из протоков поджелудочной железы и другие. Исследования и клинические наблюдения по использованию СК для лечения сахарного диабета исчисляются сотнями и тысячами. Они показали, что пересадка здоровых бета-клеток больному в ряде случаев дает очевидный лечебный эффект, увеличивая продукцию инсулина, позволяет снизить дозу вводимого, улучшает контроль гликемии, оказывает другое положительное действие. Приведем некоторые примеры.

Значительный вклад в проблему перспективного применения СК для лечения диабета внесли исследования ученых Гарвардского института стволовых клеток, Медицинской школы Массачусетского университета в Вустере, и компании　BetaLogics　(США (США), и Университета провинции Британская Колумбия (Канада), компании BetaLogics (США), посвященные технологиям получения in vitro бета-клеток поджелудочной железы (2014). Им удалось взяв в качестве исходного материала стволовые клетки человеческого эмбриона получить клетки, обладающие свойствами бета-клеток, способных продуцировать инсулин в ответ на присутствие глюкозы. Ими же разработана методика получения бета-клеток в количестве до до 300 млн. клеток, что достаточно для компенсации недостающего инсулина у человека весом около 70 кг. Представляют интерес исследования ученых из университета Копенгагена, разработавших инновационный 3D-метод выращивания работающей поджелудочной железы из СК. Этот метод, будучи адаптированным для СК человека позволит не только тестировать экспериментальные противодиабетические препараты без экспериментов над животными но и выращивать бета-клетки для пересадки пациентам с 1-м типом диабета (2013). О значительно успехе сообщили (2009 -2013 г.) ученые из о Университета в Чикаго (США) и Университета Сан Пауло (Бразилия). Они осуществили пересадку аутологичных (собственных) СК взятых из костного мозга 23 пациентам с диабетом 1 типа в возрасте от 14 до 30 лет. У 20 участников эксперимента наблюдался положительный эффект от лечения. 12 из них на момент публикации не нуждались в инъекциях инсулина: при этом один пациент прошел терапию пять лет назад, четверо – три года, трое – два года, а остальные – год назад. Восемь участников после улучшения состояния вынуждены были вновь начать заместительную терапию инсулином. У троих участников терапия не дала положительного результата. Ученым из Канады удалось провести эксперимент, который впервые показал, что эмбриональные стволовые клетки могут применяться и для лечения сахарного диабета 2 типа. Подобные, а в ряде случаев еще болеее впечатляющие результаты использования СК для лечения диабета получены практически во всех странах, разрабатывающих эту проблему, в т.ч. в России, Украине и др. Но вследствие иммунологической несовместимости и других причин обычно такой эффект не стойкий, и длится сравнительно непродолжительное время. Так, например, по данным украинских ученых, у 62% пациентов с легкой и средней степенью тяжести сахарного диабета, введение клеточных препаратов позволило устранить необходимость в медикаментозной коррекции гипергликемии. Однако, продолжительность клинической ремиссии более чем у 60% больных составила от 12 до 14 месяцев.

Получение СК, способных превращаться в нормально функционирующие бета-клетки, является сложным и трудоемким процессом. К проблемам, связанным с этим процессом относятся, в частности, формирование бета-клеток, способных продуцировать и выделять инсулин не спонтанно, а в зависимости от потребности организма, в свою очередь зависящей от реального уровня глюкозы в крови. Как показывают экспериментальные исследования на животных, потенциальную опасность представляет и опасность перерождения СК в злокачественные. Одной из важнейших и сложнейших проблем использования СК для лечения сахарного диабета I типа у людей является их защита от иммунологической реакции отторжения организмом. Ведь организму человека присущи те же иммунологические реакции по отношению к трансплантированным СК, которые, могут могут стать мишенью и для иммунной системы реципиента как чужеродные агенты (как это происходило и по отношению к собственным бета-клеткам при возникновении заболевания диабетом). Использование химических антидепрессантов полноценно эту проблему не решает.

Для суждения о возможных отрицательных последствий трансплантации СК нужны длительные (годы) наблюдения, ибо такие последствия могут выявиться не сразу. И пока такие наблюдения не будут осуществлены, нельзя быть уверенным в безопасности трансплантации СК, в т.ч. при диабете. Вспомним, что даже создание и введение в лечебную практику аналогов инсулина потребовало более 10 лет! Не случайно опытные и ответственные специалисты призывают с осторожностью относится к рекламным объявлениям о излечении диабета и, тем более, прекращении необходимости ежедневных инжекций инсулина!

Полагаясь на такую рекламу и отдавая себя в руки «стволовиков» надо понимать, что даже при наличии положительного эффекта трансплантации СК они не могут гарантировать длительный срок их эффективности и гарантировать отсутствие каких-либо осложнений их трансплантации. Только после многолетних наблюдений, которые покажут эффективность, стабильность и безопасность СК и пояснят их механизмы, использование СК в терапии сахарного диабета можно будет рассматривать как допустимый для широкого применения в клинической практике. Судя по состоянию этой проблемы, решение её в обозримой перспективе вполне реально. Но предположительно для этого потребуются еще годы, количество которых предсказать трудно. По мнению многих исследователей – не менее 5-6 лет.