Ю.А. Романов: ХРАНИТЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ В БАНКЕ

август 2007 № 8 "В МИРЕ НАУКИ" По материалам беседы с Юрием Романовым Беседовала Марина Смирнова Клеточные технологии, которые могут стать для многих больных если не панацеей от всех бед, то, по крайней мере, реальным шансом на выздоровление, — одно из наиболее перспективных направлений современной медицины. Уже сегодня гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки применяются при лечении многих онкогематологических заболеваний: острых и хронических лейкозов, апластической анемии, талассемии и ряда наследственных патологий. Успехи клеточной терапии впечатляют: если, например, от острого лейкоза традиционным способом удается вылечить не более 6–8% пациентов, то новейшие методики позволяют поднять этот показатель до 60–70%. Однако, несмотря на то, что стволовые клетки открывают перед человечеством небывалые возможности, отношение к ним неоднозначно, тем более что, к сожалению, понятие «клеточная терапия» стало в последнее время раскрученным брендом и зачастую используется для привлечения легковерных пациентов, готовых выложить большую сумму за порцию всемогущих стволовых клеток. С другой стороны, врачей, занимающихся данной проблемой, иногда готовы объявить чуть ли не «людоедами», повинными в крови невинных младенцев. Какова же правда о клеточных технологиях? Как они развиваются? Почему стволовые клетки, уже давно известные ученым, только сейчас начинают использоваться в медицине? Каков механизм их действия? Ответить на эти вопросы мы попросили Юрия Аскольдовича Романова, доктора биологических наук, директора по научным исследованиям «КриоЦентра» — ведущего российского банка стволовых клеток.

Тише едешь, дальше будешь

Понятие «стволовые клетки» вошло в научную терминологию уже более 100 лет назад, однако использоваться для лечения различных заболеваний они стали относительно недавно. Дело в том, что массовая медицина по природе своей консервативна и не спешит немедленно вооружаться новейшими, не прошедшими доскональной проверки разработками, какими бы перспективными они ни казались. Главная заповедь врача — «Не навреди». Лечение должно быть в первую очередь безопасным, надежным и эффективным. Поэтому, прежде чем от исследований in vitro и экспериментов на подопытных животных ученые переходят к клиническим испытаниям на людях и внедрению новых методов, проходит не один десяток лет. Так, опыты по пересадке костного мозга у животных начались еще в конце 1950х гг., но первая успешная трансплантация человеку была выполнена только в 1969 г. Тем же неспешным путем вынуждены идти и клеточные технологии, тем более что малейшие сомнения или неудачи отбрасывают исследователей практически на исходные позиции. Интерес к стволовым клеткам неизмеримо возрос, когда была обнаружена их уникальная способность к быстрому размножению и принятию практически любого «облика»: клеточных элементов кроветворной, нервной и сердечно-сосудистой систем, эндокринных органов, костной, хрящевой и мышечной тканей. Где же «водятся» стволовые клетки и как их получить?

«Запчасти» для человека

На заре своей жизни, еще в материнской утробе, каждый человек является носителем и обладателем изрядного запаса этих всемогущих частиц. Однако для этого вовсе не надо приносить в жертву младенцев, чтобы позаимствовать их органы. Сегодня в медицинской практике в основном используются т.н. постнатальные (т.е. полученные после рождения) стволовые клетки, которые содержатся в костном мозге, крови, различных органах и тканях каждого человека Их концентрация незначительна, однако, рассеянные по всему нашему организму, они в любой момент готовы оказать экстренную помощь: если в работе того или иного органа происходит сбой или повреждена какая–либо ткань, стволовые клетки немедленно, подобно каретам скорой помощи, направляются туда и трудятся над восстановлением нарушенных функций. Именно таким образом происходит заживление ран и других повреждений. Можно сказать, что мы носим с собой свои запасные части, но пока не всегда умеем воспользоваться ими в полной мере. С возрастом количество стволовых клеток уменьшается, и восстановительные возможности организма снижаются. Согласно одной из наиболее распространенных теорий, именно с этим может быть связано старение и замедление процессов регенерации, репарации и компенсации нарушений жизнедеятельности. Поэтому надежды, возлагаемые на клеточные технологии, связаны в первую очередь с использованием свойств применяемых клеток для стимуляции самообновления органов и «исправления ошибок». Речь, по сути дела, идет либо о замене «запчастей», если таковые имеются, либо об их «ремонте». Конечно, починить человеческий организм не так просто, как сменить проколотое колесо или подкачать спустившее, но все же возможно.

Дайте донора

Пока врачи еще не могут вырастить и приживить утраченную конечность или орган, поэтому трансплантация стволовых клеток производится главным образом для спасения человеческой жизни, прежде всего при борьбе с раком. Причем пересаживаться могут не только сами клетки, но и биологический материал, в котором они содержатся в достаточном количестве как активное начало, т.е. костный мозг, периферическая стимулированная кровь самого пациента или пуповинная кровь. Как известно, в крови человека содержится множество разнообразных клеток, в том числе тромбоцитов, участвующих в ее свертывании; эритроцитов, разносящих по организму кислород; лимфоцитов — необходимых элементов иммунной системы и т.д. Однако все они и производящие их стволовые клетки могут погибнуть в процессе лечения, направленного на тотальное уничтожение раковых клеток. Широко использующиеся облучение и высокодозная химиотерапия разрушают не только опухолевые ткани, но и всю систему кроветворения, что негативно влияет на иммунную систему. В результате организм человека остается без защиты. Восстановить кроветворение можно с помощью пересадки стволовых клеток, которые способны быстро размножиться и заменить разрушенные кровяные тельца. Традиционно источником «сырья» служат стимулированная периферическая кровь самого больного, а также костный мозг его родственников или донора. Но использование собственной крови пациента небезопасно, т.к. ее забор производится до начала лечения основного заболевания, поэтому в ней могут содержаться опухолевые клетки. Получение же стволовых клеток из костного мозга — дорогая и небезобидная процедура, да и сама трансплантация — процесс длительный и чреватый осложнениями. Кроме того, существует проблема совместимости тканей: организм пациента может воспринять пересаженную клетку как чужую и уничтожить ее. При неродственных трансплантациях реакция отторжения возникает в 60–90% случаев. В результате больные вынуждены порой годами ждать «совместимого» донора. Для облегчения поиска в Европе и США созданы реестры потенциальных «ходячих» доноров — добровольцев, которые готовы поделиться с нуждающимися своим костным мозгом. Однако, несмотря на то, что армия подобных альтруистов насчитывает около 10 млн. человек, поиск совместимого здорового донора в среднем занимает более четырех месяцев и требует серьезных финансовых затрат. Кроме того, для некоторых этнических меньшинств вероятность подобрать подходящий образец костного мозга составляет менее 40%. Поэтому исследователи ищут альтернативные источники гемопоэтических стволовых клеток, одним из которых является пуповинная кровь новорожденного.

Животворная пуповина

У многих народов до сих пор есть традиция, предписывающая после рождения младенца не выбрасывать пуповину, а, например, закопать ее в потаенном месте, что должно обеспечить ребенку здоровье и благополучие. Существует также поверье, что с помощью украденной пуповины на новорожденного можно навести порчу. Конечно, любой здравомыслящий человек, а тем более врач скептически заметит, что все это не более чем суеверие, основанное натом неоспоримом факте, что пуповина соединяет дитя с матерью и снабжает его питательными веществами. Но, возможно, древние знали больше нас о тайном могуществе этой «связующей нити»? Действительно, пуповинная кровь представляет собой большую ценность, поскольку в ней содержатся гемопоэтические стволовые клетки, способные дать жизнь новым росткам кроветворения. Биологически пуповинная кровь принадлежит плоду и служит дополнительным резервом, благодаря которому происходит обмен веществ между внутренними системами матери и зародыша. Плод представляет собой новое развивающееся существо, ткани и органы которого только формируются, поэтому в пуповинной крови, циркулирующей между двумя организмами, содержится значительный запас стволовых клеток, находящихся в состоянии высочайшей биологической активности: они молоды, их потенциал рассчитан на 60, а может и 100 лет жизни. Предположения о возможности применения плацентарной крови были высказаны еще в начале 1970-х гг. Спустя десять лет уже были успешно проведены первые эксперименты на животных, а в 1988 г. во Франции состоялась первая в мире трансплантация клеток пуповинной крови. В дальнейшем, начиная с 1990х гг., в Европе, Америке, Японии стали создаваться банки пуповинной крови, а к концу 1998 г. было произведено уже более 750 пересадок клеток из этого источника. Годичная безрецидивная выживаемость при родственных трансплантациях составила около 63%, а при чужеродных — до 29%. Кроме того, в некоторых случаях, несмотря на то, что использовались клетки от доноров с неполной совместимостью с пациентами, результаты оказывались вполне удовлетворительными, что связано с меньшей иммунореактивностью клеток пуповинной крови по сравнению с костным мозгом. К настоящему времени в мире сделано около 6 тыс. операций по трансплантации пуповинной крови, и их количество постоянно растет; такие операции уже понемногу заменяют пересадку костного мозга.

Как добыть стволовые клетки?

В настоящее время отработана методика получения «концентрата» кроветворных стволовых клеток из цельной пуповинной крови. Процедура практически ничем не отличается от выделения и криоконсервирования стволовых клеток из периферической крови и костного мозга. Каждый образец обследуется на инфекционные возбудители (осуществляются бактериологический посев, исследование на ВИЧинфекцию, вирусные гепатиты B и C, сифилис и т.д.), определяются группа крови и резус-фактор, при необходимости проводится HLAтипирование (от Human Leucocyte Antigens — антигены тканевой совместимости). Кроме того, необходимо тестирование на количество ядросодержащих клеток, т.к. для успешной трансплантации требуется определенное их количество, которое рассчитывается на килограмм веса пациента. В среднем в 100 мл пуповинной крови содержится столько же гемопоэтических клеток, сколько в 1 л костного мозга. Таким образом, среднестатистического объема плацентарной крови достаточно, чтобы восстановить систему кроветворения у больного, вес которого составляет около 50 кг. Учитывая, что популяция кроветворных стволовых клеток немногочисленна (они составляют менее 1% всех элементов, содержащихся в пуповинной крови), их выделяют, концентрируют и отделяют от балласта, т.е. от зрелых клеток. В результате процедуры сепарации получается определенное количество гемопоэтических стволовых клеток, которые после добавления криопротектора (вещества, защищающего от воздействия низких температур) замораживаются по специальной программе. При температуре жидкого азота (-196 °С) образцы могут храниться, как доказала практика, как минимум 15 лет, но в принципе сроки не ограничены. При необходимости материал размораживают, следуя определенной методике, и сразу вводят пациенту. Однако онкологические заболевания — не единственный «потребитель» стволовых клеток. На сегодняшний день методами клеточной терапии лечится более 60 различных заболеваний. Вероятность того, что у младенца разовьется заболевание, требующие применения клеточной терапии, ничтожно мала (десятые доли процента). Однако сохранение образцов пуповинной крови служит своеобразной биологической страховкой, которая важна как для самого ребенка (особенно если в семье были наследственные заболевания), так и для его кровных родственников. Оптимальными донорами для трансплантации гемопоэтических стволовых клеток считаются генетически идентичные члены семьи пациента. Если таких нет, то можно использовать пуповинную кровь неродственного донора, чью совместимость с организмом больного определяют врачи. Но и в таких случаях, как показывает практика, пересаженные стволовые клетки пуповинной крови приживаются гораздо лучше, чем клетки костного мозга, а осложнения наблюдаются значительно реже. Сохранение стволовых клеток, содержащихся в пуповинной крови, дает возможность при необходимости использовать собственные клетки человека, исключить отторжение, а также решить этические и юридические проблемы, связанные с получением и пересадкой стволовых клеток. По мнению врачей, если будет создан богатый банк этого биоматериала, то со временем может отпасть необходимость в регистрации потенциальных доноров костного мозга.

Банки пуповинной крови

В настоящее время в большинстве экономически развитых стран мира существуют сети банков стволовых клеток — регистр полностью охарактеризованных образцов пуповинной крови для обеспечения потребностей медицинских учреждений в материале для трансплантации. Создаются большие хранилища, насчитывающие сотни тысяч донорских образцов для аллогенных трансплантаций. Как любые медицинские учреждения, банки пуповинной крови подлежат регистрации, лицензированию и кадровому обеспечению. Финансирование подобных проектов осуществляется или из бюджета государства, или фондами и частными инвесторами. На сегодняшний день коллекция клеток пуповинной крови насчитывает почти полмиллиона безымянных образцов, что незначительно меньше фондов именного хранения. Во втором случае родители сами оплачивают медицинскую услугу по сохранению клеток своего ребенка на случай, если он или кто-то из кровных родственников заболеет. По условиям договора, заключаемого банком с родителями, никто не может воспользоваться вкладом без их ведома, а сами клетки служат своеобразной семейной биологической страховкой. В ведущих странах мира персональные банки пуповинной крови существуют с 1992 г. (в Европе их уже более 20, а в США — 25). В России (в частности в Москве, Санкт-Петербурге, Самаре, Казани) тоже уже созданы как коммерческие, так и государственные хранилища персонифицированных и донорских образцов пуповинной крови. Донорские банки формируют фонды и объединяются в сети, чтобы иметь возможность по запросу выдавать нужные образцы. Теперь любая женщина, проживающая в России, может сохранить пуповинную кровь своего ребенка при условии, что у нее нет определенных заболеваний, являющихся противопоказанием к хранению клеток. Информация о клиентах банков и характеристиках образцов является закрытой и конфиденциальной, переданными на хранение материалами может воспользоваться только ребенок, чья пуповинная кровь была помещена в банк. Правда, с согласия родителей она может быть взята для спасения постороннего человека.

Перспективы клеточных технологий

Сегодня трансплантация гемопоэтических стволовых клеток успешно применяется при лечении злокачественных новообразований и лейкозов, когда необходимо полностью заменить систему кроветворения, поврежденную в результате заболевания или в процессе борьбы с ним. Исследования последних лет подтверждают возможность использования стволовых клеток при лечении таких заболеваний, как рассеянный склероз и сердечная недостаточность. Например, в кардиологии современные методы терапии и хирургии практически достигли пределов своих возможностей, поэтому исследователи надеются, что клеточные технологии помогут вывести ее на новый уровень развития. В первую очередь речь идет о восстановлении сосудов, обеспечивающих бесперебойное питание и сокращение сердечной мышцы. Конечно, кардиомиоцит, полученный в условиях эксперимента, не может пока сравнится с теми «мускулами», которые годами заставляют сердце работать. Тем не менее, если в первые часы или дни после инфаркта ввести стволовые клетки, то они частично восстанавливают кровообращение и улучшают сократительную функцию сердечной мышцы за счет того, что, возможно, помогают восстановиться родным кардиомиоцитам. Правда, клеточная терапия сердечно-сосудистых заболеваний может быть только многопрофильной. С одной стороны, нужно попытаться вырастить новые сосуды которые обеспечат кровоснабжение, а с другой — не дать погибнуть сокращающимся клеткам, а в идеале еще и пополнить их количество. Только такой подход позволит каждому элементу сердечно-сосудистой системы функционировать подобно шестеренкам в часах. Область применения новых клеточных технологий постепенно расширяется. Уже сейчас заключительную стадию испытаний проходят новые методики лечения многих наследственных расстройств обмена веществ, сердечных заболеваний, болезней печени, иммунной, нервной, костной и мышечной систем при помощи стволовых клеток. Разрабатываются возможности их использования при инсультах, диабете, болезнях Паркинсона и Альцгеймера. Однако, несмотря на значительные усилия и успехи современной медицины, данная область по-прежнему остается малоизведанной территорией, таящей не только многочисленные возможности и перспективы, но и неведомые опасности. Пройдет еще не один десяток лет, прежде чем использование стволовых клеток станет таким же относительно простым и привычным, как переливание крови.