Новости

Стволовые клетки, их возможности и ограничения

Резюме

Стволовые клетки предоставляют невероятное количество возможностей улучшить наше понимание механизмов функционирования человеческого организма. Одним из рассматриваемых вариантов применения стволовых клеток является аутологичная терапия. Определенный интерес привлекает возможность использования стволовых клеток для лечения нейродегенеративных заболеваний. В ближайшие годы объем клинического применения стволовых клеток для лечения болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, амиотрофического бокового склероза и рассеянного склероза будет увеличиваться и, несмотря на необходимость соблюдения огромной осторожности при продвижении потенциальных терапевтических подходов, перед применением стволовых клеток открываются огромные перспективы.

 

Введение

С момента своего открытия стволовые клетки изменили представление специалистов о человеческом организме и совершили переворот в области медицинских исследований. С тех пор значительно улучшилось понимание процессов развития и восстановления повреждений человеческого тела [1]. Благодаря этому мы получили возможность расширять перспективы использования стволовых клеток в организме человека. Результатом этого стал повышенный интерес, проявляемый к терапевтическому применению стволовых клеток [1].

Интерес к исследованиям, посвященным использованию стволовых клеток для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, амиотрофический латеральный склероз и рассеянный склероз, в медицинской среде постоянно растет. Каждое из этих заболеваний влияет на различные зоны и структуры центральной нервной системы. Использование стволовых клеток, в форме заместительной или защитной терапии, для лечения каждого их этих заболеваний обладает большим потенциалом.

 

Стволовые клетки, возможности и ограничения их использования

Стволовые клетки были обнаружены в начале 60-х годов прошлого столетия [2,3], а изучение их характеристик и состава заняло очень много времени. В целом стволовые клетки определяют как клетки, способные к самообновлению и дифференцировке в клетки различных типов. На основании способности к дифференцировке стволовые клетки можно классифицировать как тотипотентные, плюрипотентные или мультипотентные. Тотипотентные клетки могут дифференцироваться в любой тип клеток организма, в том числе в экстраэмбриональные ткани. Их можно выделить только из эмбриона, находящегося на 4-клеточной стадии.

Изолированные из бластоцисты плюрипотентные клетки могут дифференцироваться в любую клетку организма, то есть способны давать начало клеткам любого из трех основных зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и эндодермы. Мультипотентные клетки могут превращаться только в определенные типы клеток. Их можно выделить из различных тканей организма взрослого человека. По мере развития организма способность его стволовых клеток к дифференцировке постепенно снижается с тотипотентности до плюрипотентности и, в конечном итоге, до мультипотентности.

К встречающимся в природе стволовым клеткам преимущественно относятся эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), плодные (фетальные) стволовые клетки и взрослые стволовые клетки. Получаемые из бластоцисты эмбриональные стволовые клетки плюрипотентны и достаточно хорошо размножаются в культуре. Таким образом, они соответствуют двум важным требованиям: возможности получения большого количества клеток и способности давать начало клеткам различных типов [4]. Исходя их этого, эмбриональные стволовые клетки наиболее привлекательны для использования в клинических условиях, однако их применение поднимает множество этических вопросов [5,6] и связано с риском развития нежелательных побочных эффектов, таких как иммунные реакции, формирование опухолей или и то, и другое вместе [7].

Мультипотентные клетки можно выделять из органов плода. К их преимуществам относятся способность адаптироваться к окружению, способность к миграции, отсутствие риска формирования тератом и отторжения в условиях организма [8].

Традиционно взрослые стволовые клетки определяют как мультипотентные клетки, способность которых к дифференцировке определяется тканью, в которой они содержатся. Эндогенные популяции взрослых стволовых клеток входят в состав большого количества тканей организма, в том числе костного мозга, мышечной ткани, мозга и печени [1]. Основное преимущество этих клеток заключается в возможности их использования для аутологичной терапии, при которой клетки выделяют у самого пациента и впоследствии используют для его же лечения. Это исключает какие-либо этические вопросы и риски, связанные с применением эмбриональных клеток. Однако, несмотря на их кажущуюся привлекательность, ограниченная способность к дифференцировке не позволяет взрослым стволовым клеткам стать универсальным терапевтическим агентом.

Из-за ограничений, связанных с использованием естественных вариантов стволовых клеток, исследователи разработали метод повышения плюрипотентности неплюрипотентных клеток. Клетки, получаемые в результате такого репрограммирования с помощью специфичных факторов транскрипции Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc [9-12], получили название индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК). Некоторые специалисты утверждают, что для получения иПСК достаточно только двух из этих факторов [13,14]. Индуцированные ПСК позволяют использовать в терапевтических целях собственные репрограммированные соматические клетки пациента. Однако возможности использования иПСК также ограничены.

Во-первых, процесс создания таких клеток малоэффективен [15]. Поэтому на начальном этапе работы получение большого количества исходных клеток может вызывать определенные трудности.

Во-вторых, использование вирусных векторов для трансдукции факторов плюрипотентности создает проблему их возможной интеграции в геном клеток [16].

И, наконец, иПСК могут давать начало тератомам, хотя этот риск ниже по сравнению с риском, ассоциированным с использованием эмбриональных клеток [16].

Исследователи предприняли ряд попыток преодоления этих сложностей.

Причина низкой эффективности репрограммирования ИПСК может быть связана с р53-опосредуемыми повреждениями ДНК [17], поэтому ингибирование активности р53 может повысить выход иПСК, однако оно сопряжено с повышением риска опухолеобразования.

Вторую проблему пытались решить двумя методами. Один из них заключается в применении не-вирусной трансфекции [18], однако в таком случае сохраняется проблема низкой эффективности, а долгосрочный контроль экспрессии генов может быть проблематичен. Второй подход подразумевает использование вирусов, удаляемых ферментом Cre-рекомбиназой [19], или введение рекомбинантного белка [20]. Однако ученым все равно еще предстоит доказать функциональность и безопасность получаемых в результате клеток, а при разработке методов терапии, основанных на использовании стволовых клеток, могут возникнуть и другие сложности, однако будущее этого направления весьма перспективно.

 

Терапия нейродегенеративных заболеваний и стволовые клетки

Лечение нейродегенеративных заболеваний является одной из потенциальных областей клинического применения стволовых клеток. Открытие нервных стволовых клеток и результаты последующих исследований [21] опровергли ранее превалирующую в нейробиологии идею, согласно которой центральная нервная система взрослых людей не способна к нейрогенезу [22,23]. Оказалось, что нейрогенез происходит на протяжении всей жизни организма. Считается, что нервные стволовые клетки содержатся в наджелудочковой зоне боковой стенки желудочка мозга и субгранулярной зоне зубчатой извилины гиппокампа, где и происходит нейрогенез [22,24].

Нервные стволовые клетки дают начало глиальным клеткам-предшественникам и нейрональным клеткам-предшественникам. Первые способны дифференцироваться в астроциты и олигодендроциты, тогда как вторые – в нейроны [23]. Результаты еще одного исследования показали, что трансплантированные старым крысам нервные стволовые клетки, выделенные из 9-недельного плода человека, способны дифференцироваться и улучшать познавательную функцию животных [25]. Поэтому идея использования нервных стволовых клеток для лечения нейродегенеративных заболеваний весьма многообещающа.

Однако получить нервные стволовые клетки, пригодные для последующего терапевтического применения, достаточно сложно. Результаты большого количества более ранних исследований указывают на возможность использования сравнительно легко выделяемых из костного мозга мезенхимальных стволовых клеток (МСК) для получения нервных клеток. Однако на сегодняшний день ученые сошлись во мнении, что мезенхимальные стволовые клетки не способны дифференцироваться в полноценные нервные клетки. Результаты более ранней работы авторов статьи свидетельствуют о том, что мезенхимальные стволовые клетки можно дедифференцировать в клетки, подобные иПСК, путем повышения экспрессии гена nanog, экспрессия которого характерна для эмбриональных стволовых клеток. После такой дедифференцировки мезенхимальные стволовые клетки удалось трансдифференцировать в нервные клетки. Это указывает на возможность использования взрослых стволовых клеток в качестве источника аутологичных клеток для создания иПСК. Описанная технология и методика получения иПСК открывают возможности разработки методов аутологичной терапии нейродегенеративных заболеваний, а также обеспечивают легкость выделения собственных клеток пациента. Еще одним ключевым фактором разработки методов терапии нейродегенеративных заболеваний стволовыми клетками является понимание механизмов патогенеза этих болезней. Каждое заболевание необходимо изучать отдельно, а каждый терапевтический подход следует разрабатывать соответствующим образом.

 

Болезнь Альцгеймера и стволовые клетки

Болезнь Альцгеймера является одной из основных причин развития старческого слабоумия [26]. Это заболевание, основополагающими маркерами которого являются формирующиеся в ткани мозга бляшки из пептида бета-амилоида и нейрофибриллярные тяжи [21,27-29], приводит к гибели нескольких типов клеток нервного ряда во многих регионах мозга [29-31], в особенности холинэргических нейронов [23]. Открытый в 1987 году ген белка-предшественника амилоида расположен на 21-й хромосоме и кодирует трансмембранный белок I типа [32].

Бляшки из бета-амилоида формируются в результате разрезания белка-предшественника амилоида, осуществляемое ферментами гамма- и бета-секретазами между определенными аминокислотами [33]. Нейрофибриллярные тяжи состоят из гиперфосфорилированных тау-белков [34]. Формирование этих структур приводит к повреждению нейронов и, соответственно, к ухудшению познавательной функции и потере памяти [29]. Однако исследователям до сих пор не удалось расшифровать непосредственные механизмы патогенеза болезни Альцгеймера [35].

Существующие в настоящее время препараты для лечения болезни Альцгеймера, такие как ингибиторы холинэстеразы [33,37], позволяют только купировать симптомы заболевания [36]. После высвобождения нейротрансмиттера ацетилхолина из синапса ингибиторы холинэстеразы замедляют его деградацию, что благотворно сказывается на познавательной функции [33]. Однако препараты этого типа оказывают только умеренный эффект, выраженность которого может варьировать для разных пациентов [38].

Активным веществом еще одного типа доступных препаратов для лечения болезни Альцгеймера является антагонист рецепторов N-метил-d-аспартата – мемантин [33]. Он предотвращает чрезмерную стимуляцию рецепторов N-метил-d-аспартата, которая может обладать токсичным эффектом [33]. Учитывая то, что современные методы лечения оказывают слабые эффекты, выраженность которых у разных пациентов варьирует в значительных пределах, существует острая необходимость в новых терапевтических подходах. Согласно статистическим прогнозам, к 2029 году в США ежегодно будет диагностироваться 615 000, а к 2050 году – 959 000 новых случаев болезни Альцгеймера [26]. Такой рост заболеваемости увеличит нагрузку на систему здравоохранения [26].

Недавно Blurton-Jones et al. [29] опубликовали результаты исследования, в рамках которого они вводили нервные стволовые клетки в гиппокампы трансгенных мышей с моделью болезни Альцгеймера и обычных животных того же возраста. Интересен тот факт, что процедура улучшила познавательную функцию мышей, не оказав никакого влияния на имеющиеся бета-амилоидные бляшки и нейрофибриллярные тяжи [29]. Вместо этого исследователи идентифицировали в мозге животных повышение уровня нейротрофического фактора мозга, играющего важную роль в формировании новых нейронов и синапсов [39], что способствовало улучшению познавательной функции за счет увеличения плотности синапсов [29]. Это демонстрирует возможность улучшения познавательной функции без вмешательства в существующие патологические проявления [29].

Несмотря на то, что физиологическая функция белка-предшественника амилоида неясна, недавно опубликованные данные указывают на то, что он может играть важную роль в регулировании биологических функций стволовых клеток или взрослом нейрогенезе [40]. Авторы установили, что белок-предшественник амилоида повышает уровни хемокинов, что оказывает влияние на миграцию клеток [41]. Также было показано, что повышение уровня белка-предшественника амилоида запускает дифференцировку человеческих нервных стволовых клеток в клетки глии как in vitro, так и in vivo. Это может затруднить процесс регенерации нейронов путем стимуляции деления нервных стволовых клеток на фоне высокой концентрации белка-предшественника амилоида. Более того, высокие уровни белка-предшественника амилоида, выявляемые у пациентов с синдромом Дауна, у которых в течение жизни развивается болезнь Альцгеймера, могут истощать эндогенные популяции нервных стволовых клеток за счет их повышенной преждевременной дифференцировки в глиальные клетки [42]. Данную функцию белка-предшественника амилоида, по-видимому, следует учитывать при разработке методов терапии нейродегенеративных заболеваний при повышенных концентрациях этого белка в мозге пациентов. Повышенные уровни белка-предшественника амилоида в мозге не только уменьшают численность популяции нервных стволовых клеток, что может повышать риск развития болезни Альцгеймера, но и стимулируют глиальную дифференцировку трансплантированных стволовых клеток, снижая эффективность терапии, направленной на улучшение познавательной функции [42,43]. Таким образом, в определенных случаях перед трансплантацией стволовых клеток целесообразно снижать уровень белка-предшественника амилоида в мозге. Это подтверждают результаты экспериментов по трансплантации нервных стволовых клеток трансгенным мышам с повышенной экспрессией этого белка в мозге, концентрацию которого снижали с помощью фенсерина [34]. Нервные стволовые клетки также могут оказывать положительное влияние за счет повышения концентрации факторов роста. На трансгенной модели болезни Альцгеймера было показано улучшение познавательной функции за счет высвобождения нейротрофического фактора мозга после трансплантации нервных стволовых клеток [29]. Способность этих клеток экспрессировать нейротрофический фактор мозга и стимулировать рост аксонов продемонстрирована также на модели повреждений спинного мозга [44].

Многие экспериментальные исследования демонстрируют положительный нейропротективный эффект гемопоэтических факторов роста, таких как колониестимулирующий фактор гранулоцитов, эритропоэтин, гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, фактор стволовых клеток, фактор роста сосудистого эндотелия и фактор-1-альфа стромальных клеток, при ишемическом инсульте [45,46]. На животной модели транзиторной ишемии показана способность выделенных из костного мозга мезенхимальных стволовых клеток защищать мозг от ишемических повреждений или уменьшать их последствия путем высвобождения инсулиноподобного фактора роста-1 [47]. Несмотря на многообещающие результаты, полученные в исследованиях на животных моделях, недостаток клинических данных затрудняет оценку эффективности применения факторов роста в качестве терапии нейродегенеративных заболеваний. В клиническом исследовании с участием перенесших инсульт пациентов введение мезенхимальных стволовых клеток обеспечивало выраженное стабильное улучшение показателей индекса Бартеля и модифицированной шкалы Ранкина по сравнению с пациентами группы контроля в течение периода наблюдения продолжительностью 12 месяцев [48]. Проведенное после этого долгосрочное катамнестическое исследование результатов внутривенного введения аутологичных мезенхимальных стволовых клеток пациентам с ишемическим инсультом продемонстрировало весьма обнадеживающие результаты [49]. Полученные результаты в будущем могут помочь при разработке методов использования стволовых клеток для повышения уровней факторов роста при болезни Альцгеймера.

 

Болезнь Паркинсона и стволовые клетки

Впервые описанная в 1817 году болезнь Паркинсона – второе по распространенности нейродегенеративное заболевание [50] – характеризуется гибелью допаминэргических нейронов в черной субстанции [51,52], что приводит к ухудшению двигательной функции. Патологическими признаками этого заболевания являются формирование телец Леви и невриты, однако его специфический патогенез до сих пор неясен [52]. Сама по себе болезнь Паркинсона не смертельна, однако ее осложнения могут приводить к гибели.

В настоящее время болезнь Паркинсона лечится медикаментозно и хирургически. Однако эти методы исключительно симптоматичны. Современное медикаментозное лечение этого заболевания заключается в снабжении сохранившихся допаминэргических нейронов препаратом L-допа, который они конвертируют в допамин [53]. Однако такая терапия неэффективна и, в конечном итоге, все допаминэргические нейроны гибнут [53].

В качестве альтернативного метода лечения болезни Паркинсона было предложено введение мезенхимальных стволовых клеток. Park et al. [54] протестировали использование мезенхимальных стволовых клеток на мышиной модели болезни Паркинсона и продемонстрировали способность этих клеток значительно увеличивать количество сохраняющихся допаминэргических нейронов и содержащих тирозин-гидроксилазу клеток как in vitro, так и in vivo [54].

При проведении другого исследования Murrell et al. [55] предложили использовать взрослые стволовые клетки носа обонятельного эпителия для восстановления допаминэргических нейронов при болезни Паркинсона. Клетки, дифференцированные в нервные клетки-предшественники, приобретали способность превращаться в нейроны, сходные с допаминэргическими, как in vitro, так и in vivo [55].

Использование нервных стволовых клеток также рассматривалось в качестве потенциального метода лечения болезни Паркинсона. Yasuhara et al. [56] протестировали in vivo возможное положительное влияние таких клеток на поведение, а также их способность защищать нейроны при болезни Паркинсона. Немедленная трансплантация нервных стволовых клеток после введения в мозг мышей 6-гидроксидопамина (нейротоксина, локально снижающего концентрацию допамина и применяемого для моделирования болезни Паркинсона у животных) защищало нейроны, содержащие тирозиновую гидролазу, и уменьшало выраженность симптомов заболевания [56].

Результаты исследования Kim et al. [57] подтверждают целесообразность введения эмбриональных стволовых клеток в качестве заместительной терапии. Авторы показали, что из мышиных эмбриональных стволовых клеток можно получить обогащенную популяцию нервных стволовых клеток среднего мозга. Формируемые такими клетками допаминовые нейроны демонстрируют электрофизиологические и функциональные качества, характерные для нейронов среднего мозга [57]. Чтобы приблизить эти эксперименты к практике, необходимо разработать методы обогащения популяций целевых клеток и продемонстрировать, что эти клетки выполняют функции, способствующие излечению заболевания.

В рамках других исследований изучалось использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК), полученных из мышиных фибробластов, в качестве источника нервных клеток-предшественников, являющихся мультипотентными взрослыми стволовыми клетками, для последующего введения крысам, получившим инъекции 6-гидроксидопамина в ткань мозга [58]. Данная процедура продемонстрировала высокую эффективность, при этом почти у всех животных увеличилось количество клеток, содержащих тирозиновую гидроксилазу [58]. Iacovitti et al. [59] получили сходные результаты при использовании допаминэргических нейронов среднего мозга, выращенных из коммерчески доступной линии человеческих иПСК IMR90, клон 4 [59]. После трансплантации крысам с болезнью Паркинсона, моделированной путем введения 6-гидроксидопамина, такие клетки не только выживали, но и интегрировались в мозг животных. Однако было показано, что в зоне введения сохранялось большое количество опухолеподобных клеток, экспрессирующих нестин – белок, типичный для недифференцированных нейральных стволовых и полустволовых клеток и в то же время являющийся маркером агрессивного рака молочной железы [59]. Будущий успех подобных методов заместительной терапии болезни Паркинсона зависит от возможности подбора безопасных клеточных линий для трансплантации.

 

Боковой амиотрофический склероз и стволовые клетки

Боковой (латеральный) амиотрофический склероз, также известный как болезнь Лу Герига, – это нейродегенеративное заболевание, поражающее спинной мозг и ствол головного мозга, обычно манифестирующее во взрослом возрасте. При этом заболевании погибают верхние и нижние двигательные нейроны, что ведет к прогрессирующему параличу [60]. Классические симптомы заболевания, в том числе гибель двигательных нейронов и прогрессирующая атрофия мышц, были описаны более 150 лет назад [50]. Средний возраст первой манифестации заболевания составляет 55 лет, а прогноз продолжительности жизни после определения диагноза – 2-5 лет [50]. Причина развития амиотрофического латерального склероза до сих пор неясна.

В 2006 году Chi et al. [61] провели исследование, посвященное выяснению роли нервных клеток-предшественников в развитии мышиной модели заболевания. При этом был выявлен интересный факт, что дегенерация двигательных нейронов стимулирует нейрогенез и пролиферацию нервных клеток-предшественников [61]. В рамках другого исследования Corti et al. [62] трансплантировали в спинной мозг мышей с моделированным заболеванием нервные стволовые клетки, экспрессирующие Lewis X (CD15, 3-фукозил-N-ацетиллактозамин – углеводная молекула, один из маркеров нейральных стволовых клеток) и рецепторы хемокинов – небольших белков, играющих важную роль в развитии нервной системы. Их главные функции заключаются в указании направления движения клеток-предшественников в места их расположения и в обеспечении постоянной пролиферации этих клеток.

Это замедлило прогресс заболевания и увеличило продолжительность выживания животных за счет интеграции трансплантированных клеток в спинной мозг [62]. Результаты этих исследований свидетельствуют в пользу того, что продуцируемые трансплантированными клетками нейротропные факторы защищают нейроны от гибели и усиливают нейрогенез. Так как аномалии астроцитов являются одним из основных признаков амиотрофического латерального склероза, в качестве терапии было предложено замещение патологически измененных глиальных клеток глиальными клетками-предшественниками [63, 64].

Исследования, проведенные Maragakis et al. [63] и Rothstein et al. [64], продемонстрировали, что у людей с амиотрофическим латеральным склерозом и в соответствующих животных моделях наблюдается нарушение функционирования астроцитов. Авторы показали, что трансплантированные глиальные клетки-предшественники не только выживают в условиях больного организма, но и дифференцируются в астроциты и подавляют микроглиоз в спинном мозге мышиной модели бокового амиотрофического склероза [64]. Эти данные демонстрируют потенциальную возможность замещения астроцитов для замедления очаговой гибели нейронов при амиотрофическом латеральном склерозе [64].

Результаты этих доклинических исследований на животных весьма многообещающи и в ближайшем будущем могут трансформироваться в клинические методы. С другой стороны, замещение гибнущих двигательных нейронов может вызвать определенные противоречия, так как неясно, возможно ли трансформировать собственные клетки пациентов в здоровые двигательные нейроны и будут ли они выживать в патологических условиях организма. Недавно проведенное исследование вселяет оптимизм по поводу разработки метода лечения нейродегенерации при амиотрофическом латеральном склерозе. Dimos et al. [65] успешно превратили в двигательные нейроны индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, полученные из клеток 82-летнего пациента с семейной историей заболевания.

В 2008 году Mazzini et al. [66] опубликовали результаты клинического эксперимента, в рамках которого они трансплантировали аутологичные мезенхимальные стволовые клетки пациентам с боковым амиотрофическим склерозом посредством инъекции в спинной мозг. Авторы утверждают, что, согласно полученным результатам, клиническое использование мезенхимальных стволовых клеток для лечения амиотрофического латерального склероза безопасно и обеспечивает замедление ухудшения показателей форсированной жизненной емкости легких и функционального состояния организма у части пациентов [66]. Однако они отмечают, что исследование проведено с участием небольшого количества пациентов и для подтверждения результатов необходимо его воспроизведение на большей выборке [66]. Группа Mazzini действительно повторила эксперимент с участием большего количества пациентов и в 2010 году опубликовала результаты. К сожалению, в данном исследовании не было выявлено значимых изменений в прогрессии заболевания, которые были получены при проведении более ранней работы [67].

 

Рассеянный склероз и стволовые клетки

Одной из основных особенностей рассеянного склероза – аутоиммунного заболевания центральной нервной системы – является рецидивирующее течение на ранних этапах с последующим переходом в прогрессирование болезни без ремиссий [68]. Миелиновая оболочка нервных волокон, являющаяся основной мишенью при данном заболевании, постепенно деградирует, что сказывается на состоянии нервных клеток [50]. В отличие от болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и бокового амиотрофического склероза, рассеянный склероз развивается преимущественно в молодом возрасте, причем чаще – у женщин [50]. Для этого заболевания характерна гетерогенность: его выраженность может варьировать от очень легкой до приводящей к тяжелой инвалидности, а стадии болезни могут проявляться как редкими рецидивами, так и стремительным прогрессированием симптомов [68]. Применяемые в настоящее время методы лечения и в данном случае также исключительно симптоматичны.

Современные подходы к лечению рассеянного склероза включают применение моноклональных антител, химерных молекул и гемопоэтических стволовых клеток (ГСК) [69]. Цель применения гемопоэтических клеток при лечении рассеянного склероза заключается в полном замещении аномально функционирующей иммунной системы пациента [69]. Исследование Aharonowiz et al. [70] было посвящено изучению возможности использования человеческих нервных клеток-предшественников, полученных из эмбриональных стволовых клеток, для введения в желудочки мозга мышиной модели рассеянного склероза. Трансплантированные человеческие клетки снижали выраженность клинических проявлений заболевания и оказывали нейропротективный эффект посредством иммуносупрессии [70].

Возможность трансплантации продуцирующих миелин клеток для восстановления миелина в зонах повреждения изучается с 70-х годов прошлого века [71]. Однако способность дифференцированных клеток к росту и регенерации миелина весьма ограничена [71]. Поэтому ответом на вопрос целесообразности трансплантации клеток для лечения рассеянного склероза является использование стволовых клеток [71]. В 2009 году Burt et al. [72] опубликовали результаты исследования, в рамках которого пациентам с рецидивирующим рассеянным склерозом вводили аутологичные гемопоэтические стволовые клетки, содержащие популяцию миелоидных клеток-предшественников. Результатом трансплантации было улучшение неврологических симптомов и замедление прогрессии заболевания [72].

 

Заключение

Клиническое применение стволовых клеток, как эмбриональных и фетальных, так и взрослых и индуцированных плюрипотентных, все больше приближается к реальности. Однако к этому прогрессу необходимо подходить с исключительной осторожностью. При нейродегенеративных заболеваниях следует оценивать ассоциированные с ними патологические изменения, способные оказать влияние на трансплантированные стволовые клетки. Кроме того, необходимо обращать внимание на характер процессов миграции трансплантированных стволовых клеток и, возможно, управлять ими. При приближении момента внедрения методов клеточной терапии с использованием стволовых клеток в клиническую практику протоколы работы с ними должны будут проходить тщательную проверку на предмет доклинической безопасности, анализа положительных эффектов, правильного планирования экспериментов и наличия подписанных форм информированного согласия [73].

В 2008 году Международное общество исследований стволовых клеток опубликовало рекомендации по разработке методов терапии, основанных на использовании стволовых клеток [74].

Эти рекомендации включают обращение к экспертам по клеточной биологии для проведения экспертной оценки результатов исследований, начиная от доклинических и заканчивая клиническими, акцентируя внимание на риски, связанные с использованием стволовых клеток в терапевтических целях при условии получения добровольного информированного согласия, новых критериев контроля над инновационным методом лечения, выходящих за рамки клинических исследований, а также сопоставимости результатов терапии с использованием стволовых клеток в различных медицинских учреждениях [74].

Что касается количества проводимых клинических исследований новых методов лечения нейродегенеративных заболеваний, значительный перевес приходится на амиотрофический латеральный склероз и рассеянный склероз. Скорее всего, это обусловлено тем, что после определения одного из этих диагнозов прогноз для пациентов менее благоприятен (в отношении продолжительности жизни), чем после подтверждения диагноза болезни Альцгеймера или болезни Паркинсона. В силу более высокого соотношения риск/польза, Управление по контролю за продуктами и лекарствами США больше склоняется к инициированию клинических исследований методов лечения амиотрофического латерального склероза и рассеянного склероза. Однако увеличение количества клинических исследований методов лечения болезни Альцгеймера и болезни Паркинсона неизбежно как из-за больших потерь человеческих ресурсов, связанных с этими двумя заболеваниями, так и из-за огромных финансовых затрат на медицинское и социальное обслуживание пациентов.

Несмотря на то, что до внедрения терапевтических подходов, основанных на использовании стволовых клеток, в клиническую практику еще предстоит решить описанные выше вопросы, развитие этих технологий идет стремительными темпами. Количество проводимых клинических исследований неизбежно возрастает, а результаты некоторых из них со временем трансформируются в рутинные клинические методы.

 

Список литературы

1. Ehnert S, Glanemann M, Schmitt A, Vogt S, Shanny N, Nussler NC, Stockle U, Nussler A: The possible use of stem cells in regenerative medicine: dream or reality? Langenbecks Arch Surg 2009, 394:985-997.

2. Becker AJ, McCulloch EA, Till JE: Cytological demonstration of the clonal nature of spleen colonies derived from transplanted mouse marrow cells. Nature 1963, 197:452-454.

3. Siminovitch L, McCulloch EA, Till JE: The distribution of colony-forming cells among spleen colonies. J Cell Physiol 1963, 62:327-336.

4. Mimeault M, Hauke R, Batra SK: Stem cells: a revolution in therapeutics- recent advances in stem cell biology and their therapeutic applications in regenerative medicine and cancer therapies. Clin Pharmacol Ther 2007, 82:252-264.

5. Juengst E, Fossel M: The ethics of embryonic stem cells--now and forever, cells without end. JAMA 2000, 284:3180-3184.

6. McLaren A: Ethical and social considerations of stem cell research. Nature 2001, 414:129-131.

7. Li JY, Christophersen NS, Hall V, Soulet D, Brundin P: Critical issues of clinical human embryonic stem cell therapy for brain repair. Trends Neurosci 2008, 31:146-153.

8. Mimeault M, Batra SK: Concise review: recent advances on the significance of stem cells in tissue regeneration and cancer therapies. Stem Cells 2006, 24:2319-2345.

9. Eminli S, Utikal J, Arnold K, Jaenisch R, Hochedlinger K: Reprogramming of neural progenitor cells into induced pluripotent stem cells in the absence of exogenous Sox2 expression. Stem Cells 2008, 26:2467-2474.

10. Lowry WE, Richter L, Yachechko R, Pyle AD, Tchieu J, Sridharan R, Clark AT, Plath K: Generation of human induced pluripotent stem cells from dermal fibroblasts. Proc Natl Acad Sci U S A 2008, 105:2883-2888.

11. Okita K, Ichisaka T, Yamanaka S: Generation of germline-competent induced pluripotent stem cells. Nature 2007, 448:313-317.

12. Wernig M, Meissner A, Foreman R, Brambrink T, Ku M, Hochedlinger K, Bernstein BE, Jaenisch R: In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state. Nature 2007, 448:318-324.

13. Huangfu D, Maehr R, Guo W, Eijkelenboom A, Snitow M, Chen AE, Melton DA: Induction of pluripotent stem cells by defined factors is greatly improved by small-molecule compounds. Nat Biotechnol 2008, 26:795-797.

14. Kim JB, Zaehres H, Wu G, Gentile L, Ko K, Sebastiano V, Arauzo-Bravo MJ, Ruau D, Han DW, Zenke M, Scholer HR: Pluripotent stem cells induced from adult neural stem cells by reprogramming with two factors. Nature 2008, 454:646-650.

15. Rolletschek A, Wobus AM: Induced human pluripotent stem cells: promises and open questions. Biol Chem 2009, 390:845-849.

16. Yamanaka S: A fresh look at iPS cells. Cell 2009, 137:13-17.

17. Marion RM, Strati K, Li H, Murga M, Blanco R, Ortega S, Fernandez-Capetillo O, Serrano M, Blasco MA: A p53-mediated DNA damage response limits reprogramming to ensure iPS cell genomic integrity. Nature 2009, 460:1149-1153.

18. Jia F, Wilson KD, Sun N, Gupta DM, Huang M, Li Z, Panetta NJ, Chen ZY, Robbins RC, Kay MA, Longaker MT, Wu JC: A nonviral minicircle vector for deriving human iPS cells. Nat Methods 2010, 7:197-199.

19. Soldner F, Hockemeyer D, Beard C, Gao Q, Bell GW, Cook EG, Hargus G, Blak A, Cooper O, Mitalipova M, Isacson O, Jaenisch R: Parkinson’s disease patient-derived induced pluripotent stem cells free of viral reprogramming factors. Cell 2009, 136:964-977.

20. Zhou H, Wu S, Joo JY, Zhu S, Han DW, Lin T, Trauger S, Bien G, Yao S, Zhu Y, Siuzdak G, Scholer HR, Duan L, Ding S: Generation of induced pluripotent stem cells using recombinant proteins. Cell Stem Cell 2009, 4:381-384.

21. Zhongling F, Gang Z, Lei Y: Neural stem cells and Alzheimer’s disease: challenges and hope. Am J Alzheimers Dis Other Demen 2009, 24:52-57.

22. Ma DK, Bonaguidi MA, Ming GL, Song H: Adult neural stem cells in the mammalian central nervous system. Cell Res 2009, 19:672-682.

23. Limke TL, Rao MS: Neural stem cells in aging and disease. J Cell Mol Med 2002, 6:475-496.

24. Zhao C, Deng W, Gage FH: Mechanisms and functional implications of adult neurogenesis. Cell 2008, 132:645-660.

25. Qu T, Brannen CL, Kim HM, Sugaya K: Human neural stem cells improve cognitive function of aged brain. Neuroreport 2001, 12:1127-1132.

26. Alzheimer’s Association: 2010 Alzheimer’s disease facts and figures. Alzheimers Dement 2010, 6:158-194.

27. Waldau B, Shetty AK: Behavior of neural stem cells in the Alzheimer brain. Cell Mol Life Sci 2008, 65:2372-2384.

28. Xuan AG, Luo M, Ji WD, Long DH: Effects of engrafted neural stem cells in

Alzheimer’s disease rats. Neurosci Lett 2009, 450:167-171.

29. Blurton-Jones M, Kitazawa M, Martinez-Coria H, Castello NA, Muller FJ, Loring JF, Yamasaki TR, Poon WW, Green KN, LaFerla FM: Neural stem cells improve cognition via BDNF in a transgenic model of Alzheimer disease. Proc Natl Acad Sci U S A 2009, 106:13594-13599.

30. Boucherie C, Hermans E: Adult stem cell therapies for neurological disorders: benefits beyond neuronal replacement? J Neurosci Res 2009, 87:1509-1521.

31. Kim SU, de Vellis J: Stem cell-based cell therapy in neurological diseases: a review. J Neurosci Res 2009, 87:2183-2200.

32. Thinakaran G, Koo EH: Amyloid precursor protein trafficking, processing, and function. J Biol Chem 2008, 283:29615-29619.

33. Roberson ED, Mucke L: 100 years and counting: prospects for defeating Alzheimer’s disease. Science 2006, 314:781-784.

34. Lee HG, Casadesus G, Zhu X, Castellani RJ, McShea A, Perry G, Petersen RB, Bajic V, Smith MA: Cell cycle re-entry mediated neurodegeneration and its treatment role in the pathogenesis of Alzheimer’s disease. Neurochem Int 2009, 54:84-88.

35. Park DH, Eve DJ, Chung YG, Sanberg PR: Regenerative medicine for neurological disorders. ScientificWorldJournal 2010, 10:470-489.

36. Hampel H, Broich K: Enrichment of MCI and early Alzheimer’s disease treatment trials using neurochemical and imaging candidate biomarkers. J Nutr Health Aging 2009, 13:373-375.

37. Kadir A, Andreasen N, Almkvist O, Wall A, Forsberg A, Engler H, Hagman G, Larksater M, Winblad B, Zetterberg H, Blennow K, Langstrom B, Nordberg A: Effect of phenserine treatment on brain functional activity and amyloid in Alzheimer’s disease. Ann Neurol 2008, 63:621-631.

38. Maggini M, Vanacore N, Raschetti R: Cholinesterase inhibitors: drugs looking for a disease? PLoS Med 2006, 3:e140.

39. Connor B, Young D, Yan Q, Faull RL, Synek B, Dragunow M: Brain-derived neurotrophic factor is reduced in Alzheimer’s disease. Brain Res Mol Brain Res 1997, 49:71-81.

40. Sugaya K, Kwak YD, Ohmitsu O, Marutle A, Greig NH, Choumrina E: Practical issues in stem cell therapy for Alzheimer’s disease. Curr Alzheimer Res 2007, 4:370-377.

41. Vrotsos EG, Sugaya K: MCP-1-induced migration of NT2 neuroprogenitor cells involving APP signaling. Cell Mol Neurobiol 2009, 29:373-381.

42. Marutle A, Ohmitsu M, Nilbratt M, Greig NH, Nordberg A, Sugaya K: Modulation of human neural stem cell differentiation in Alzheimer (APP23) transgenic mice by phenserine. Proc Natl Acad Sci U S A 2007, 104:12506-12511.

43. Kwak YD, Brannen CL, Qu T, Kim HM, Dong X, Soba P, Majumdar A, Kaplan A, Beyreuther K, Sugaya K: Amyloid precursor protein regulates differentiation of human neural stem cells. Stem Cells Dev 2006, 15:381-389.

44. Lu P, Jones LL, Snyder EY, Tuszynski MH: Neural stem cells constitutively secrete neurotrophic factors and promote extensive host axonal growth after spinal cord injury. Exp Neurol 2003, 181:115-129.

45. Zhao LR, Berra HH, Duan WM, Singhal S, Mehta J, Apkarian AV, Kessler JA: Beneficial effects of hematopoietic growth factor therapy in chronic ischemic stroke in rats. Stroke 2007, 38:2804-2811.

46. Zhao LR, Singhal S, Duan WM, Mehta J, Kessler JA: Brain repair by hematopoietic growth factors in a rat model of stroke. Stroke 2007, 38:2584-2591.

47. Zhu W, Mao Y, Zhao Y, Zhou LF, Wang Y, Zhu JH, Zhu Y, Yang GY: Transplantation of vascular endothelial growth factor-transfected neural stem cells into the rat brain provides neuroprotection after transient focal cerebral ischemia. Neurosurgery 2005, 57:325-333; discussion 325-333.

48. Bang OY, Lee JS, Lee PH, Lee G: Autologous mesenchymal stem cell transplantation in stroke patients. Ann Neurol 2005, 57:874-882.

49. Lee JS, Hong JM, Moon GJ, Lee PH, Ahn YH, Bang OY: A long-term follow-up study of intravenous autologous mesenchymal stem cell transplantation in patients with ischemic stroke. Stem Cells 2010, 28:1099-1106.

50. Glass CK, Saijo K, Winner B, Marchetto MC, Gage FH: Mechanisms underlying inflammation in neurodegeneration. Cell 2010, 140:918-934.

51. Feany MB, Bender WW: A Drosophila model of Parkinson’s disease. Nature 2000, 404:394-398.

52. Dawson TM, Dawson VL: Molecular pathways of neurodegeneration in Parkinson’s disease. Science 2003, 302:819-822.

53. McKay R, Kittappa R: Will stem cell biology generate new therapies for Parkinson’s disease? Neuron 2008, 58:659-661.

54. Park HJ, Lee PH, Bang OY, Lee G, Ahn YH: Mesenchymal stem cells therapy exerts neuroprotection in a progressive animal model of Parkinson’s disease. J Neurochem 2008, 107:141-151.

55. Murrell W, Wetzig A, Donnellan M, Feron F, Burne T, Meedeniya A, Kesby J, Bianco J, Perry C, Silburn P, Mackay-Sim A: Olfactory mucosa is a potential source for autologous stem cell therapy for Parkinson’s disease. Stem Cells 2008, 26:2183-2192.

56. Yasuhara T, Matsukawa N, Hara K, Yu G, Xu L, Maki M, Kim SU, Borlongan CV: Transplantation of human neural stem cells exerts neuroprotection in a rat model of Parkinson’s disease. J Neurosci 2006, 26:12497-12511.

57. Kim JH, Auerbach JM, Rodriguez-Gomez JA, Velasco I, Gavin D, Lumelsky N, Lee SH, Nguyen J, Sanchez-Pernaute R, Bankiewicz K, McKay R: Dopamine neurons derived from embryonic stem cells function in an animal model of Parkinson’s disease. Nature 2002, 418:50-56.

58. Wernig M, Zhao JP, Pruszak J, Hedlund E, Fu D, Soldner F, Broccoli V, Constantine-Paton M, Isacson O, Jaenisch R: Neurons derived from

reprogrammed fibroblasts functionally integrate into the fetal brain and improve symptoms of rats with Parkinson’s disease. Proc Natl Acad Sci USA 2008, 105:5856-5861.

59. Cai J, Yang M, Poremsky E, Kidd S, Schneider JS, Iacovitti L: Dopaminergic neurons derived from human induced pluripotent stem cells survive and integrate into 6-OHDA-lesioned rats. Stem Cells Dev 2010, 19:1017-1023.

60. Hideyama T, Yamashita T, Nishimoto Y, Suzuki T, Kwak S: Novel etiological and therapeutic strategies for neurodiseases: RNA editing enzyme abnormality in sporadic amyotrophic lateral sclerosis. J Pharmacol Sci 2010, 113:9-13.

61. Chi L, Ke Y, Luo C, Li B, Gozal D, Kalyanaraman B, Liu R: Motor neuron degeneration promotes neural progenitor cell proliferation, migration, and neurogenesis in the spinal cords of amyotrophic lateral sclerosis mice. Stem Cells 2006, 24:34-43.

62. Corti S, Locatelli F, Papadimitriou D, Del Bo R, Nizzardo M, Nardini M, Donadoni C, Salani S, Fortunato F, Strazzer S, Bresolin N, Comi GP: Neural stem cells LewisX+ CXCR4+ modify disease progression in an amyotrophic lateral sclerosis model. Brain 2007, 130:1289-1305.

63. Magnus T, Carmen J, Deleon J, Xue H, Pardo AC, Lepore AC, Mattson MP, Rao MS, Maragakis NJ: Adult glial precursor proliferation in mutant SOD1G93A mice. Glia 2008, 56:200-208.

64. Lepore AC, Rauck B, Dejea C, Pardo AC, Rao MS, Rothstein JD, Maragakis NJ: Focal transplantation-based astrocyte replacement is neuroprotective in a model of motor neuron disease. Nat Neurosci 2008, 11:1294-1301.

65. Dimos JT, Rodolfa KT, Niakan KK, Weisenthal LM, Mitsumoto H, Chung W, Croft GF, Saphier G, Leibel R, Goland R, Wichterle H, Henderson CE, Eggan K: Induced pluripotent stem cells generated from patients with ALS can be differentiated into motor neurons. Science 2008, 321:1218-1221.

66. Mazzini L, Mareschi K, Ferrero I, Vassallo E, Oliveri G, Nasuelli N, Oggioni GD, Testa L, Fagioli F: Stem cell treatment in amyotrophic lateral sclerosis. J Neurol Sci 2008, 265:78-83.

7. Mazzini L, Ferrero I, Luparello V, Rustichelli D, Gunetti M, Mareschi K, Testa L, Stecco A, Tarletti R, Miglioretti M, Fava E, Nasuelli N, Cisari C, Massara M, Vercelli R, Oggioni GD, Carriero A, Cantello R, Monaco F, Fagioli F: Mesenchymal stem cell transplantation in amyotrophic lateral sclerosis: a phase I clinical trial. Exp Neurol 2010, 223:229-237.

68. Weiner HL: The challenge of multiple sclerosis: how do we cure a chronic heterogeneous disease? Ann Neurol 2009, 65:239-248.

69. Harrison DM, Calabresi PA: Promising treatments of tomorrow for multiple sclerosis. Ann Indian Acad Neurol 2009, 12:283-290.

70. Aharonowiz M, Einstein O, Fainstein N, Lassmann H, Reubinoff B, Ben-Hur T: Neuroprotective effect of transplanted human embryonic stem cell- derived neural precursors in an animal model of multiple sclerosis. PLoS One 2008, 3:e3145.

71. Pluchino S, Zanotti L, Brini E, Ferrari S, Martino G: Regeneration and repair in multiple sclerosis: the role of cell transplantation. Neurosci Lett 2009, 456:101-106.

72. Burt RK, Loh Y, Cohen B, Stefoski D, Balabanov R, Katsamakis G, Oyama Y, Russell EJ, Stern J, Muraro P, Rose J, Testori A, Bucha J, Jovanovic B, Milanetti F, Storek J, Voltarelli JC, Burns WH: Autologous non-myeloablative haemopoietic stem cell transplantation in relapsing-remitting multiple sclerosis: a phase I/II study. Lancet Neurol 2009, 8:244-253.

73. Sugarman J: Human stem cell ethics: beyond the embryo. Cell Stem Cell 2008, 2:529-533.

74. Hyun I, Lindvall O, Ahrlund-Richter L, Cattaneo E, Cavazzana-Calvo M, Cossu G, De Luca M, Fox IJ, Gerstle C, Goldstein RA, Hermeren G, High KA, Kim HO, Lee HP, Levy-Lahad E, Li L, Lo B, Marshak DR, McNab A, Munsie M, Nakauchi H, Rao M, Rooke HM, Valles CS, Srivastava A, Sugarman J, Taylor PL, Veiga A, Wong AL, Zoloth L, Daley GQ: New ISSCR guidelines underscore major principles for responsible translational stem cell research. Cell Stem Cell 2008, 3:607-609.

 

Источник: «Вечная молодость» по материалам Dantuma et al. Stem cells for the treatment of neurodegenerative diseasesStem Cell Research & Therapy 2010, 1:37.