Лечение стволовыми клетками: что есть сегодня и какие перспективы?
Что такое стволовые клетки?
Это универсальные клетки организма, из которых образуются любые клетки любых органов и тканей. Это своего рода прототипы, обладающие возможностями по превращению во что угодно.
Превращение в функциональные клетки называется дифференцировкой, во время которой стволовая клетка приобретает специализацию. Примерно как из школьника через много лет учебы и практики получается хороший инженер, дизайнер или врач, так и из стволовой клетки получается клетка печени, желудка или головного мозга. Только намного быстрее, буквально за считанные дни или недели.
Откуда берутся стволовые клетки?
Изначально в утробе матери мы все состоим из стволовых клеток — аморфной массы, называемой бластоцистой. Постепенно из бластоцисты начинают развиваться зачатки органов, чтобы через 9 месяцев получился готовый человек.
На специализацию стволовых клеток влияют внешние и внутренние сигналы. Внешние — это химические вещества из окружающих тканей и физический контакт между клетками, а внутренние прописаны на геномном уровне в ДНК.
Подобная двойная защита не позволяет будущему человеку превратиться в условного медведя или утконоса.
Для чего хотят использовать стволовые клетки?
В идеале — для полного восстановления больных, поврежденных или утративших функциональность тканей. Поскольку стволовые клетки человека могут превращаться в (почти) любые клетки человеческого организма, возникла идея поместить их в проблемную область тела, где они размножатся и заменят утраченные ткани.
Это новая глава в истории трансплантологии, где можно будет использовать клетки вместо донорских органов и тканей. Доноров сложно найти, их число ограничено, а пересаженные ткани не всегда приживаются.
Стволовые же клетки помогут решить все указанные вопросы, осталось только научиться их грамотно использовать — этим как раз и занимается регенеративная медицина.
Так в чем проблема?
Проблема в том, что «скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Чтобы терапия оказалась действительно успешной, врачи должны быть полностью уверены в том, что стволовые клетки не трансформируются, скажем, в раковые.
Кроме того, стволовые клетки могут вырасти частично или не вырасти совсем, превратиться нефункциональную ткань или вообще в другой орган. Наконец, они зачастую банально не приживаются или вызывают сильный иммунный ответ.
Как видите, проблем у регенеративной медицины хватает.
А почему у эмбриона все идет гладко?
Скорее всего, нюанс заключается в окружающих стимулах.
У зародыша организм активно требует построения органов и тканей, стимулируя стволовые клетки нужными гормонами, химическими веществами и другими сигналами. Поэтому развитие будущего ребенка идет как по нотам.
У родившегося человека такой потребности нет, поэтому стволовые клетки не получают ожидаемых сигналов или получают ложные сообщения.
Если представить ситуацию образно, то в первом случае мотивированный человек попадает в круг таких же людей, где планомерно идет к своей цели. А во втором случае его никто не поддерживает, и человек начинает лежать на диване или заниматься другими делами.
Манипулируя условиями содержания стволовых клеток в лаборатории, ученые создают культуры, направленные на превращение в определенные органы и ткани. Однако добиться подобного эффекта у человека крайне сложно.
Но ведь у нас есть собственные запасы стволовых клеток!
Действительно, в костном мозге есть гемопоэтические стволовые клетки, которые превращаются в клетки крови. А в жировой ткани есть свои стволовые клетки, которые превращаются в адипоциты — клетки жировой ткани. Оба процесса идут без сбоев, но идеально повторить их мы пока не в силах. Какие-то наработки имеются, но до массового их применения в медицине пока далеко.
В основном врачи используют готовые стволовые клетки крови или жировой ткани для пересадки в места, где они почти гарантированно приживутся. Проще говоря, на практике мы используем заложенные природой возможности, а не создаем свои.
Какими бывают стволовые клетки?
Стволовые клетки делятся по уровню специализации: чем он выше, тем меньше вариантов для будущего развития. По аналогии с человеком, чем глубже он изучает определенный предмет или профессию, тем сложнее ему радикально сменить направление деятельности.
Уровни специализации стволовых клеток:
- Тотипотентные — самые универсальные, способны превращаться в любые клетки будущего организма и его плаценты. Они образуют эмбрион человека, который через 9 месяцев станет новорожденным ребенком.
- Плюрипотентные — чуть менее универсальные, появляются на 4 день развития зародыша. Из них все еще могут получиться любые органы и ткани, а вот плацента уже не может.
- Мультипотентные — еще менее универсальные, становятся определенными клеточными линиями. Например, гемопоэтическая (кроветворная) стволовая клетка может развиться в несколько типов клеток крови, но не может — в клетки мышц или, скажем, почек.
- Олигопотентные — могут дифференцироваться всего лишь в несколько типов клеток одного вида. Так, некоторые стволовые клетки крови могут стать лейкоцитами (защитными белыми клетками), но не эритроцитами (красными клетками, переносящими кислород).
- Унипотентные — способны превращаться только в один тип клеток, например, в клетки кожи. Зато они сохраняют способность активно делиться, что делает их многообещающими кандидатами для лечения людей.
Где врачи берут стволовые клетки?
Самый простой вариант — у эмбриона. Зародыш состоит из плюрипотентных стволовых клеток, которые превращаются в любые органы и ткани.
Для получения «лечебных» эмбрионов ученые не убивают будущих детей: подобные эмбрионы происходят из яйцеклеток, оплодотворенных путем экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), но не имплантированных в матку. В пробирках они развиваются от 3 до 5 дней — на этой стадии эмбрионы называются бластоцистами и состоят из 150 клеток.
С одной стороны, это потенциально будущие люди, состоящие всего из 150 клеток. С другой стороны, сперматозоиды также можно считать будущими людьми, состоящими из одной клетки. Однако никто не переживает за «выброшенные поколения» во время мастурбации или секса без оплодотворения. В общем, здесь есть ряд моральных вопросов, ответы на которые каждый находит сам.
Есть вариант посложнее — взять стволовые клетки у взрослого человека, например, из костного мозга или жировой ткани. По сравнению с эмбриональными, взрослые стволовые клетки уже не могут так просто превратиться в любой орган или ткань.
Самый трудоемкий вариант — взять стволовые клетки у взрослого человека и сделать их менее специализированными. Такие клетки называют индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками, или ИПСК. По сути, ученые заставляют ИСПК забыть «все, чему их учили в институте», и стать снова плюрипотентными — способными дать начало любому органу и ткани. Культивирование ИСПК очень перспективно для настоящей и будущей регенеративной медицины.
Наконец, еще один способ — взять стволовые клетки из амниотической жидкости или пуповинной крови. Процедура забора амниотической жидкости (амниоцентез) сопряжена с некоторыми рисками для матери и ребенка, поэтому назначается строго по показаниям. Есть также вариант с забором пуповинной крови при родах, и сегодня он используется на практике.
Как выполняется клеточная терапия?
В идеале клеточная терапия выглядит так: врачи берут стволовые клетки, растят их в лабораторных условиях для специализации, а затем вводят в проблемную область тела пациента. Новые клетки замещают собой утраченные, и человеку становится лучше.
На практике есть нюансы, связанные с получением стволовых клеток, внедрением в организм и приживаемостью в нем.
К сожалению, стволовые клетки очень плохо приживаются: в коже, сердце, почках, печени или поджелудочной железе закрепляется менее 3% клеток. Таким образом, 97% биологического материала организм просто отправляет в утиль. Для решения этой проблемы необходимы дополнительные исследования.
Какие есть риски лечения стволовыми клетками?
В большинстве случаев клеточная терапия относительно безопасна. Однако стоит иметь в виду потенциальные осложнения и проблемы:
- слабый эффект или его отсутствие;
- отторжение пересаженных клеток;
- приживление клеток в неправильном месте;
- превращение клеток в нежелательные ткани;
- усиление восприимчивости человека к болезням;
- передача заболевания от донора клеток;
- появление новообразований (доброкачественных или злокачественных);
- непредсказуемые последствия (например, сердечная аритмия);
Наиболее безвредной считается трансплантация собственных стволовых клеток, хотя это относится только к клеткам, не подвергшимся значительным манипуляциям. Риски при пересадке ИПСК сравнимы с рисками донорской трансплантации.
Что мы умеем сегодня?
В современной практике закрепилась трансплантация стволовых клеток костного мозга — операция, которую вы чаще слышите под названием «пересадка костного мозга».
При трансплантации старые клетки пациента, поврежденные химиотерапией или разрушенные болезнью, заменяют новыми клетками. Пересадка костного мозга помогает бороться с некоторыми видами рака, включая раковые заболевания крови — лейкемию, лимфому, нейробластому и множественную миелому.
Стволовые клетки с переменным успехом используются для ускорения заживления различных травм кожи, включая ожоги. Однако принцип влияния стволовых клеток на регенерацию ожоговых повреждений полностью не изучен.
А как же омоложение стволовыми клетками?
В этом направлении есть ряд успешных работ по уменьшению морщин и улучшению состояния кожи. Однако радикальных улучшений после такого омоложения достичь не удалось — результаты в лучшем случае сопоставимы с грамотным косметическим уходом и профессиональными процедурами. При этом риски омоложения стволовыми клетками весьма значительны.
Мы бы не рекомендовали выполнять омолаживающую клеточную терапию, пока еще слишком мало хороших результатов и слишком много проблем и осложнений. Говоря простыми словами, технология слишком «сырая».
Стволовые клетки также пробуют использовать для улучшения состояния волос и лечения облысения. Пока результаты малоубедительные.
Почему успехи настолько слабые?
Основная причина в том, что мы до сих пор не разобрались в процессах, влияющих на дифференцировку стволовых клеток. Мы «с большего» представляем картину, но детали пока не изучили.
Лечение стволовыми клетками должно быть предсказуемым и безопасным при любых условиях и у любых пациентов. Этого сложно достичь без глубокого понимания дифференцировки стволовых клеток.
Следует не просто добиться единичного успеха или провести серию удачных операций — важно получать ожидаемый результат на протяжении многих лет и десятилетий. С этим у терапии стволовыми клетками есть проблемы, и ученые постоянно работают над их решением.
