Стволовые клетки сердца: Стволовые клетки мышечной ткани — Лечение СД-1 у детей – Стволовых клеток сердца не существует

Стволовых клеток сердца не существует

Большинство тканей животных и человека содержат стволовые клетки, которые приходят на помощь при различных повреждениях: они производят большое количество «дочерних» клеток, чтобы восстановить дефектный участок ткани. Сердечные стволовые клетки, по мнению различных групп ученых, должны были находиться в сердечной мышце, однако последние выводы отрицают их существование в принципе, пишет EurekAlert.

Ученые разочарованы, однако результаты подводят черту под давними спорами относительно существования этого типа стволовых клеток, считают авторы.

Исследователи доказали, что многие типы клеток сердца способны делиться ввиду различных повреждений, но ни одна из них не способна генерировать новую сердечную мышцу.

Тем не менее, ученые нашли объяснение более ранним исследованиям, где использовался термин «стволовая клетка сердца». Ранее стволовыми клетками сердца называли те, которые способны превращаться в клетки кровеносной системы и иммунные клетки. Однако не было окончательных доказательств, что существуют клетки, которые преобразовываются в элементы сердечной мышцы, подчеркивают ученые.

Другое важное уточнение относится к фибробластам — клеткам соединительной ткани, которые участвуют в процессе формирования рубцовой ткани после инфаркта миокарда.

Рубцовая ткань, которая образуется на сердце на месте повреждения, не содержит мышечной ткани, поэтому не вносит вклад в насосную функцию сердца.

Напомним, что главной целью ученых в поиске стволовых клеток сердца была необходимость найти инструмент для восстановления поврежденной сердечной мышцы после инфаркта миокарда. Нынешний неутешительный, но окончательный вывод, направит будущие исследования в новое русло.

Открытие не означает, что исследования в области регенерации сердечной мышцы с помощью стволовых клеток теперь не имеют смысла. Так, ученые из США доказали, что из крови пациента можно генерировать стволовые клетки, которые теоретически способны восстанавливать сердечную мышцу.

Как могут стволовые клетки помочь пациентам с заболеваниями сердца?

Интервью с Ēriks Jakobsons

Руководитель Центра пересадки клеток

Стволовые клетки называют чудо-­средством и надеждой, когда остальные методы медицины бессильны. То, что совсем недавно казалось далеким будущим, стало совершенно реальным и происходит у нас, в Латвии. В Центре пересадки клеток (ЦПК) Клинической университетской больницы им. П. Страдиня с 2008 года пересадка стволовых клеток была произведена более чем 300 людям.

Клеточная терапия является отраслью регенеративной медицины, которая считается перспективным методом восстановления, казалось бы, утерянных функций организма, а также улучшения качества жизни пациентов, снизив количество принимаемых медикаментов

Стволовые клетки могут «заменить» устаревшие или поврежденные в результате травмы или болезни клетки и ткани организма – их используют при инфаркте миокарда, сердечной недостаточности, коронарной болезни сердца, диабете и пр. современных заболеваниях. Возможно, уже в ближайшем будущем пересадка стволовых клеток станет обычной процедурой, но, чтобы узнать, каким пациентам с заболеваниями сердца на данный момент проводится пересадка стволовых клеток, каково значение стволовых клеток и их воздействие, мы пригласили на беседу руководителя Центра пересадки клеток Эрикса Якобсонса.


О каких стволовых клетках идет речь?

Стволовые клетки, как правило, делятся на две больших группы – эмбриональные стволовые клетки и соматические стволовые клетки, т. е. от взрослого человека. В Латвийском кардиологическом центре проводится интракоронарная пересадка стволовых клеток костного мозга пациентам после перенесенного и успешно реваскуляризированного инфаркта миокарда, а также пациентам с известной хронической сердечной недостаточностью.


Каковы чудодейственные свойства стволовых клеток?

Стволовые клетки могут дифференцироваться – видоизменяться в необходимые клетки. Медики называют стволовые клетки «резервами». Это клетки, которые обеспечивают обновление мертвых клеток на протяжении всей жизни, таким образом поддерживая работу органов. Это клетки, которые могут само­обновляться и перевоплощаться в любые клетки организма. Так, например, при инфаркте миокарда отмирает часть ткани, но благодаря стволовым клеткам возможно восстановить поврежденные ткани.


Каким пациентам требуется лечение стволовыми клетками?

Пациенты, к которым применяется лечение стволовыми клетками, специально отбираются, учитывая данные эхокардиографии сердца, лабораторные результаты анализов и другие показатели. Обычно пациентам после перенесенного инфаркта миокарда лечение стволовыми клетками проводится во время пятидневного лечения в стационаре после успешно проведенной реваскуляризации. А пациентов с хронической сердечной недостаточностью кладут в больницу отдельно после консультации кардиолога.


Как проходит процедура?

Пересадка стволовых клеток – это командная работа, в которой участвуют врачи разных специальностей, биотехнологи и специалисты лаборатории. Сначала (обычно с утра) происходит забор костного мозга у пациента (пункция), затем следует обработка тканей, которая длится обычно 4–6 часов. Получение стволовых клеток из костного мозга – это процедура, которая проводится при местном обезболивании и не очень болезненна.


Сколько стволовых клеток получают/необходимо? Если у пациента произошел повторный инфаркт, можно ли получить стволовые клетки еще раз?

Количество клеток, полученных из одной пункции, разное для каждого пациента. Возможно, это связано с возрастом пациента, а также с другими факторами. После пункции костный мозг восстанавливается, и возможно провести повторный забор стволовых клеток для лечения.


Как проходит введение стволовых клеток в сердечную мышцу?

Когда стволовые клетки подготовлены для пересадки, происходит интракоронарное введение материала. Процедура похожа на ангиопластию коронарных артерий, когда через артерию при помощи специального устройства сосудистые стволовые клетки доставляются к месту, пораженному инфарктом. Обычно в это место клетки вводятся в несколько заходов. Процедура длится около часа, и ее проводит инвазивный кардиолог. После этого пациент находится под наблюдением и уже на следующий день может вернуться домой.


От чего зависит, успешно ли прижилась клетка в сердце?

Пациенты наблюдаются, чтобы понять, как улучшается состояние, врачи проводят оценку фракции выброса сердца – сколько крови сердце может вбросить в систему кровообращения.


Одинаково ли количество стволовых клеток у всех людей и всем ли пациентам годятся их собственные стволовые клетки?

У каждого человека количество стволовых клеток разное. Изучая стволовые клетки у пациентов, мы видим динамику, как изменяется количество клеток – чем старше пациент, тем меньше стволовых клеток. На данный момент в лечении донор используемых клеток является и их получателем, поэтому нет риска, связанного с совместимостью клеток. Сейчас мы также разрабатываем метод, при помощи которого можно было бы пересаживать полученные от одного донора клетки другим получателям.


Известно, что клетки, которые получены из пуповины новорожденного, хранятся в специальных «банках». Не нужно ли своевременно сохранить эти клетки на «черный день»?

Особой потребности нет, потому что индустрия стволовых клеток сейчас развивается настолько стремительно, что уже в ближайшие несколько лет будут доступны клетки коммерческого производства, при этом их можно будет использовать при разных показаниях. Это еще одно дело, чем мы занимаемся – выращивание клеток вне организма человека. В качестве исходного клеточного материала используются остатки после ортопедических операций, хрящи, кожа.


Как долго длится процесс выращивания клеток?

При использовании биореактора процесс выращивания клеток длится примерно три недели. Выращенные клетки можно замораживать и использовать по требованию, а также использовать точные дозы, проводить повторные операции, что на данный момент трудно реализовать из-за ограниченной доступности костного мозга.


Насколько эффективно лечение пересадкой клеток?

Важнее всего, что благодаря стволовым клеткам снижается смертность. Нужно понимать, что это сравнительно новая и инновационная отрасль и исследования эффективности стволовых клеток в пораженных тканях еще продолжаются. На данный момент исследования в целом подтверждают, что пересадка стволовых клеток (особенно мононуклеарных стволовых клеток) является безопасным методом, однако эффективность клинических результатов должна быть доказана с большими группами пациентов.

Лечебное действие стволовых клеток на сердце объяснили воспалением

Vagnozzi et al. / Nature, 2019

Ученые нашли объяснение тому, как стволовые клетки помогают сердцу восстановиться после травмы. Никакого деления клеток в этом процессе (как считалось ранее) исследователи не обнаружили, вместо этого стволовые клетки запустили в сердце воспаление, которое помешало мышце зарасти соединительной тканью. При этом одинаковый эффект оказали не только живые, но и мертвые стволовые клетки, и даже углевод, выделенный из дрожжей. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Лечение сердца стволовыми клетками — спорная технология, с которой связано немало скандалов. Сначала для лечения предлагали использовать собственные стволовые клетки органа. Однако в 2018 году у их первооткрывателя Пьетро Анверсы в работах нашли следы фальсификаций, после чего несколько десятков его статей были отозваны из журналов. В конце 2018 года независимая группа ученых заново разобрала сердце мыши на отдельные клеточные типы и никаких следов стволовых клеток — то есть таких, которые реально способны делиться и заращивать повреждения, — не обнаружила.

Тем не менее, в доклинических испытаниях на животных введение нескольких типов стволовых клеток, не только сердечных, улучшило работу сердца после травмы. Поэтому некоторые исследовательские группы уже начали пробовать этот метод на людях. Несмотря на это, среди ученых до сих пор нет консенсуса по поводу механизма, посредством которого стволовые клетки оказывают свое целебное воздействие.

Группа ученых из Медицинского центра при детской больнице в Цинциннати под руководством Джеффри Молкентина (Jeffery Molkentin) проследили за реакцией сердца на введение разных типов клеток.

Сначала они работали со здоровыми сердцами мышей. Животных разделили на несколько групп. Первой вводили в сердце стволовые клетки из красного костного мозга: это смесь кроветворных клеток и мезенхимальных стволовых клеток, которые могут давать разные типы соединительной ткани. Второй группе достался зимозан — полисахарид из клеточных стенок дрожжей; он известен своей способностью вызывать воспаление. Третья группа получила обычный физраствор, а четвертая служила контролем — им делали пустой укол.

По сравнению с пустым уколом и физраствором зимозан и клетки красного костного мозга вызвали в сердце воспалительный ответ: число активированных макрофагов выросло примерно в 4 раза: с 10 до 40 процентов. А вот количество делящихся клеток в сердце при этом практически не изменилось — только на сотые доли процента.

Тогда исследователи поставили второй эксперимент. Они вводили в сердце мышей физраствор, зимозан, клетки костного мозга или сердечные клетки-предшественники — считается, что они могут в некоторых ситуациях размножаться и давать клетки стенки сосудов. Но ни в одном из случаев они не обнаружили появления новых клеток в сердце — стволовые клетки не спешили превращаться в клетки сердечной мышцы. А по истечении двух недель стволовые клетки и вовсе исчезали из кровотока.

Тем не менее, когда исследователи перешли на эксперименты с мышам после инфаркта, то заметили терапевтический эффект. Оба типа клеток улучшили состояние сердца по сравнению с контролем. У контрольной группы количество крови, которую выбрасывает сердце, сократилось на 40 процентов, а в экспериментальных группах — всего на 20-30 процентов. Тем не менее, ученые заключили, что дело здесь не в регенерации за счет клеток — и зимозан, и убитые замораживанием и разморозкой клетки оказывали похожий эффект.

Авторы работы полагают, что работа сердца становится лучше за счет торможения фиброза — зарастания места повреждения соединительной тканью. По крайней мере, процент фиброза под действием зимозана, живых или мертвых стволовых клеток снизился с 40 процентов до 30.

Таким образом, гипотеза, согласно которой сердечная ткань может восстанавливаться за счет работы стволовых клеток, в очередной раз не подтвердилась. Зато теперь мы лучше представляем себе, как именно терапия стволовыми клетками влияет на сердце после инфаркта. На основании своих результатов авторы работы предлагают своим коллегам скорректировать протоколы и ожидания от клинических испытаний по регенеративной терапии сердца.

А пока одни ученые учатся лечить сердце в организме пациента, другие пытаются вырастить его в пробирке. Например, недавно исследователи заставили сокращаться модель «сердца-на-чипе». Кроме того, этим летом удалось напечатать сердце из человеческих стволовых клеток на биопринтере.

Полина Лосева

Стволовые клетки в регенеративной терапии сердечных заболеваний: роль межклеточных взаимодействий

Заместительная регенеративная клеточная терапия представляет наиболее перспективный инновационный метод в борьбе с последствиями инфаркта миокарда и другими функциональными и структурными изменениями сердца. В качестве материала для клеточной трансплантации и регенерации миокарда наиболее широко используются эмбриональные стволовые и мезенхимальные стволовые клетки, а также некоторые другие типы стволовых и прогениторных клеток. Основная задача, возлагаемая на стволовые клетки — дифференцироваться в функционально активные кардиомиоциты и интегрироваться в ткань миокарда реципиента. Управление дифференцировкой стволовых клеток в миокарде идет за счет влияния микроокружения и прямой межклеточной сигнализации, которая регулирует направление дифференцировки. В настоящее время экспериментально подтверждены три основных типа взаимодействия стволовых/прогениторных клеток с кардиомиоцитами, в той или иной степени связанные с трансдифференцировкой. Это слияние клеток, образование межклеточных контактов классического типа (щелевые «дар» контакты) и недавно описанный тип взаимодействия — туннельные нанотрубочки. В обзоре рассмотрены данные по положительному влиянию стволовых и прогениторных клеток при заболеваниях сердца и роли межклеточных взаимодействий в реализации этих эффектов.

Введение

Клеточная терапия для регенерации и восстановления функций миокарда перешла в последнее время из области экспериментальных работ к клиническим испытаниям. На это направление лечения тяжелых сердечных заболеваний большие надежды возлагают как врачи, так и пациенты. Заболевания сердца и сосудов, прежде всего, инфаркт миокарда (ИМ), по-прежнему занимают ведущее место среди причин смерти больных в развитых странах. Проблема ишемических повреждений в случае сердца значительно усугубляется ограниченной способностью кардиомиоцитов к регенерации, из-за чего, как при остром инфаркте, так и при хронической ишемии происходит замещение функциональных клеток соединительной тканью, что приводит к изменению электрической проводимости и дисфункции миокарда.

Традиционные методы фармакологического лечения направлены на защиту и поддержание деятельности рабочего миокарда. Единственным способом радикального лечения остается применение тканевых трансплантатов сердца или сердечно-легочных комплексов. В мире ежегодно проводится 2,7^4,5 тыс. трансплантаций сердца и комплекса «сердце^пегкие» [1, 2]. Однако, такие операции очень травматичны, высок процент летальности, обязательна серьезная медикаментозная поддержка для предотвращения отторжения из-за иммунологической несовместимости, подходящий трансплантационный материал дефицитен, и очередь на такую операцию расписана вперёд на несколько лет, сокращая, тем самым, для многих шанс выжить. Поэтому заместительная регенеративная клеточная терапия представляется наиболее перспективным инновационным методом в борьбе с последствиями ИМ и другими функциональными и структурными изменениями миокарда.

Типы применяемых для терапии клеток

В качестве материала для клеточной трансплантации и регенерации миокарда наиболее широко используются эмбриональные стволовые и мезенхимальные стволовые клетки (ММСК). Эмбриональные стволовые клетки ИСК) представляют собой плюрипотентные клетки, полученные из клеток бластоцисты и самоподдержи-вающиеся в культуре, то есть обладающие высоким пролиферативным и клоногенным потенциалом. При этом они способны дифференцироваться практически в любые клетки организма. Первые линии мышиных ЭСК были получены в 1981 году М. Evans и М. Kaufman [3], человеческие ЭСК научились культивировать в 1998 г. J. Thomson и соавт. [4]. С тех пор ЭСК рассматриваются как средство регенеративной и заместительной клеточной терапии, в том числе и миокарда. Дифференцировать мышиные ЭСК в кардиомиоциты удалось в 1985 г. [5], однако только в 90-х годах XX в. начались широкие исследования способов направленной диффе-ренцировки ЭСК в клетки миокарда с целью их дальнейшего использования для оптимизации его регенерации. В 2001 г. удалось дифференцировать человеческие ЭСК в кардиомиоциты, обладающие специфическими структурными и функциональными характеристиками [6]. Такие кардиомиоциты, пересаженные в сердце свиньи, проявляли пейсмейкерную активность и формировали устойчивые связи с клетками миокарда реципиента [7]. Тем не менее, по причинам, описанным ниже, опыт применения ЭСК для экспериментального лечения повреждений миокарда остается пока весьма незначительным. В частности, показано, что введение крысам с инфарктом миокарда ЭСК в зону инфаркта или коронарную артерию приводило к уменьшению очага поражения и улучшению сократительной функции желудочка [8, 9]. Через несколько недель после введения мышиные ЭСК превращались в кардиомиоциты, сходные с клетками реципиента, при этом не наблюдалось иммунного отторжения.

Таким образом, ЭСК представляются весьма перспективным объектом для терапии сердечных заболеваний, однако на пути их активного применения стоит ряд серьезных проблем. Помимо этических аспектов при их получении из эмбриона, проблему представляет высокая туморогенность ЭСК при введении в организм; направление их дифференцировки часто малопредсказуемо, что приводит к высокой вероятности образования тератом[10]. Кроме того, стандартные методы работы с ЭСК предполагают стадию культивирования на подложке из мышиных эмбриональных фибробластов, что ведет к возможности контаминации клеток.

Очевидно, наиболее перспективны ЭСК в качестве исходного материала для дифференцировки in vitro в кардиомиоциты, которые затем могут использоваться для трансплантаций. Об этом говорят и недавние исследования по введению овцам с постинфарктной сердечной недостаточностью мышиных ЭСК, коммитиро-ванных по пути дифференцировки в кардиомиоциты[11]. Такие частично дифференцированные ЭСК, введенные в зону очага инфаркта или по его периферии, вызывали регенерацию миокарда и восстановление функции, причем как при наличии, так и в отсутствии иммуносупрессорной терапии. Аналогичные данные были получены при введении человеческих ЭСК, дифференцированных в кардиомиоциты, крысам с аритмией, где эти клетки формировали участок человеческого миокарда [12].

Мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки

Мультипотентые мезенхимальные стромальные клетки (ММСК) представляют другой активно изучаемый тип стволовых клеток, перспективных для восстановления поврежденной ткани миокарда. Их исследования ведутся с 1 966 года, когда ММСК были впервые обнаружены в костном мозге [13]. Несмотря на то, что ММСК составляют минорную фракцию (около 0,01%) стволовых клеток костного мозга [14] по сравнению с гемопоэти-ческими стволовыми клетками (ГСК), они играют огромную роль в репаративных процессах in vivo и оказались чрезвычайно востребованы для клеточных технологий. До изучения фенотипических особенностей ММСК выделялись и описывались как культура адгезивных стро-мальных клеток костного мозга, характеризующихся высокой пролиферацией и мультипотентностью. Затем ММСК были охарактеризованы по многим маркерным белкам (CD29, CD44, CD105, Sca-1 и др.), и появилась возможность выделять их с помощью FACS [ 15—17] и MACS [17] технологий.

В 1999 г. была показана возможность дифференцировки ММСК в кардиомиоциты in vitro [18], а в 2001 г. дифференцировка костномозговых клеток в кардиомиоциты была показана in vivo при трансплантации в сердце после инфаркта [19]. Однако, при этом не была исключена возможность возникновения кардиомиоцитов из ГСК, которые также присутствовали в клеточной суспензии. В дальнейшем возможность дифференцировки в кардиомиоциты подвергалась сомнениям [20]; хотя единого мнения по этому поводу так и не сформировано.

С другой стороны, мультипотентность ММСК костного мозга и их способность дифференцироваться в кардиомиоциты, в том числе при сокультивировании, были неоднократно доказаны [21 —23]. Проблема заключается в том, что ММСК составляют очень незначительную часть клеток костного мозга, поэтому необходимо использовать методики фенотипического выделения и наращивания клеток in vitro, чтобы получить достаточные количества ММСК для их реального клинического применения. Поэтому в большинстве клинических исследований для введения пациентам с инфарктом миокарда используются тотальные препараты костного мозга, содержащие и ММСК, и ГСК, и эндотелиальные прогени-торные клетки [24^26]. В результате сложно соотнести положительный эффект (часто весьма значительный) таких трансплантаций с воздействием какого-то определенного типа стволовых клеток. В то же время, имеются свидетельства по улучшению сердечных функций при введении чистых культур ММСК [27, 28].

Несмотря на перечисленные сложности, ММСК считаются чрезвычайно перспективным объектом клеточной терапии, и именно на их всестороннее изучение направлена значительная часть клинических и экспериментальных исследований, что обусловлено рядом обстоятельств. Во-первых, из всех соматических стволовых клеток именно ММСК демонстрируют в экспериментах потенции к дифференцировке в клетки всех трех зародышевых листков: энтодермы, мезодермы и эктодермы [29—31 ], хотя ортодоксальными направлениями дифференцировки ММСК считаются клетки мезенхимного происхождения (остеоциты, адипоциты, хондро-циты, лейомиоциты, теноциты). Во-вторых, фенотип поверхностных антигенов ММСК характеризуется очень низкой иммуногенностью [32, 33]. Кроме того, имеются свидетельства иммуномодуляторных эффектов ММСК на организм реципиента [33]. Благодаря этим свойствам пересадка даже аллогенных клеток приводит к высокой степени включения их в ткани реципиента и длительному сохранению в них [34—36]. В то же время для ММСК не было описано случаев реакции «трансплантат против хозяина», что имеет место при пересадках костного мозга из-за образования иммуноком-петентных клеток, не толерантных к тканям реципиента.

Наконец, ММСК могут быть получены не только из костного мозга, но и из жировой ткани или пуповинной крови [37, 38], а также плаценты [39], сосудов [40], тимуса [41], амниотической жидкости [42]. В большинстве случаев эти способы получения ММСК не столь эффективны, как выделение из костного мозга, однако такие клетки обладают всеми фенотипическими характеристиками ММСК и мультипотентностью. Исходя из сходства фенотипа и дифференцировочного потенциала ММСК из различных источников (список которых с каждым годом все пополняется) можно предполагать, что все эти клетки потенциально могут использоваться в регенеративной терапии кардиологических заболеваний, что, однако, требует отдельных углубленных исследований.

Стволовые клетки сердца (СКС)

В ряде недавних исследований было описано существование в миокарде «взрослых» млекопитающих популяции собственных стволовых клеток. До этого существование стволовых клеток сердца подвергалось сомнениям, поскольку сердечная мышечная ткань считалась полностью постмитотической тканью. Однако в ряде работ было описано присутствие в сердце пула делящихся клеток [43, 44], которые были охарактеризованы по фенотипическим признакам и мультипотентнос-ти как стволовые. Эти клетки могут дифференцироваться в гладкомышечные, эндотелиальные клетки и собственно кардиомиоциты, а трансплантация их мышам с инфарктом миокарда приводит к восстановлению органа. Недавно были выделены стволовые клетки миокарда взрослых мышей, а затем и человека [45]. Клетки экспрессировали маркеры стволовых клеток c-kit, Sea и MDR, обладали высокой пролиферативной активностью и были способны дифференцироваться в кардиомиоциты in vivo и in vitro [46]. Появились первые данные о возможности выделения этих клеток и наращивания их in vitro, при этом не теряется их способность дифференцироваться, что делает возможным использование их в будущем для терапии инфаркта миокарда.

Взаимодействие стволовых/прогениторных клеток с кардиомиоцитами

Итак, на сегодняшний день основные кандидаты для регенеративной клеточной терапии миокарда определены — это ЗСК, ММСК и СКС. При этом применение ЗСК и СКС видится более перспективным [47], однако, их внедрение в клиническую практику пока вызывает множество сложностей. В то же время, ММСК уже прошли многие стадии доклинических испытаний и по ним накоплен достаточно серьезный экспериментальный и клинический опыт. Поэтому в силу дисбаланса в массиве экспериментальных данных механизмы взаимодействия клеточного трансплантата с миокардом рассматриваются далее в основном на примере ММСК.

Что же лежит в основе нормализации сердечной функции при введении стволовых клеток? Очевидно, что в первую очередь — это образование новых функциональных элементов миокарда, кардиомиоцитов, замещающих клетки, погибшие в результате инфаркта. Таким образом, основная задача, возлагаемая на стволовые клетки — дифференцироваться в функционально активные кардиомиоциты и интегрироваться в миокард реципиента. При этом процессы дифференцировки должны жестко регулироваться в соответствии с тканевой нишей, то есть стволовые клетки должны превращаться именно в кардиомиоциты и именно в миокарде. В противном случае очень вероятно возникновение тератом или очагов несоответствующей органу ткани.

Из этого следует, что управление дифференциров-кой стволовой клетки идет в миокарде за счет влияния микроокружения и прямой межклеточной сигнализации, когда соседние клетки регулируют направление дифференцировки за счет межклеточной сигнализации.

В этой связи, в последнее время все большее количество исследований посвящено взаимодействию стволовых и прогениторных клеток с кардиомиоцитами через прямые контакты клеточных мембран, обмен цитоплазматическими сигналами и слияние клеток. Очевидно, что для полноценной регенерации миокарда стволовые клетки должны не просто дифференцироваться в кардиомиоциты, а еще и полностью интегрироваться в миокард с образованием соответствующих электрических и цитоплазматических связей. Иначе даже дифференцировавшиеся в кардиомиоциты клетки, не включившись в единый функциональный синцитий сердечной мышцы, не только не улучшат функционирование поврежденного миокарда, но могут стать источниками аритмий [48^ 50], угрожающих жизни реципиента.

Исходя из этого, логично предположить, что процессы дифференцировки стволовых/прогениторных клеток идут параллельно с образованием устойчивых связей с кардиомиоцитами хозяина, более того, именно образование таких контактов может служить сигналом для начала специализации недифференцированной клетки. Косвенно это подтверждается рядом наблюдений за ми-областами, которые, будучи пересаженными в сердце, могут оставаться несопряженными с кардиомиоцитами реципиента, несмотря на наличие всех фенотипических признаков сократительной клетки [51].

В настоящее время экспериментальное подтверждение получили три основных типа взаимодействия стволовых/прогениторных клеток с кардиомиоцитами, в той или иной степени связанные с трансдифференциров-кой. Это слияние клеток, образование межклеточных контактов классического типа (щелевые «дар» контакты) и недавно открытый тип взаимодействия — туннельные нанотрубочки.

Щелевые контакты

Щелевые контакты являются основным типом взаимодействия кардиомиоцитов в миокарде. Именно за счет щелевых контактов миоциты образуют единую электрически сопряженную сеть в отделах сердца, любое нарушение в которой приводит к возникновению аритмий вплоть до фибрилляции. Нарушение проводимости в миокарде является главным негативным последствием ишемических поражений и формирования рубцовой ткани после инфаркта, и, следовательно, восстановление сопряженности кардиомиоцитов является доминирующей целью регенеративной клеточной терапии. Однако, на сегодняшний момент множество исследований показывает, что клеточные трансплантации могут сами провоцировать аритмии. Одним из предполагаемых механизмов этого явления считают как раз недостаточное образование щелевых контактов между трансплантированными клетками и кардиомиоцитами реципиента.

Основным структурным белком щелевых контактов в миокарде является коннексин 43 (Сх43), экспрессия и сборка которого сложно регулируются в зависимости от локализации в миокарде и функционального состояния клетки. Показано, что повышение Сх43 за счет овер-экспрессии снижает аритмию в системе, моделирующей трансплантацию скелетных миобластов в миокард [52]. Коннексин 43 напрямую усиливает межклеточную коммуникацию между миобластами и взрослыми крысиными кардиомиоцитами, при этом увеличивается количество щелевых контактов и опосредованная ими проводимость между клетками [53]. Интересно, что скелетные миобласты сами по себе обладают определенным уровнем экспрессии Сх43 [54], специфичного для кардиомиоцитов, однако после прекращения деления и дифференцировки миобластов в мышечные трубочки, этот белок исчезает. Таким образом, дифференцировавшись, скелетный миобласт может терять функциональную связь с клетками миокарда [55—57]. Впрочем, возможно, такая потеря экспрессии Сх43 и уменьшение числа щелевых контактов не является обязательным событием, а происходит из-за стресса при трансплантации, повреждения клеток вокруг трансплантата и т.д. В частности, показано, что сокультивирование с кардиомиоцитами усиливает экспрессию Сх43 в миобластах [58]. При этом между кардиомиоцитами и миобластами образуются функциональные контакты, появляется электропроводимость и возможен обмен различными медиаторами, включая Са2+ [57, 58].

Многих проблем, связанных с интеграцией в сердце таких достаточно специализированных клеток, как миобласты, можно избежать, используя стволовые клетки, поскольку они более пластичны и могут дифференцироваться в кардиомиоциты. Возможность формирования межклеточных контактов на основе Сх43 между кардиомиоцитами и различными типами стволовых клеток также была показана как in vivo, так и в моделях сокультивирования.

Например, ММСК способны связываться как друг с другом через Сх43 и Сх40, так и с другими сокультиви-руемыми клетками [59], в частности культивируемыми взрослыми кардиомиоцитами. В работе V. Valiunas и соавт. (2004) показано, что человеческие ММСК формируют гетеромерные каналы из двух типов коннек-синов с кардиомиоцитами собаки, причем эти контакты обеспечивают достаточное электрофизиологическое сопряжение клеток [59].

Более того, человеческие ММСК оказались способны восстанавливать проводимость между двумя отдельными полями культивируемых кардиомиоцитов [60]. В монослое сокращающихся неонатальных кардиомиоцитов крысы, физически разделенных на два поля и сокращающихся асинхронно, при добавлении ММСК восстанавливалась электрическая проводимость и сокращение синхронизировалось. Обнаружено, что ММСК, помещенные к двум группам кардиомиоцитов, образовывали функциональные щелевые контакты как между собой, так и с кардиомиоцитами. При этом через ММСК происходила передача импульса за счет ионных токов через коннексиновые каналы, хотя и более медленная, чем в кардиомиоцитах. Недавняя работа М. Gallo и соавт. (2007) подтверждает наличие щелевых контактов на основе Сх43 в совместной культуре ММСК и кардиомиоцитов, причем этот кардиоспецифичный коннексин выявлялся как в контактах ММСК/ММСК, так и в контактах ММСК/кардиомиоцит [61 ]. При этом между клетками наблюдались потенциал-зависимые кальциевые сигналы, однако, сами ММСК не обладали способностью к сокращению, и в них не выявлялись миофибриллы. Таким образом, формирование щелевых контактов и электропроводимость между кардиомиоцитами и стволовы-ми/прогениторными клетками выявляются многими исследователями, однако дифференцировка стволовых клеток в кардиомиоциты зависит, вероятно, и от других механизмов взаимодействия, таких, как слияние клеток или образование нанотрубочек.

Слияние клеток

Слияние клеток, то есть объединение плазматических мембран и генетического материала, является распространенным событием в ходе развития и функционирования многоклеточного организма, начиная от процесса оплодотворения яйцеклетки до образования многоядерного синцития мышечной ткани. В последнее время появился ряд работ, демонстрирующих возможность слияния стволовых клеток с нейральными предшественниками [62, 63], гепатоцитами и кардиомиоцитами [64]. Трансплантированные прогениторные клетки сердца тоже не только дифференцируются в кардиомиоциты, но и сливаются с ними в сердце, возвращая им способность к пролиферации [44]. Более того, показана возможность спонтанного слияния неонатальных кардиомиоцитов с различными типами стволовых и прогениторных клеток: эндотелиальными клетками пуповинной вены (HUVEC), мезенхимальными и гемопоэтическими клетками костного мозга, эндотелиальными прогениторны-ми клетками [65]. При сокультивировании кардиомиоцитов in vitro с HUVEC или фибробластами сердца происходило их слияние с образованием гетерокарио-нов, в которых наблюдалась экспрессия как маркеров кардиомиоцитов, так и клетки-партнера. Однако затем фенотип кардиомиоцита начинал преобладать. При слиянии непролиферирующие кардиомиоциты возвращались в клеточный цикл и начинали экспрессировать Ki-67 — маркер пролиферирующих клеток [65].

Аналогичные данные получены при исследовании экспрессии мРНК кардиоспецифичного р-миозина в совместной культуре неонатальных крысиных кардиомиоцитов и человеческих мононуклеаров костного мозга [64]. Клетки исследовались методом ПЦР отдельно взятой клетки (single-cell PCR), что позволило отличать трансдифференцировку клеток от слияния. Было показано, что около 6% человеческих клеток экспресна, то есть появление кардиофенотипа индуцировалось слиянием. Однако около 9% клеток экспрессировало истинная трансдифференцировка. Похожие данные получены на гемопоэтических клетках [66, 67]. В этих исследованиях появление кардиомиоцитов из стволовых клеток путем слияния было либо очень редким явлением [66], либо происходило наравне с истинной трансдифференцировкой, не связанной со слиянием [67].

Таким образом, несмотря на появление значительного числа исследований по слиянию стволовых клеток с кардиомиоцитами, этот механизм нельзя считать основным путем регенерации миокарда при клеточных трансплантациях, поскольку многие современные работы указывают на наличие дифференцировочной пластичности стволовых клеток, не основанной на слиянии.

Стволовые клетки в лечении заболеваний сердца

Возможности генной терапии в кардиологии

Стволовые клетки — инновационный подход в лечении множества заболеваний в современной медицине, стоящий на стыке генной инженерии и геномных технологий. Как известно, стволовые клетки — предшественники всех клеток в организме. Эти клетки в процессе дифференцировки превращаются в клетки той или иной ткани — мышечные, кроветворные, соединительнотканные, нервные и т. д. В настоящее время применение стволовых клеток обрело большую популярность в тех областях медицины, где никакие медикаментозные или хирургические методы не позволяют обратить функциональные и структурные изменения в тканях вспять.

Среди заболеваний сердца, при которых современные кардиологи используют методы клеточной терапии, могут быть ишемическая болезнь сердца, перенесенный инфаркт миокарда, сердечная недостаточность. В случае, когда имеют место изменения в кровеносных сосудах сердца либо у пациента имел место некроз ткани миокарда в результате развившегося инфаркта, врачи пытаются использовать стволовые клетки, которые позволяют заменить пораженные клетки внутренней выстилки коронарных артерий и клетки сердечной мышцы на новые и здоровые.

С целью терапии стволовыми клетками заболеваний сердца ученые сегодня применяют:

  • Мононуклеарные клетки костного мозга: группа клеток, которые поступают из костного мозга
  • Сердечные стволовые клетки: обнаружены в сердечной ткани
  • Мезенхимальные стромальные клетки: их обычно берут из костного мозга, жировой ткани или пуповинной крови
  • Проангиогенные клетки-предшественники: находятся в крови и костном мозге.

В настоящее время проведены многочисленные клинические исследования применения терапии стволовыми в лечении заболеваний сердца. Клеточная терапия сегодня как вид лечения относится к клиническим испытаниям, к которым может присоединиться пациент, желающий получить альтернативный вид лечения.

В чем суть терапии стволовыми клетками при заболеваниях сердца? Как было сказано выше, стволовые клетки — предшественники всех клеток в организме. Если стволовую клетку поместить в определенную ткань, она превратится в клетки, из которых состоит эта ткань.

Терапия стволовыми клетками предполагает, что если стволовые клетки ввести в область пораженных тканей сердца, например, в область рубца на миокарде после инфаркта либо в коронарные сосуды, пораженные атеросклерозом, то они начнут процесс дифференцировки, обновляя при этом пораженные ткани.

Сегодня терапия стволовыми клетками у пациентов с заболеваниями сердца может проводиться несколькими путями:

  • Введение стволовых клеток непосредственно в ткань миокарда. Обычно такое делается во время операции на открытом сердце, к примеру, аортокоронарном шунтировании или при имплантации кардиостимулятора
  • Интракоронарное ввдение стволовых клеток. При этом стволовые клетки вводятся в просвет пораженных коронарных артерий через тонкий длинный катетер, который используется для проведения коронарографии или ангиопластики.
  • Внутривенное введение стволовых клеток.

Стволовые клетки для проведения клеточной терапии у пациентов с заболеваниями сердца обычно берутся из костного мозга самого пациента. Процедура введения стволовых клеток безопасна и безболезненна. Одним из важных преимуществ такого метода лечения является то, что терапию стволовыми клетками можно проводить несколько раз, по мере необходимости. Для этого стволовые клетки заранее замораживаются при первом их извлечении из костного мозга, что избавляет от необходимости постоянно проводить пункции костного мозга. Еще одно из преимуществ клеточной терапии заболеваний сердца — это то, что для нее используются только собственные стволовые клетки, полученные от пациента, что сводит на нет возможность реакции отторжения трансплантата, которая может быть при пересадке сердца.

Также стоит отметить, что эффективность применения стволовых клеток в лечении заболеваний сердца еще проходит клинические исследования, но имеющиеся уже данные говорят о том, что этот метод имеет большое будущее и, возможно, в скором времени сможет заменить многие инвазивные вмешательства на сердце. Сейчас в клиниках Москвы и Швейцарии успешно практикуют стволовые клетки в борьбе с дилатационной кардиомиопатией (ДКМП) и другими заболеваниями.

Терапия стволовыми клетками сегодня эффективно проводится во многих ведущих клиниках Германии, Израиля, Италии, Швейцарии, Турции, Южной Кореи, Индии и Японии. Зарубежные кардиохирурги имеют богатый опыт в лечении стволовыми клетками, активно внедряют инновационные клеточные технологии, что позволяет уверенно сказать о высокой эффективности этой новой методики. На нашем сайте можно заполнить форму или связаться онлайн с консультантом для получения подробной информации по вопросу проведения терапии стволовыми клетками в современных зарубежных клиниках.

Стволовые клетки полезны для лечения сердца

Терапия стволовыми клетками может потенциально снизить число смертей от сердечно-сосудистых заболеваний, в дополнение к стандартным препаратам и хирургии, заявили ученые Оксфорда. Стволовые клетки, извлеченные из костного мозга пациента и…

Терапия стволовыми клетками может потенциально снизить число смертей от сердечно-сосудистых заболеваний, в дополнение к стандартным препаратам и хирургии, заявили ученые Оксфорда.

Стволовые клетки, извлеченные из костного мозга пациента и помещенные в поврежденную ткань сердца, могут стать эффективным способом лечения сердечных заболеваний. Доктор Оксфорда Энка Мартин-Рендон заявил: «Это доказательство того, что лечение стволовыми клетками имеет преимущества для пациентов с болезнями сердца. Тем не менее, после небольших исследований нужно приступать к крупным клиническим испытаниям, для проверки долгосрочных эффектов».

Группа исследователей обнаружила, что лечение стволовыми клетками, с использованием клеток костного мозга, привело к меньшему количеству смертей от сердечно-сосудистых заболеваний и сердечной недостаточности, по сравнению с плацебо или стандартной терапией. Новый метод также снижает вероятность повторного попадания пациентов, в больницу, а также вызывает улучшение функции сердца.

Тем не менее, исследователи говорят, что нужно ждать результатов больших клинических испытаний, чтобы быть более уверенным в эффективности клеточной терапии.

Группа использовала данные из 23 рандомизированных контролируемых исследований с участием 1255 человек, где все участники получили стандартные методы лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Мартин-Рендон говорит: «Пока не ясно, какие типы стволовых клеток лучше всего работают и почему терапия стволовыми клетками работает для некоторых людей, но не эффективна для других. Мы должны выяснить, что по-другому в людях, которым она не помогает».

Статьи о «стволовых клетках сердца» рекомендовано отозвать

Гарвардская медицинская школа (Harvard Medical School, HMS) и Бригамская и женская больница (Brigham and Women’s Hospital, BWH) порекомендовали отозвать из медицинских журналов 31 статью Пьеро Анверсы (Piero Anversa), своего бывшего сотрудника и директора лаборатории.

В работах доктора Пьеро Анверсы, изучавшего сердечные стволовые клетки, имелись, как сообщили HMS и BWH веб-сайтам STAT и Retracrion Watch, «сфальсифицированные и/или сфабрикованные данные».

В прошлом году больница согласилась выплатить американскому правительству 10 млн долларов в связи с обвинениями в том, что работа доктора Анверсы и двух его коллег использовалась для мошеннического получения федерального финансирования. Анверса и доктор Аннароза Лери (Annarosa Leri) — авторы одной отозванной и одной оспоренной статьи — в какой-то момент безуспешно судились с Гарвардом и Бригамской и женской больницей за то, что те указали журналам на недочёты в их работах в 2014 году. Лаборатория Анверсы закрылась в 2015 году. Анверса, Лери и их коллега доктор Ян Кайстура (Jan Kajstura) в больнице больше не работают.

Бригамская больница выплатила штраф американскому министерству юстиции, однако Американская служба чистоты исследований, следящая за нарушениями в ходе исследований, проводящихся с использованием финансирования, предоставленного Национальными институтами здравоохранения, не вынесла вердикта по данному случаю. Университет и больница не указали, в каких журналах опубликована 31 статья, однако журнал Circulation отозвал статью Анверсы и его коллег в 2014 году, а The Lancet официально выразил беспокойство по поводу другого материала.

Неясно, имеет ли призыв к отзыву статей, исходящий от Гарварда и Бригамской больницы, отношение к сделке последней с правительством.

«После проверки исследований, проведённых в закрытой ныне лаборатории Пьеро Анверсы, мы определили, что в 31 публикации были сфальсифицированные и/или сфабрикованные данные, и известили об этом все заинтересованные журналы», — сообщили университет и больница указанным сайтам.

Ранее Анверса исправил восемь своих статей, во многих случаях — в связи с необозначенными конфликтами интересов. В прошлом году CardioBrief и MedPage Today писали, что доктор Анверса «практически изобрёл применение стволовых клеток в кардиологии, когда впервые сообщил о возможности регенерации сердечных клеток».

Работа Анверсы основывалась на идее, что в сердце есть стволовые клетки, которые могут регенерировать сердечную мышцу. Он со своими коллегами заявил, что они выявили такие клетки, известные как c-Kit клетки. Когда разные исследовательские команды попытались воспроизвести полученные результаты, у них ничего не вышло. Введение этих клеток в повреждённые сердца прошло в лучшем случае с переменным успехом.

Однако, по словам Джеффри Молкентина (Jeffery Molkentin), исследователя из Детской больницы Цинциннати, несколько учёных продолжает публиковать открытия, согласующиеся с работами Анверсы.

«Может быть, отзыв этой 31 статьи подтолкнёт маятник дальше вправо, и эти люди отступятся, — полагает Молкентин. — Просто удручает смотреть, как эти статьи всё появляются. В сердце нет стволовых клеток. Хватит пытаться опубликовать эти результаты».

Роман ДеевРоман Деев. / Рисунок — Ася Ад.

Комментарий Романа Деева, заведующего кафедрой гистологии, патологической анатомии и медицинской генетики Рязанского государственного медицинского университета им И. П. Павлова, директора по науке ПАО «Институт стволовых клеток человека»:

You guys don’t know how to do it.

Скверная история. К сожалению, опыт последних лет нам показывает, что исследователи в погоне за хайпом искренне или злонамеренно начинают верить в свои предположения и канонизировать их, а научное сообщество, находящееся под гипнозом авторитета декларирующего сенсацию учёного, не перепроверяет яркие открытия сразу. С сожалением следует признать, что подобного рода эксцессы в области клеточной биологии и регенеративной медицины происходят с завидной регулярностью и каждый раз вызывают скандал большого масштаба.

Отзыв более 30 статей (и вероятно, это ещё не финал) высокоцитируемого профессора Анверcы является ещё одной иллюстрацией этой печальной закономерности. Мы помним тот скепсис, с которым классическая гистологическая общественность отнеслась к декларированию существования и возможностей т. н. «стволовых клеток сердца» и как в последние годы в связи с неоднозначными результатами экспериментов и вполне однозначными результатами сердечных катастроф в клинике эта концепция начала дрейф в сторону фиаско. Своими исследования профессор Анверса сделал самое непростительное — подарил надежду. Надежду на то, что сотни миллионов умирающих от ишемической болезни сердца могут быть вылечены путём активации или трансплантации особой, ранее неизвестной популяции клеток рабочего миокарда. Однако через несколько лет работы по проверке этой концепции стали появляться данные о том, что наиболее вероятно речь идёт о клетках сосудов — эндотелиальных предшественниках, а вовсе не об истинных стволовых клетках сердца.

Нельзя не огласиться с мнением Харлана Крумхольц (Harlan Krumholz) о том, что научная общественность пока точно не знает фактических постатейных причин отзыва публикаций, а это было бы чрезвычайно важно для понимания глубины вменяемых профессору на протяжении нескольких лет подтасовок. Расследование деятельности профессора Анверсы идёт не первый год. Так, в 2014 году проходила судебная тяжба, в которой он отстаивал право на защиту профессиональной репутации в связи обвинениями в ненадлежащем контроле за публикацию недостоверных данных. В 2017 году было признанно, что часть его данных всё же были сфабрикованы, на что коллеги заметили: «Это почти весь комплекс работ этой лаборатории и, следовательно, это почти целая область исследований, которая находится под вопросом».

Leave a Comment

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *