Терапия стволовыми клетками при лечении неврологических заболеваний
Ахмадиева А.А., студент
1 курс, Лечебный факультет ФГАОУВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ Россия, г. Москва Балашова Е.П., студент
1 курс, Лечебный факультет ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ Россия, г. Москва Золотцев А.А., студент
1 курс, Лечебный факультет ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ Россия, г. Москва Фролова В.С., студент
1 курс, Лечебный факультет ФГАОУ ВО РНИМУ им. Н.И. Пирогова МЗ РФ Россия, г. Москва
Аннотация
Стволовые клетки являются универсальным источником для клеточной терапии. Их использование особенно важно для лечения неврологических расстройств, для которых не существует окончательного традиционного медицинского лечения. Неврологические расстройства имеют различную этиологию и патогенез, поэтому необходимо попытаться приспособить различные типы стволовых клеток для устранения специфических дефектов, характерных для каждого заболевания. В данной статье приводится информация об экспериментальных и клинических испытаниях терапии стволовыми клетками при неврологических расстройствах с различными механизмами заболевания. стволовой клетка неврологический
Ключевые слова: стволовые клетки, терапия, нейродегенеративные заболевания, болезнь Паркинсона, болезнь Гентингтона, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз.
Annotation
Stem cells are a versatile source for cell therapy. Their use is particularly important for the treatment of neurological disorders for which there is no definitive conventional medical treatment. Neurological disorders have different etiologies and pathogenesis, so it is necessary to try to adapt different types of stem cells to eliminate specific defects specific to each disease. This article provides information on experimental and clinical trials of stem cell therapy for neurological disorders with different disease mechanisms.
Keywords: stem cells, therapy, neurodegenerative diseases, Parkinson's disease, Huntington's disease, Alzheimer's disease, multiple sclerosis.
Введение
В 21 веке стволовые клетки приобрели огромное значение в области медицинских исследований и терапии. Стволовыми клетками называют клетки организма, обладающие уникальными свойствами, включая способность к самообновлению и дифференцировке в несколько типов клеток организма. Изначально они недифференцированны (тотипотентны), но при определенном индицировании способны к дифференциации в зрелые клетки (Mitalipov S., 2009). Стволовые клетки можно классифицировать в зависимости от их источника: эмбриональные, фетальные, взрослые и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (Hui H. et al., 2011).
В области медицины гемопоэтические стволовые клетки были одобрены для трансплантологии костного мозга, для лечения гематологических злокачественных опухолей и некоторых наследственных заболеваний обмена веществ. В исследовании Gupta R.K. et al. (2020) представлены данные об успешной трансплантации стволовых клеток для излечения вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
В ряде экспериментальных исследований и клинических испытаний изучалось использование различных видов стволовых клеток для лечения неврологических расстройств, особенно тех, которые не имеют окончательного медицинского лечения. К ним относятся болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Гентингтона, боковой амиотрофический склероз, рассеянный склероз, височная эпилепсия, нейропатическая боль и ишемический инсульт головного мозга.
Значение стволовых клеток обусловлено их способностью восстанавливать поврежденные клетки и ткани, а также их противовоспалительными и иммуномодулирующими свойствами. Стволовые клетки могут дифференцироваться и восстанавливать клетки, которые были ослаблены или разрушены, способствуя росту и развитию, например, нервной ткани. Большинство неврологических заболеваний характеризуются распространенной гибелью нейронов и крайне низким регенеративным потенциалом мозга. Для лечения необходимы вещества или клетки, способные преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Все эти факторы способствуют тому, что терапия стволовыми клетками является актуальным вариантом лечения хронических неврологических заболеваний.
Комбинируя дополнительные препараты, можно улучшить результаты терапии стволовыми клетками, согласно Ritfeld G.J. et al. Лечение стволовыми клетками, например, в сочетании с эритропоэтином, оказывало синергетическое воздействие на нейрогенез крыс. Для преодоления ограничений миграции стволовых клеток и включения их в функциональные сети исследуются системы распределения наночастиц. Поскольку они пересекают ГЭБ и попадают в целевые области мозга, не влияя на окружающую среду, эти наночастицы полезны для лекарств и клеточных систем.
Другим вариантом доставки и сохранения стволовых клеток в месте трансплантации является инкапсуляция гидрофильными полимерами, что обеспечивает механическую помощь в процессах доставки и усиливает пролиферацию и дифференцировку в гидрогелях, о чем упоминают Zhu W. et al. В последних исследованиях от 2021 года генная терапия и факторы развития нейронов также использовались для продления сохранения трансплантированных стволовых клеток при БА и БП.
Успешные испытания показали ценность лечения периферическими стволовыми клетками людей, переживших острый инсульт, что позволяет минимально инвазивной клеточной терапии стать практическим альтернативным вариантом. Кроме того, в ряде исследований от 2016 года рассматривается возможность использования мезенхимальных стволовых клеток (МСК) для доставки биологически активных факторов, таких как нейротрофические факторы мозга (НТФМ), при лечении неврологических заболеваний, таких как БГ.
Целью данной статьи является обзор современных исследований по использованию стволовых клеток как в экспериментальных, так и в клинических испытаниях для лечения отдельных неврологических заболеваний.
Стволовые клетки при болезни Альцгеймера
Болезнь Альцгеймера (БА) - это широко распространенное хроническое, патологически выраженное нейродегенеративное заболевание с образованием в-амилоидных бляшек и нейрофибриллярных клубков. Существующие альтернативы медикаментозному лечению лишь облегчают симптомы, не леча болезнь, что является значительной проблемой, влияющей на качество жизни пациентов и их лечащих врачей.
Терапия стволовыми клетками может предложить новые возможности для лечения пациентов с БА. Все больше исследований, например, Wang F. et al. и Zhao H. et al., показывают, что нейральные стволовые клетки (НСК), полученные из эмбриональных стволовых клеток (ЭСК), были эффективны в качестве метода лечения в моделях БА, демонстрируя изменения как in vitro, так и in vivo. Стволовые клетки обладают потенциалом дифференцироваться из внеклеточного матрикса мозга в нейрональные клетки, и они могут восстанавливать нейропластичность и нейрогенез с помощью нейротрофических факторов. (Enciu A.M. et al.)
Первые методы использования стволовых клеток к лечению БА были разработаны на основе экспериментов c животными моделями в исследовании 2016 года Kang J.M. Нейрональные стволовые клетки из мозга неонатальных крыс были использованы для создания новых холинергических нейронов и улучшения обучения и памяти у крыс с БА. Нейроноподобные ЭСК использовались для восстановления поврежденного БА мозга крыс в исследовании Hoveizi E. et al. В последнее время в исследованиях БА наиболее часто использовали ЭСК, МСК, НСК, полученные из мозга, и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК).
ЭСК использовались для построения базальных холинергических нейронов переднего мозга (БХНП), которые играют важную роль в нарушениях памяти и обучения при БА (Liu Y., 2013). ЭСК обладают амбивалентным потенциалом плюрипотентности. Хотя эта плюрипотентность является большим преимуществом ЭСК, она же является и существенным недостатком, так как возможна дифференцировка ЭСК в нескольких направлениях, что в итоге может привести к образованию тератом и опухолей. Кроме того, существует тенденция вызывать нарушенные иммунные реакции и отторжение при пересадке ЭСК, об этом упоминается в исследованиях Fujikawa T. и Jin X. Поэтому, хотя ЭСК и показали многообещающие результаты в крысиных моделях БА и улучшили показатели памяти, они имеют ограниченное клиническое применение. В исследованиях БА использовались два типа ЭСК: мышиные ЭСК (мЭСК) и человеческие ЭСК (чЭСК). При трансплантации в модели мышей с БА оба они дифференцировались в БХНП.
Необходимо отметить, что иммунное отторжение, которое происходит при использовании аллогенных чЭСК, может быть смягчено путем трансплантации иПСК. Поэтому стимулирование дифференцировки аутологичных иПСК может быть перспективным в снижении вероятности такого иммунного отторжения. Тем не менее, существует много опасений относительно безопасности использования иПСК, включая потенциальный риск онкогенеза и образования тератомы, безопасности длительного использования, эффективности перепрограммирования и иммуногенной ответственности. Частичное перепрограммирование и нестабильные гены могут вызвать иммунологическую реакцию на иПСК. Необходимо разработать новые методы и протоколы, чтобы избежать экспрессии онкогенов при использовании иПСК. иПСК могут дифференцироваться в различные типы клеток, включая нейроны. В исследованиях (Liu M., Israel M.A. и Katsuda T. 2020, 2013 и 2012 гг. соответственно) БА иПСК можно использовать, например, для изучения воспалительной реакции, для индуцирования макрофагов, которые могут экспрессировать протеазу, разрушающую бета-амилоид, называемую неприлизином, для перепрограммирования фибробластов и, следовательно, для определения фенотипа БА.
Несмотря на этические проблемы, наиболее распространенным типом стволовых клеток, используемых в исследованиях БА, являются МСК, полученные из пуповинной крови. Это объясняется возможностью получения пуповинной крови после родов. Предыдущие отчеты показали, что МСК могут улучшить дефицит памяти и обучения в мышиных моделях БА. Так, в исследовании Boutajangout A. et al., было установлено, что ксенотрансплантаты мезенхимальных стволовых клеток пуповины человека (МСК-КЧПК) снижали скорость появления когнитивных нарушений и уменьшили концентрацию В-амилоида в мышиной модели БА.
Предполагается, что в этот процесс вовлечены многие механизмы, включая уменьшение бета-амилоидных бляшек, резкое снижение уровня в - секретазы 1, уменьшение гиперфосфорилирования тау-белка, обращение вспять воспалительного процесса в микроглии и повышение уровня противовоспалительных цитокинов (Lee H.J. et al., 2012). Кроме того, Liu X.Y. и Yang H. сообщали, что иммуномодулирующее и противовоспалительное действие МСК происходит через усиление нейропротекции и угнетение провоспалительных цитокинов. Также, подтверждено, что МСК костного мозга также можно использовать для образования внеклеточных везикул и микровезикул, несущих иммуномодулирующие и противовоспалительные факторы. Эти везикулы, в свою очередь, нацеливаются на в-амилоид.
Обобщая, развитие пластичности и снижение нейротрофики, снижение фосфорилирования тау-белка, а также нейровоспаление и понижающая регуляция тау-белка являются перспективными мишенями для стволовых клеток. Результаты показали, что трансгенные мыши выжили без каких-либо вредных последствий и продемонстрировали улучшенную память. Это было подтверждено в другом исследовании (Ager R.R., 2015 и Lee I.-S., 2015), где синаптогенез увеличил умственные способности у мышей. Исследователи трансплантировали человеческие пуповинные МСК, полученные из донорских пуповин, мышам с БА. В результате этого исследования у мышей одновременно была вызвана противовоспалительная и иммуномодулирующая реакция, а присутствие M2-подобных микроглий повысило количество синапсов, уменьшилось накопление амилоида. Это привело к клиническому испытанию в 2015 году с использованием МСК, полученных из пуповинной крови человека (МСК-КЧПК), на девяти пациентах с легкой и средней степенью тяжести БА. МСК-КЧПК были стереотаксически введены в гиппокамп. Метод введения стволовых клеток был стабилен и безопасен.
Для дальнейшей работы с человеческими клетками необходим больший объём выборки, а также качественные исследования с плацебо -мониторингом для оптимального прогноза метода. Также, необходимо дополнительно проверить терапевтическую эффективность на патогенез БА введённых МСК - КЧПК.
На данный момент биотехнологическая компания Nature Cell начала новое клиническое исследование II фазы с использованием препарата стволовых клеток для лечения БА (AstroStem), состоящего из аутологичных стволовых клеток жировой ткани, которые вводятся внутривенно 60 пациентам с БА (200 миллионов клеток на инъекцию) (NCT03117738).
Стволовые клетки в Болезни Паркинсона
Болезнь Паркинсона (БП) - это дегенеративное расстройство, характеризующееся потерей нигростриарных дофаминергических нейронов. В целом, насчитывается около 10 миллионов пациентов. До сих пор не было медикаментов, которые остановили бы дофаминергическую дегенерацию нейронов. Отличительные черты БП представляют собой накопление в цитоплазме a-синуклеина и синтез телец Леви в дофаминергических нейронах, поражающих несколько областей центральной нервной системы. Это приводит к двигательным нарушениям, таким как мышечная ригидность, брадикинезия, статический тремор и постуральная неустойчивость. В дополнение, у пациентов с БП наблюдаются и другие проявления, такие, как расстройства сна и поведения и аномальная моторика ЖКТ. Потому что нет реального лечения, которое может остановить дегенерацию нейронов, трансплантация стволовых клеток - это многообещающая терапия, которая может восстановить дофаминовую нейротрансмиссию (ДН) и заменить утраченные нейроны.