Близок к генной терапии ex vivo подход, основанный на введение в организм больного клеток здорового человека или животного, содержащих нормально функционирующий ген, отсутствующий или поврежденный у пациента. Однако здесь речь идет, скорее, не о генной, а о клеточной терапии, или трансплантологии.
Программа Геном человека показала, что человек отличается от обезьян и других млекопитающих генами эмбриогенеза, которые отвечают за раннее развитие зародыша из эмбриональной стволовой клетки. В отличие от всех живых существ, передняя доля мозга человека уже на ранних стадиях перестает контролироваться генами, определяющими количество клеток в том или ином органе. Формирующиеся в процессе развития мозга новые нейроны мигрируют, создавая новые клеточные образования.
Благодаря новым генам мозг зародыша человека и других млекопитающих приобрел и новый орган - нервный гребень. Стволовые клетки нервного гребня (СКНГ) являются самообновляющимися мультипотентными предшественниками, они могут генерировать один или более классов нейронов, глию и миофибробласты in vitro. Из мигрирующих клеток гребня образуются вся костно-мышечная система лица, тимус, все элементы внутреннего уха, проводящая система сердца, периферическая нервная система, надпочечники.
Дочерняя клетка, вступившая на путь дифференцировки называется transient amplifying cell . Такие клетки делятся более часто, чем стволовые, но обладают ограниченным пролиферативным потенциалом и рассматриваются как инициальная ступень на пути к терминальной дифференцировке. Они дифференцирутся в пост-митотические клетки и, наконец, в терминально диференцированные клетки, неспособные к делениям.
Впервые во внутриутробном развитии человека эмбриональные стволовые клетки появляются на 5-7-й день после оплодотворения. Они образуют комочек внутри бластоциста - шарика, состоящего из 140 клеток. На снимке показаны бластоцисты человека, полученные путем оплодотворения в пробирке. Скопление стволовых клеток хорошо видно у стенки бластоциста в левом нижнем углу фотографии.( В. Репин, 2001г.).
Впервые животную стволовую эмбриональную клетку из зародыша мыши удалось выделить в 1981 году. На выделение эмбриональной стволовой клетки из человеческого зародыша понадобилось еще 17 лет. В 1999 году журнал Science признал выделение эмбриональных стволовых клеток человека третьим по важности событием в биологии ХХ века. Эмбриональная стволовая клетка оказалась прекрасной моделью для понимания того, как 5000 генов эмбриогенеза тиражируют генетическую информацию, чтобы из одной клетки вырос человеческий организм, состоящий из 1014 клеток.
Схема получения запчастей из эмбриональных стволовых клеток. После оплодотворе ния яйцеклетка начинает делиться и дает сначала 2, потом 4, а затем и 140 клеток, образующих шарик-бластоцист. Его наружную оболочку разрушают вручную (микромани пулятором) или ферментами, получая стволовые клетки. Содержа в культуре, их можно размножать и вызывать превращение в специализированные клетки организма - нервные, мышечные, печеночные, кожные и т. д., которые затем пересаживают больному взамен таких же отмерших или заболевших его собственных клеток. ( В. Репин., 2001г.)
Эмбриональные стволовые клетки могут принять любую программу и превратиться в один из сотен возможных типов зародышевых клеток. Удивительная способность эмбриональной стволовой клетки стать любой клеткой организма продиктована наличием в ней избытка РНК всех генов, отвечающих за рост зародыша на ранней стадии развития эмбриона. Это означает, что основной функцией стволовой клетки является перенос мРНК в следующее клеточное поколение.
Изучение путей превращения эмбриональной стволовой клетки особенно важно для медицины, т.к., зная их, можно вырастить из клеток-предшественников огромный массив ткани и, в принципе, любой человеческий орган. При пересадке эмбриональных стволовых клеток в какой-либо орган из них всегда образуются только клетки этого органа, что позволяет использовать эмбриональные стволовые клетки для восстановления поврежденных органов и тканей, лечения множества тяжелых заболеваний.
Клеточная терапия уже миновала стадию научного эксперимента и вошла в практику во многих странах. Особенно перспективна эмбриональная клеточная терапия для лечения таких тяжких недугов, как атеросклероз, болезнь Паркинсона, рассеянный склероз, болезни суставов. Список заболеваний велик и включает в себя и те, которые практически не поддаются лечению с помощью медикаментов.
Трансплантация органов и тканей для многих людей - единственный шанс выжить. Но даже в США эти операции делают менее чем одному из четырех пациентов, нуждающихся в них. Остальные умирают из-за отсутствия совместимой донорской ткани. Количество клеточных трансплантаций в 12 развитых странах Европы достигло 16 операций на миллион человек. В странах СНГ адекватную хирургическую помощь получают единицы нуждающихся в трансплантации. Именно поэтому трансплантация эмбриональных клеток человека рассматривается в качестве альтернативы пересадки целого органа.
В настоящее время в США насчитывается 1045 банков клеток и тканей человека, объединившихся в 1976 году в Американскую ассоциацию тканевых и клеточных банков. В Англии исследования с фетальными тканями человека официально ведутся с 1957 года под эгидой Медицинского исследовательского банка тканей. Во всех крупных городах Швеции, Германии, Канады созданы банки фетальных тканей и стволовых клеток.
Трансплантация гемопоэтических эмбриональных клеток - это мощный метод лечения, имеющий многочисленные аспекты приложения: в онкологии, хирургии, гематологии, клинической иммунологии, эндокринологии, кардиологии, терапии, психиатрии, акушерстве, неврологии и нейрохирургии. С его помощью можно лечить сотни различных заболеваний.
Только в гематологии с помощью стволовых клеток можно лечить анемии, лейкемии, лейкозы и прочие гематологические болезни. Из стволовых клеток человека, выделенных из зародыша возрастом 5 дней, удалось получить красные и белые кровяные тельца, а также тромбоциты. Полученная таким образом кровь способна стать идеальной для переливания, поскольку она заведомо чиста от вирусов и бактерий. Кроме того, на основе этой технологии можно создать кровь, по своим характеристикам наиболее подходящую пациенту. Более того, с помощью стволовых клеток можно создать практически бесконечные источники крови и ее компонентов и забыть о проблемах с донорской кровью. (Nature, 2001).
Использование мощного иммуномодулирующего воздействия клеточной терапии в предоперационный период позволяет провести оперативное вмешательство, избежав ранних и поздних осложнений, добиться более полной хирургической реабилитации.
Ученые подошли очень близко к созданию метода лечения болезни Паркинсона с помощью стволовых клеток, отобранных у эмбрионов. (Nature Medicine, 2001).
Несмотря на то, что исследования в области эмбриональных клеток сулят ученым грандиозный прорыв во всех отраслях биологии и медицины, в США и Германии они сейчас заморожены , но продолжают проводиться в Англии, Японии, Австралии и многих других развитых странах. Основная причина запрещения научных исследований – этическая, т.к. основной источник эмбриональных клеток - материал, остающийся от искусственного оплодотворения, и фетальная ткань от медицинских абортов. Католическая церковь, религиозные общины, различные общественные организации, которые борются за запрещение абортов, оказывают колоссальное давление на правительства и президентов, призывая вместе с абортами запретить и исследование эмбриональных стволовых клеток, и лечение с их применением.
Тем не менее правительство Швейцарии разрешило ученым проводить изучение стволовых клеток при условии, что эти исследования будут находиться под жестким правительственным контролем и не будут проводиться в коммерческих целях. Ученые отныне смогут импортировать линии стволовых клеток из Америки, а также использовать европейские линии. Главной целью поправок к предыдущему законодательству является сохранение швейцарских приоритетов в этой области исследований. Основными ограничениями исследований являются использование стволовых клеток, полученных бесплатно и легальным путем из стран, где они были получены для целей искусственного оплодотворения с разрешения доноров.
9 августа 2001 года президент США одобрил выделение федеральных средств (до 200 млн. дол.) на ограниченные исследования стволовых клеток, выделяемых из человеческих зародышей. Медицинские исследования будут проводиться только с линиями стволовых клеток из уже разрушенных эмбрионов (гл. образом материал после выкидышей и абортов).
В последние годы возникло новое направление в медицине - изучение так называемых стволовых стромальных клеток, находящихся в костном мозге. Они обеспечивают восстановление поврежденных участков органов и тканей, залечивают любую рану, превращаясь на месте повреждения в необходимые организму клетки: костные, гладкомышечные, печеночные, сердечной мышцы или даже нервные.
В костном мозге новорожденного человека на 10 тысяч стволовых кроветворных клеток приходится одна стромальная клетка. У подростков стромальных клеток уже в 10 раз меньше. К 50-ти годам на полмиллиона стволовых - одна стромальная клетка, а в 70 лет - всего лишь одна стромальная клетка на миллион стволовых. Донорские стромальные клетки удобнее всего получать прямо при рождении из пуповины и плаценты, где они тоже содержатся в достаточном количестве. Можно ожидать, что промышленными источниками стромальных клеток в скором будущем станут пуповины, плаценты и жировая ткань, т.к. показано, что стромальные клетки можно получать из клеток жировой ткани (адипоцитов).
Большая часть стволовых клеток взрослого организма находится в костном мозге. Как известно, костный мозг, прежде всего, - плацдарм кроветворения. Он состоит из двух видов стволовых клеток: тех, из которых получается все известное многообразие клеток крови (так называемые гемопоэтические стволовые клетки), и стромальных стволовых клеток. Помимо костного мозга небольшое количество стволовых клеток (так называемые стволовые тканевые клетки) имеется непосредственно в тканях: мышечной (мио-бласты), костной (остеобласты) и других.
В кроветворной системе стволовых клеток много, они просты по структуре, хорошо изучены, постоянно обновляются, и пути их превращений в клетки крови давно известны.
По сравнению с гемопоэтическими стромальных клеток костного мозга совсем немного, и они представляют собой более сложные долгоживущие системы, которые обновляются достаточно редко. Пути превращения стромальных клеток только начинают изучать. Как показали исследования, стромальные клетки, так же как и предшественники клеток крови, постоянно циркулируют в кровотоке млекопитающих
Эксперимент в пробирке с человеческими стволовыми клетками, взятыми из костного мозга, продемонстрировал возможность превращения их в клетки кровеносных сосудов. Более того, при инъекции этих клеток в организм крыс, переживших инфаркт, происходила их миграция к месту повреждения ткани сердца и начиналось образование новых кровеносных сосудов. В другом исследовании удалось продемонстрировать, как из стволовых клеток костного мозга мышей образовались клетки сердечной мышцы. Ученые надеются, что стволовые клетки из костного мозга можно будет применять для устранения повреждений после инфаркта. Кроме того, использование собственных стволовых клеток пациентов позволит снять вопрос об использовании для этой цели эмбрионов.
В терапевтическом применении стромальных клеток сегодня, без сомнения, лидирует ортопедия. Дело в том, что в руках у медиков имеются уникальные вещества: особые белки, так называемые bone morphogenic proteins (BMP), вызывающие перерождение стромальных клеток в клетки костной ткани (остеобласты). На выделение и изучение свойств BMP у исследователей ушло почти четверть века. Результаты клинических испытаний впечатляют. (В.Смирнов,2001).
В отличие от эмбриональных стромальные стволовые клетки - проверенный природой собственный восстановительный резерв организма. Риск иммунного отторжения собственных стромальных клеток отсутствует, да и возможность их злокачественного перерождения минимальна. Применение стромальных клеток безупречно и с морально-этической точки зрения. Вот почему стромальные клетки должны стать основой восстановительной медицины будущего столетия.
Ученые настаивают на том, что они нашли замену клонированию, и нет необходимости давать зеленый свет не до конца пока понятому и поэтому опасному клонированию.
