Что такое регенеративная медицина
Регенеративная биомедицина. Интервью с Анастасией Ефименко
Что мы знаем о регенеративной медицине? Наверняка многие думают, что это скорее что-то из косметологии. Но нет. На сегодняшний день методы регенеративной медицины активно применяются при заболеваниях и травмах, особенно когда шансы не только на выздоровление, но и на выживание низки, когда иные методы лечения уже исчерпали себя. Это специальные терапевтические подходы, позволяющие восстановить поврежденные или пораженные болезнями ткани, например, при помощи стволовых клеток человека и животных. Направление хоть и современное, но уже почти 25 лет существует в медицине и продолжает активно развиваться во многих странах.
«Научная Россия» в интервью с Анастасией Юрьевной Ефименко, кандидатом медицинских наук, заведующей лабораторией репарации и регенерации тканей Института регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного центра МГУ им. М.В. Ломоносова, узнала, какие новшества разработаны в области регенеративной медицины, и в чем её уникальность в медицине в целом.
— Можно ли сейчас утверждать, что регенеративная медицина – новая отрасль медицины в целом? И насколько она позволит улучшить здоровье пациентов?
— Регенеративная медицина сегодня – это не сколько отрасль, а вообще новая медицина. Регенерация – это способность живых организмов восстанавливать утраченные и поврежденные ткани и органы. До недавних пор медицина с помощью лекарств оказывала влияние на функцию клеток, в основном подавляя неблагоприятные процессы и способствуя лечению заболеваний.
Возможности медицины в плане восстановления утраченных и поврежденных тканей, выращивания новых структур – это была только мечта. На сегодняшний день мы дошли до неё.
Регенеративная медицина базируется на совершенно беспрецедентных успехах учёных-биологов, учёных-химиков и врачей, а также специалистов по биологии развития. Сегодня правильнее говорить не регенеративная медицина, а регенеративная биомедицина. В ней очень тесно связаны междисциплинарные области, которые помогают друг другу в том, чтобы понять, как ткани и органы могут обновляться и восстанавливаться при повреждениях и заболеваниях, а также каким образом эти знания можно реализовать в виде терапевтических подходов.
Потребность в этом огромная. Практически все тяжелейшие заболевания связаны с необратимым повреждением уникальных функций различных тканей и органов. Задача регенеративной медицины – научиться их замещать, а в идеале – понять, как сам организм справляется, и помочь ему. В этом смысле она принципиально отличается от всех других направлений: и клинической медицины, и медицинской науки.
Регенеративная медицина исследует универсальные механизмы, которые реализуются во всех тканях и системах организма. Понимание этих универсальных механизмов с помощью одного успешного открытия позволит придумать новые подходы к лечению заболеваний самых разных органов и систем.
— Как происходит процесс регенерации тканей с помощью стволовых клеток?
— Основные клеточные работники, отвечающие за замещение погибших или утраченных клеток тканей, – это стволовые клетки. Они обнаружены во всех тканях, но различаются по своей потенции. В настоящее время описывают много разных типов стволовых клеток. Некоторые из них могут быть выделены из организма человека из самых разных тканей в культуру.
Первоначально огромные ожидания по поводу успешности таких подходов регенеративной медицины во многом себя не оправдали. Сейчас мы наблюдаем такой своеобразный «откат» назад, так как стало очевидно, что нужно лучше понять, как функционируют стволовые клетки и каким образом их уникальные свойства можно использовать. В этом смысле важно переосмыслить концепцию регенерации с точки зрения действия не стволовой клетки отдельно, поскольку в самом организме (это уже показано в ряде очень серьёзных исследований) любые стволовые клетки существуют в специальном окружении – микроокружении, которое называется нишей стволовой клетки. Это очень специализированный набор разных клеточных, матриксных, сигнальных компонентов, малых молекул, которые управляют функцией стволовых клеток. С одной стороны, позволяют ей сохранять свойства стволовости, с другой стороны – при активации, при повреждении нужно правильно интерпретировать сигнал и запустить дифференцировку стволовой клетки в нужном направлении.
— Можно ли восстановить часть работы головного мозга после тяжелых повреждений?
— В головном мозге есть свои стволовые клетки – нейральные стволовые клетки. Они активируются при повреждении, но этого зачастую оказывается недостаточно. Настолько сложна эта ткань и сложны взаимодействия между клетками, что само по себе восстановление клеточного состава еще не означает восстановление функции органа.
На сегодняшний день активно разрабатываются подходы получения нейральных клеток, например, для лечения болезни Паркинсона – специфических дофаминергических нейронов. Их научились получать из стволовых клеток особого типа. Но способность к дифференцировке у них значительно ниже, чем у клеток эмбрионов. Это проблема, которая существенно ограничивает возможности разработки препаратов.
Однако, в 2006 году было сделано открытие – специализированные клетки путем внесения нескольких генетических конструкций с траскрипционными факторами, регулирующими генетическую программу, можно «откатить» обратно в эмбриональное стволовое состояние. Это индуцированные плюрипотентные клетки. Из таких клеток сейчас хорошо научились получать нейроны различного типа и другие клетки нервной ткани в лабораторных условиях. Проводится множество исследований в попытке использовать эти подходы для лечения нейродегенеративных заболеваний. Разрабатываются интересные направления, связанные с лечением постинсультных состояний в попытке ограничить повреждения, способствуя улучшению и восстановлению тканей мозга.
В Институте регенеративной медицины МНОЦ и на факультете фундаментальной медицины Московского университета тоже ведутся такие разработки. С одной стороны, они направлены на поиск факторов, критически влияющих на функцию нейронов, которые могут быть введены как генетическая конструкция – генная терапия (направление регенеративной медицины, которое предполагает введение определенных генов, управляющих функцией клеток и позволяющих создать локально хорошую экспрессию нужного фактора, способствующего выживанию нейронов). С другой стороны – производится попытка найти комплекс факторов, влияющих на разные типы клеток в головном мозге. А при их введении способствовать восстановлению микроокружения нейронов для выживания или стимулирования нейральных стволовых клеток при повреждении, чтобы они заместили утраченные нейроны и способствовали установлению новых связей между нейронами в головном мозге.
— Как себя показывает клеточная терапия? В чем её уникальность?
— Клеточная терапия выступает одним из основных направлений регенеративной медицины. Её задачи – стимуляция, восстановление структуры и функции поврежденных или утраченных тканей во многом реализуются за счет действия клеток как лекарств принципиально нового типа. Здесь клеточная терапия может рассматриваться даже шире регенеративной медицины. На сегодняшний день её выдающиеся успехи в плане использования живых клеток, выделенных из какого-то источника в качестве терапевтического агента, очень хорошо себя показали в онкогематологии. В последние годы было зарегистрировано несколько лекарств, основанных на использовании Т-лимфоцитов, которых с помощью генетического инжиниринга научили распознавать опухоль. И в онкогематологии добились беспрецедентных успехов по вылечиванию тяжелых лейкозов.
Сейчас многие коллективы, в том числе в нашей стране, активно работают с клетками с химерным антигенным, Т-клеточным рецептором (CAR-T) для того, чтобы научить их распознавать и солидные опухоли. Эта задача оказалась более сложной. Тем не менее в этой области есть успехи. Можно ожидать, что клеточная терапия свою нишу займет не только в онкогематологии, но и в других направлениях онкологии.
Если говорить про регенеративную медицину, то есть одно направление, которое давно реализуется в клеточной терапии, – это трансплантация костного мозга. Сейчас мы имеем эту технологию клеточной терапии, спасающую многие жизни каждый год в реальной практике.
Большинство современных клеточных препаратов основаны на использовании гемапоэтических стволовых клеток, так как их легче получить и модифицировать нужным образом. Например, с помощью изменения генетического дефекта, который приводит к развитию анемии или какого-то тяжелого иммунного заболевания, можно исправить эти клетки и просто вернуть в кровоток, так что их потомки уже будут здоровыми.
Сейчас, основываясь на понимании того, как клетки взаимодействуют друг с другом, развивается еще интересное ответвление клеточной терапии – клеточная терапия без клеток. Это использование комплекса сигналов, секретируемых специализированным типом клеток (стволовых клеток или их потомками). Комплекс этих сигналов, или секретом клеток, может быть использован как терапевтический агент. В этом случае мы избавляемся от различных рисков, связанных с введением живых клеток в организм. Можно наработать комплекс этих сигналов сразу в большом количестве, стандартизовать его, проверить на безопасность и затем использовать его в качестве лекарственного препарата.
Клеточная терапия без клеток сейчас тоже активно развивается. Пока её перспективы в разных направлениях только исследуются. Но это станет одним из разделов, позволяющим имитировать регенераторные сигналы и за счет этого стимулировать собственный эндогенный потенциал тканей к восстановлению и воссозданию структурного, функционального комплекса нужных процессов для здоровья человека.
— Какие новейшие разработки уже готовы войти в практику?
— Здесь нужно быть достаточно осторожными, так как регенеративная медицина – это не просто ещё один подход, который позволит нам предложить новую таблетку от чего-либо. Нет! Это работа с совершенно новыми объектами, влияющими на саму сущность устройства организма человека: на клеточный состав тканей, на генетическую программу клеток и на взаимодействие систем органов между собой.
Одним из интересных направлений нашей лаборатории являются исследования и создание подходов к направленной регуляции ниш стволовых клеток, поскольку это позволяет регулировать регенерацию тканей изнутри за счет комплексного влияния на различные компоненты ниши, управляющей функцией стволовых клеток. Для одного из таких препаратов у нас заканчиваются в этом году доклинические исследования, и мы готовим документы на клинические испытания.
Важно также понимать, почему при многих повреждениях регенерация тканей не происходит или является недостаточной. А надо сказать, что в большинстве наших тканей и органов заживление реализуется не столько путем полноценной регенерации и восстановления тканей, сколько за счёт быстрого «залатывания» дефекта и развития на этом месте соединительнотканного рубца.
Есть в строме определенный подтип клеток, выделяющий сигнальные неуодирующие микроРНК, которые в маленьких пузырьках (везикулах) переносятся к миофибробластам и способны влиять на генетическую программу, останавливая их превращение в клетки, секретирующие много-много матрикса.
Использование таких пузырьков с нужными микроРНК или сами микроРНК в комплексе, который по результатам исследований будет показан как эффективный регулятор, и может стать терапевтическим подходом для лечения фиброза. Результаты этих данных получены на животных моделях. Если окажется, что и у людей эти подходы могут не просто останавливать прогрессирование фиброза легких, развившееся в результате инфекционных и других поражений, но и приводить к лечению и восстановлению хотя бы части функциональной ткани, то это позволит создать уникальные препараты и вывести их в клиническую практику.
Питер Диамандис — о трех ключевых направлениях регенеративной медицины
В регенеративной медицине существует три основных крупных направления:
Восполнение
Человек представляет собой набор из более чем 30 трлн клеток. Каждая из них происходит от одного плюрипотентного типа клеток (способных образовывать множество других), называемых стволовыми. С помощью них можно заменить любую поврежденную ткань.
У ребенка или молодого взрослого их много, и они действуют как «встроенная» система восстановления. Но с возрастом их запасы в различных тканях и органах значительно сокращаются. Кроме того, стволовые клетки претерпевают генетические мутации, что снижает их качество и эффективность.
Представьте свои стволовые клетки как команду ремонтников в недавно построенном особняке. Когда особняк новый, а ремонтники молоды, все работает отлично. Но по мере того, как рабочие стареют, и их становится меньше, ваш дом приходит в упадок и, наконец, рушится.
Но что, если восстановить и омолодить популяцию стволовых клеток?
Для этого можно извлечь и сконцентрировать аутологичные (происходящие из собственного организма) взрослые стволовые клетки из таких мест, как жировая ткань или костный мозг. Однако они менее многочисленны и претерпели мутации.
Многие ученые и врачи сейчас предпочитают альтернативный источник — получение стволовых клеток из плаценты или пуповины, оставшихся после родов. Их можно вводить в суставы или внутривенно для омоложения организма.
Замена
Каждые 10 минут кто-то добавляется в очередь на трансплантацию органов в США, а по состоянию на март 2020 года в общей сложности более 112 тыс. человек ожидают замены органов. Огромное количество людей, нуждающихся в новых «запчастях», вообще не попадают в лист ожидания, а в среднем 20 человек умирают каждый день в ожидании трансплантации.
В результате 35% всех смертей только в США можно предотвратить или отсрочить с помощью замены органов.
Можно предположить, что чрезмерный спрос на донорские органы только усилится: например, беспилотные автомобили сделают мир более безопасным, а многие доноры органов сейчас — люди, погибшие в результате автомобильных и мотоциклетных аварий.
Вариантами решения может быть как 3D-печать органов, так и ксенотрансплантация — трансплантация органов животного людям, нуждающимся в замене. Это могут быть, например, органы взрослых свиней: по размеру и форме они похожи на человеческие.
Есть и третий подход к вопросу трансплантации.
Представьте: только около 30 процентов легких потенциальных доноров соответствуют критериям трансплантации; из них только около 85 процентов можно использовать по прибытии в хирургический центр. В результате большая часть возможных легких никогда не попадут к нуждающемуся реципиенту.
На решении этой проблемы сконцентрирована новая медицинская технология, так называемая ex vivo перфузия для донорских легких, сердца и почек. Она позволяет снизить риски отторжения, что может привести к увеличению числа органов, доступных для трансплантации.
Омоложение
В сериале от HBO «Кремниевая долина» один из эпизодов называется «Кровавый мальчик». В нем встречу миллиардера Гэвина Белсона прерывает молодой подтянутый парень двадцати с небольшим лет, который прямо во время разговора подключает предпринимателя к аппарату переливания крови.
Белсон при этом объясняет, что «регулярные переливания крови более молодого физически здорового донора могут значительно замедлить процесс старения».
Хотя пока это в значительной мере фантастический сюжет, сценарий, изображенный в эпизоде, уже реализуется сегодня.
Исследования в Стэнфорде и Гарварде показали, что переливание крови молодых животных пожилым ведет к регенерации многих тканей и органов у последних. Верно и обратное: при переливании крови более старых животных молодым ведет к ускорению процессов старения у последних.
Но извлечь выгоду из этого «фонтана молодости» было непросто.
Стартап Ambrosia из Сан-Франциско недавно начал одно из испытаний парабиоза: здоровые участники в возрасте 35 лет и старше проходили процедуры переливания плазмы крови от доноров моложе 25 лет, а исследователи контролировали их кровь в течение следующих двух лет на предмет молекулярных показателей здоровья и старения.
Однако после предупреждения американского управления FDA в 2019 году Ambrosia была вынуждена закрыться. Обеспокоенность FDA понятна: на сегодняшний день явно не хватает клинических данных, подтверждающих эффективность такого лечения.
Другой стартап под названием Elevian, созданный на базе Гарвардского университета, подбирается к вопросу долголетия с помощью осторожной, научно обоснованной стратегии. Компанию основали после выявления конкретных факторов, которые могут быть ответственны за эффект «молодой крови».
Пример: встречающаяся в природе молекула GDF11 при введении старым мышам воспроизводит многие регенеративные эффекты «молодой крови», влияя на сердце, мозг, мышцы, легкие и почки. В частности, она снижает возрастную гипертрофию сердца, ускоряет восстановление скелетных мышц, улучшает переносимость физических нагрузок, функцию мозга и мозговой кровоток, а также обмен веществ.
Основываясь на этих выводах, Elevian разрабатывает терапию, цель которой — восстановление естественных регенеративных способностей нашего организма. Это может устранить некоторые из основных причин возрастных заболеваний человека.
Вывод
В 1992 году футуролог Леланд Кайзер ввел термин «регенеративная медицина»:
«Развивается новая отрасль медицины, которая изменит течение хронических заболеваний и будет во многих случаях восстанавливать уставшие и ослабленные системы органов».
Резкое увеличение продолжительности жизни человека не за горами. Вскоре у всех нас будут регенеративные сверхспособности, которые ранее были присущи лишь некоторым животным и героям комиксов.
Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Что такое регенеративная медицина
Несколько десятков лет назад возможность компенсировать функции утраченных органов или полностью заменить их казалась казуистикой. За десятилетия медицина продвинулась так далеко, что уже активно обсуждаются полное избавление человека от заболеваний и продление жизни. Регенеративная медицина получила не только признание, но и большие инвестиции вкупе с государственной поддержкой.
Регенерация как возможность сохранения здоровья
Человеку свойственна регенерация. До 11 лет организм способен восстановить утраченный кончик пальца, на протяжении всей жизни — заживлять повреждения мягких тканей и переломы.
Ее задача — научить стволовые клетки дифференцироваться в специализированные, которые полностью восстановят функцию утраченных органов.
Исторические факты
Впервые этот термин был использован в 1992 г. Леландом Кайзером. Он описал медицину будущего и возможность избавления от хронических заболеваний.
Дальнейшие опорные моменты развития отрасли можно представить следующим образом:
Сегодня вопросы восстановления регенерации изучаются во всех развитых странах мира.
Работает свыше 2000 научных центров, открытия разной степени важности регистрируются практически ежедневно.
Что такое регенеративная медицина
Регенеративная медицина — новый метод лечения, способный восстановить целостность разрушенных болезнью или травмой органов при использовании стволовых клеток животного или человека.
Направление располагается на стыке биологии, генной инженерии и практической медицины. В ближайшие годы отрасль может полностью изменить жизнь людей, избавив их от хронических и неизлечимых патологий, продлив им молодость.
Классы стволовых клеток
В зависимости от источника получения, начальные клетки можно классифицировать следующим образом:
Также возможно подразделение клеток (и, соответственно, способа трансплантации) на аутологичные и аллогенные. Критерий классификации — принадлежность организму.
Аутологичные
Представляют из себя собственные клетки человека. При аутологичной трансплантации они изымаются, хранятся некоторое время, а затем возвращаются. Чаще трансплантируются гемопоэтические и сердечные клетки, используемые для лечения дегенерации миокарда.
Аллогенные
При аллогенной трансплантации в роли донора и реципиента выступают разные люди.
Основными источниками при этом являются:
Аллогенная трансплантация всегда сопряжена с рисками. Современная регенеративная медицина смогла снизить вероятность отторжения с 70-90% до 10-50%.
Виды стволовых клеток
В зависимости от потентности (способности производить другие типы клеток), клетки бывают:
Несмотря на разнообразие, широкое практическое применение в медицине нашли только мультипотентные. Они и служат предметом большинства научных исследований.
Типы мультипотентных стволовых клеток
Мультипотентные клетки подразделяются на:
Мультипотентные клетки содержат фактор роста и могут модулировать воспалительную реакцию, способны самостоятельно переходить в ткани. Поэтому они привлекают внимание травматологов, проктологов и общих хирургов всего мира.
Жировая ткань в регенеративной терапии
Жировая ткань — второй по важности источник мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК).
Жировое депо имеет массу преимуществ по сравнению с костным мозгом. Среди них:
Клетки жировой ткани перед введением в организм требуют тщательного и длительного выделения и культивирования в питательных средах.
Их использование без предварительного выращивания не оправдано.
Применение регенеративной медицины для лечения заболеваний
Отрасль реализует себя, когда остается мало шансов не только на выздоровление, но и на сохранение жизни. Основными пациентами являются лица с онкологическими и наследственными патологиями, орфанными болезнями.
Все чаще технологии регенеративной медицины используют для эстетических и косметологических целей. Они позволяют устранить дефекты после массивных операций и травм.
Диабет
Стволовые жировые клетки могут быть внедрены в печень. После трансплантации они начинают делиться и вырабатывать инсулин — основной гормон поджелудочной железы.
Печень компенсирует эндокринную функцию панкреатической железы, позволяя облегчить течение сахарного диабета или вылечить его. На сегодня исследования выполнялись только на грызунах.
Гепатология
ММСК костного мозга оправдали себя при использовании с целью запуска регенерации клеток печени. Технология позволяет полностью восстановить функцию гепатоцитов при тяжелых формах печеночной недостаточности (жировом гепатозе, циррозе).
Сердечно-сосудистые болезни
Пересадка юных клеток из сердца свиньи позволяет устранить дегенеративные изменения миокарда человека после перенесенной ишемии. Технология основана на идентичности свиного и человеческого сердец и ждет исследований на людях. Способ позволит вылечить неподдающуюся медикаментозной терапии аритмию или сердечную недостаточность.
Глазные болезни
Регенерация используется для устранения врожденных и приобретенных дефектов роговицы глаза. Технология применяется в целях терапии ожогов и рубцов (после тяжелых травм и инфекционных заболеваний) роговицы.
Нервные болезни
Опыты на крысах и мышах демонстрируют способность эмбриональных клеток возвращать подвижность парализованным конечностям. В экспериментах ученые вводили их грызунам прямо в спинной мозг. Методика ждет признания и исследования на людях. Она поможет бороться с остаточными явлениями после инсульта.
Ортопедия и травматология
Сегодня медицина уже способна искусственно создавать протезы хрящей и суставов, выращивать их внутри организма. Для этого применяются аутологичные регенеративные концентраты. Опробовано восстановление тканей не только опорно-двигательного аппарата, но и внутреннего уха и глаза.
Стоматология
Медикаменты на основе аллогенных фибробластов и кератиноцитов человека, бычьего коллагена могут быть введены в ткани челюстно-лицевой области. Данный метод восстанавливает целостность мягких тканей десны и челюстей без лоскутных пересадок.
Косметология
Плазма, обогащенная тромбоцитами, и мезенхимальные клетки используются для избавления от признаков старения кожи. После их введения запускаются процессы регенерации, синтеза коллагеновых и эластиновых волокон. Кожа становится гладкой и эластичной, мелкие морщины разглаживаются.
Уретропластика
Использование трансинженерных систем для запуска регенерации уротелия позволяет полностью восстановить проходимость протоков мочевыделительной системы и функцию эпителия. Направление применяется для устранения дефектов эпителия, полученных в ходе поражения конкрементами, инородными телами или опухолью.
Облысение
Ученые научились внедрять клонированные волосяные фолликулы в очаги облысения волосистой части головы. Затем в зоне вмешательства выполняется стимуляция, запускается рост волос. Можно полностью излечить наследственное облысение, которое не реагирует на лечение.
Лидеры в области регенеративной медицины
Рынок находится на этапе зарождения, выделить лидеров пока сложно. Аналитики прогнозируют быстрый рост объема инвестиций всех компаний, расположенных преимущественно на территории США.
Спрос на донорские органы
Сегодня в мире спрос на донорские органы чрезвычайно высок. Например, только в России ежегодно требуется свыше 18 000-25 000 трансплантаций органов. Однако только 5-10% больных получают необходимую помощь.
Направление тормозится ввиду этических и моральных аспектов, которые в некоторых странах установлены на законодательном уровне.
Вопросы морального характера
Дифференцированные стволовые клетки помогают побороть рак и заболевания крови, но их количество и области внедрения ограничены. Наиболее ценным источником считаются эмбрионы, однако юридические и моральные нормы не позволяют добывать из них клетки в неограниченном количестве. Большинство исследований пока ограничиваются организмами животных.
Доступные аптечные препараты
Для лечения большого числа патологий выпускаются такие препараты:
Рынок медикаментов расширяется рекордными темпами. Сейчас свыше 5 000 препаратов проходят регистрацию.
Медицинские учреждения
Научно-исследовательские центры и организации практической медицины расположены по всему миру. Большая их часть сосредоточена на территории Европы и Северной Америки. В России функционирует свыше 45 структур, занимающихся изучением и внедрением в лечебную работу последних достижений медицины в области регенерации.
Перспективы лечения стволовыми клетками
Медицина уже способна избавить человека от цирроза или последствий инфаркта миокарда, восполнить грубые дефекты после травм или операций, компенсировать пороки развития внутренних органов, вновь подарить сенсорные функции.
Отрасль имеет большие перспективы развития и ставит перед собой запредельные задачи (достижение абсолютного здоровья и бессмертия, избавление от страданий), которые скоро могут стать реальностью.
Прогнозы на ближайшее будущее
По оценкам ученых, направление будет стремительно развиваться. Уже через 5-10 лет последуют открытия, которые перевернут традиционное понимание человеческого существования.
Главное — создать условия для доминирования науки, привлечения инвестиций. Это невозможно без строго государственного регулирования и поддержки.