Лечение сахарного диабета стволовыми клетками. Серия: Доказательная медицина

Лечение сахарного диабета стволовыми клетками

Серия: Доказательная медицина

Юрий Захаров

Корректор Юрий Кудряшов

Дизайнер обложки Мария Ведищева

© Юрий Захаров, 2019

© Мария Ведищева, дизайн обложки, 2019

ISBN 978-5-4496-4498-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Прежде всего необходимо понимать, что клеточная терапия с помощью различных клеточных препаратов – это не панацея, не чудо, а самая обычная медицинская технология, имеющая свои показания и ограничения. В терапии сахарного диабета 1-го типа она решает сразу две задачи:

– предупреждение аутоиммунной реакции за счет репрограммирования клеток иммунной системы, что останавливает разрушительное действие иммунитета на β-клетки;

– увеличение (восстановление) общего количества дееспособных β-клеток.

Это подтверждает исследование: в то время как регенеративный потенциал стволовых клеток может быть использован для обеспечения глюкозочувствительных инсулин-продуцирующих клеток, их иммуномодулирующие свойства могут потенциально использоваться для предотвращения, остановки или отмены аутоиммунной реакции:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23572052?fbclid=IwAR1D2qpwTv6CqMfS9vZOLVY0R-xqP9fCwp0wv9N7lO0nQvBvmnoicYYTwcM

А вот теперь самое главное: аналогичные результаты удается получить с помощью традиционных методов, но в значительно более длительной перспективе, хотя многочисленные публикации в отношении клеточной терапии показывают, что полный ответ организма на терапию составляет окно от 90 дней до 36 месяцев и обусловлен как индивидуальными особенностями организма, так и циклом деления стволовых клеток.

Между тем на обложке июльского выпуска журнала Stem Cells от июля 2017 года The Medical Medicine демонстрирует последнее достижение в функциональном излечении инсулинозависимого диабета. Ученые из Symbio Cell Tech (SCT), небольшой биотехнологической компании в Солт-Лейк-Сити, разработали технологию, которая объединяет мезенхимальные стволовые клетки (MSC) с культивируемыми островковыми клетками поджелудочной железы с образованием трехмерных клеточных кластеров, называемых неоостровками. Однократная доза неоостровков, вводимая в брюшную полость, обеспечивает контроль сахара в крови, освобождая от зависимости к экзогенному инсулину:

https://stemcellsjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/

epdf/10.1002/sctm.17—0005fbclid=IwAR3fZx

CYlmviydAtGEp1bY5SdfFPAk-6LKnBW0glDZvl

PaNkjGbkQEfPzJw

Еще один вид клеточной терапии эффективен для лечения сахарного диабета 1-го типа ввиду высокой регенерационной способности и иммуномодулирующих свойств стволовых клеток для остановки аутоиммунной реакции в отношении β-клеток, сохранения остаточной массы β-клеток, облегчения эндогенной регенерации:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28618324?

fbclid=IwAR0NO1GpJv3nj0J4BO-kEaQ3c-

uBy42Vnji2rv3M44pxY4CukuJCzYgVfQ8

Человеческий организм состоит более чем из 200 различных типов клеток. Все они имеют какую-то определенную специализацию: нервные, мышечные клетки, эпителий и эндотелий, жировые, хрящевые, костные клетки и т. д. Определенные клетки организма меняются очень быстро, например клетки кожи. Довольно быстро обновляется кровь.

Есть типы клеток, число которых остается практически неизменным во взрослом организме, например клетки сердца – кардиомиоциты. До недавнего времени считалось, что нервные клетки не восстанавливаются. Однако стремительное развитие биологической науки опровергает старые догмы. Выдающиеся открытия последнего времени произошли в биологии и медицине в связи с развитием клеточных технологий. Возможность выделения клеток из организма и искусственного их выращивания лежит в основе множества новых научных технологий.

В последние годы внимание ученых привлекли особые клетки организма, наш «запасной материал» – стволовые клетки. Открытие стволовых клеток и механизма их действия стало революцией в практической и регенерационной медицине. Оно признано одним из наиболее выдающихся открытий прошлого века наряду с расшифровкой строения ДНК и генома человека. Стволовые клетки – основной строительный материал организма и, более того, некая «элита», способная организовывать работу других клеток, влиять на них. Именно они принимают непосредственное участие в процессах регенерации. Ежедневно в человеческом организме происходит обновление примерно миллиарда клеток. На смену поврежденным или устаревшим клеткам приходят новые, берущие свое начало от стволовых. Стволовые клетки в организме – в различных тканях и органах – располагаются в строго определенных местах, называемых нишами. Ниши стволовых клеток расположены практически во всех органах и тканях. В коже, например, это дермальный слой.

Есть два различных типа стволовых клеток. Первый – это эмбриональные стволовые клетки, из которых состоит эмбрион. Стволовые клетки другого типа называются взрослыми или соматическими. Соматические клетки также способны к дифференциации, однако более ограниченной, чем эмбриональные. Соматические клетки одного типа способны давать начало другим типам клеток. Эта способность называется пластичностью. Это свойство делает возможным применение соматических стволовых клеток для терапии и репарации больных и поврежденных тканей.

Однако использование соматических стволовых клеток ограничивается тем, что они труднее поддаются дифференциации и культивируются в лабораторных условиях хуже, чем эмбриональные. Количество и качество стволовых клеток в них с возрастом снижается. Именно этот факт лежит в основе современной концепции старения.

Стволовые клетки можно искусственно нарастить в культуре in vitro, то есть вне организма, выделяя их из различных источников (костный мозг, жир, кожа, мышечная ткань, волосяные фолликулы). Культивируемые клетки характеризуются постоянством кариотипа (хромосомного набора) и экспрессии генов в течение длительного времени (до 300 дней). Они устойчивы к инфекции, в них сложнее вызвать мутации.

До недавнего времени было трудно добиться устойчивой продукции инсулина у репрограммированных стволовых клеток в β-клетки. Несмотря на успехи в дифференцировке инсулин-продуцирующих клеток из эмбриональных стволовых клеток человека, генерация зрелых функциональных β-клеток in vitro остается труднодостижимой. Для достижения этой цели разработали условия культивирования клеток, чтобы точно имитировать события, происходящие во время органогенеза островков поджелудочной железы и созревания β-клеток. Ученые сфокусировались на рекапитализации кластеров эндокринных клеток путем выделения и повторной агрегации незрелых β-подобных клеток с образованием обогащенных островков β-кластеров (eBCs). EBCs показывают физиологические свойства, аналогичные первичным β-клеткам человека, включая устойчивую динамическую секрецию инсулина, повышенную передачу сигналов кальция в ответ на секрецию и улучшенную митохондриальную функцию. Кластеризация эндокринных клеток вызывает метаболическое созревание, стимулируя митохондриальное окислительное дыхание – процесс, центральный для связывания стимул-секреций в зрелых β-клетках. EBCs показывают стимулированную глюкозой секрецию инсулина уже через три дня после трансплантации у мышей. Таким образом, репликационные аспекты кластеризации эндокринных клеток позволяют генерировать полученные из стволовых клеток β-клетки, которые напоминают их эндогенные аналоги:

https://www.nature.com/articles/s41556‑018‑0271‑4?

fbclid=IwAR3K_E9ds4brUbvkoaVKNhoiYNVJZVhpjy9

Wy226s26x0XuUssTefmkJCM0

Основная характеристика стволовых клеток – отсутствие специализации. В нативном виде они буквально «никакие». При этом в определенных условиях они способны «превращаться» в клетки различных типов – нервные, мышечные, эпителиальные, хрящевые и другие, то есть дифференцироваться.

Кроме того, стволовые клетки характеризуются очень высокой пролиферативной активностью или способностью делиться. Основная функция этих клеток – регенерация. Любые воспалительные реакции в организме, любой сбой в работе различных систем вызывает активацию этих клеток. Они служат основным источником запасного материала организма, участвуя в репарации любых типов повреждений. Универсальные и уникальные одновременно, эти клетки являются кирпичиками здоровья, долголетия и молодости.

Но не всегда просто направить дифференцировку стволовых клеток по пути β-клеток, на это уходит иногда много времени – клетки начинают работать, но через дни и даже месяцы. Стратегия дифференциации сфокусирована на модулировании передачи сигналов трансформирующего фактора роста β (TGF-β):

https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(18)30531-9

Что же такое стволовые клетки и какие именно качества делают их особыми? Стволовые клетки определяются тремя основными характеристиками: во-первых, это не специализированные клетки (в отличие от клеток, из которых состоят мышцы, мозг и т. д.); во-вторых, стволовые клетки способны делиться в течение долгого времени, причем в результате каждого деления образуются две идентичных клетки; третье важное свойство стволовых клеток – то, что они способны к дифференциации в специфические типы клеток, такие как клетки мышц, мозга, крови.

Стволовые клетки можно найти в любой животной ткани, а поскольку эмбрионы состоят из стволовых клеток, которые при делении и дифференциации превращаются в специализированные клетки и ткани, все мы в конечном счете состоим из стволовых клеток. Клетки однодневного эмбриона способны дифференцироваться в любой из около 350 типов клеток, образующих человеческое тело. При получении сигнала извне стволовые клетки способны к дифференциации в различные типы клеток и тканей. Интересно, что этот сигнал может быть не только биологического происхождения (некое химическое соединение), но и физического (ГГц- и ТГц-диапазон волн). Об этом подробнее см. том «Радиогенетика».

А в 2019 году ученые установили, что стволовость клеток можно индуцировать специальными белками. Если ученые к клеткам добавляли пчелиный белок, то клетки оставались стволовыми безо всяких дополнительных ухищрений. Ройялактин стимулировал активность генов, которые поддерживали клетки во «всемогущем» недифференцированном состоянии – они продолжали делиться, сохраняя возможность превратиться во что угодно, в какой угодно тип клеток.

У позвоночных ройялактина нет, но есть похожий белок NHLRC3, который активен во время эмбрионального развития. В экспериментах он действовал на мышиные эмбриональные клетки точно так же, как ройялактин (любопытно, что NHLRC3 (который переименовали в белок Regina, то есть «королева») по аминокислотной последовательности не похож на пчелиный белок – но зато он похож по форме, по трехмерной структуре):

https://www.nature.com/articles/s41467‑018‑06256‑

4fbclid=IwAR3I10XQIR5oiEbtFoTpXZDupIyNNZM3Rv

HS2Yfu9jNZIFbZZdGtcPpgos4

Еще более любопытны работы, показывающие (что, между прочим, используется в программах лечения сахарного диабета у взрослых), что стволовость может сохранятся и обновляться при применении циклического голодания. Стволовые клетки могут очень долго делиться, при этом часть их остается, как и прежде, стволовыми, а часть превращается в какие-то специализированные клетки, выполняющие те или иные функции. Но со временем стволовые клетки утрачивают способность делиться без конца – как и весь остальной организм, они тоже стареют, и их запас постепенно уменьшается, что не может не отразиться на состоянии органов, которые уже не могут обновляться.

Исследователи из Массачусетского технологического института пишут в Stem Cells, что стволовые клетки можно омолодить, если дать им поголодать:

https://www.cell.com/cell‑stem‑cell/fulltext/S1934‑

5909 (18) 30163—2fbclid=IwAR3XV3KHP7oYw_iKnEI2

FViyC8lEVb20xxo-vNrmphI8Qicy1-JxqFw68xY

Совсем необычные результаты показали исследования, направленные на изучение так называемого эффекта формы, который большинством ученых ранее воспринимался как шарлатанство и предрассудки. «Использование геометрических ограничений для перепрограммирования зрелых клеток может лучше отражать процесс, происходящий естественным образом в организме. Простая технология позволяет генерировать стволовые клетки из зрелых клеток с высокой эффективностью и без генетической модификации». Ученые экспериментировали с фибробластами – клетками соединительной ткани. Их выращивали в ограниченных прямоугольных областях. Клетки реагировали на физические свойства окружающей среды и передавали эту информацию в ядро, где хранится ДНК.

Фибробласты росли в течение десяти дней и образовали сферические кластеры. Генетический анализ показал, что клетки в них по своим свойствам сходны со стволовыми:

https://www.pnas.org/content/115/21/E4741?

fbclid=IwAR0wbLBDwYwL8ptH8t5YRRAJUPKc343Z

NpMRnu7O4w5wi9o8ZrpYPhccRk0

В США все, что касается КВЧ, лазеров (не в косметологии и хирургии) и магнитных полей, граничит в представлении клиницистов с шарлатанством, несмотря на то что серийно выпускается много десятков лет медицинская аппаратура и физиотерапия (реабилитология) – часть научной медицины. Мы больше десяти лет используем вращающееся магнитное поле с постоянной компонентой в специальных программах терапии СД 1-го типа:

http://bez-tabletok.ru/vortex

Теперь вышло исследование, которое проливает свет на механизмы действия МП, что позволит врачам и ученым лучше понимать друг друга. Установлено, что магнитное поле управляет скоростью деления стволовых клеток. Ученые обнаружили, что на скорость регенерации плоских червей планарий может влиять слабое магнитное поле. Воздействие слабых магнитных полей может привести к процессу, называемому рекомбинацией радикальных пар. Этот процесс, предположительно, может изменить направление вращения электронов, расположенных во внешних частях атомов, нарушая молекулярные пары и приводя к образованию свободных радикалов. Это может привести к образованию активных форм кислорода (АФК – химически активные формы, которые содержат кислород), которые могут вызвать такие процессы, как более быстрое заживление ран или замедление роста раковых клеток. Исследователи сообщают, что рост бластемы, клеток, которые растут в новые части, замедлялся при воздействии магнитных полей от 100 до 400 мкТл. Рост ускорился в полях более 500 мкТл. Они также обнаружили, что уровни АФК были изменены – они были ниже, чем были бы при нормальных условиях при бластеме, подвергшейся воздействию более низких доз магнетизма, и выше у тех, кто подвергался воздействию полей более 500 мкТл. Исследователи не смогли объяснить различное воздействие, которое они видели, но отметили, что снижение роста бластемы сопровождалось снижением роста стволовых клеток:

http://advances.sciencemag.org/content/5/1/eaau7201

К моменту рождения каждый организм имеет стандартный набор стволовых клеток в органах, которые используются для незаметного повсеместного физиологического обновления клеток. Все клетки – временные жильцы взрослого организма.

Каждую минуту в нашем теле умирает 300 млн клеток, за сутки – около 7×1010 клеток. За 70 лет жизни клеточный состав наших органов меняется многократно.

Ученые подсчитали, сколько в организме гемопоэтических стволовых клеток – родоначальников клеток крови и иммунной системы (что важно при сахарном диабете). Размер популяции стволовых клеток неуклонно растет в раннем возрасте, достигая стабильного плато в подростковом возрасте. Исследователи изучали количественные показатели у 59-летнего мужчины: «Мы оцениваем количество гемопоэтических стволовых клеток, которые в каждый момент времени делают клетки лейкоцитов в пределах 50 000 – 200 000. Мы наблюдали клоны взрослых гемопоэтических стволовых клеток, которые генерируют многолучевые выходы, включая гранулоциты и В-лимфоциты»:

https://www.nature.com/articles/s41586‑018‑0497‑0?

fbclid=IwAR2xOysyz_W4_NgxqXi0gqTOLpd9uixER-

T9s_llvHBrq7EMvCaNDFK56vA

Стволовая клетка работает как серийный множитель дискеток-программ многоцелевого назначения. Стволовые клетки не только размножаются «плотью», но и серийно плодят soft-программы для одновременной направленной дифференцировки разных линий кроветворных клеток. Подобно ферментам в мире химии, стволовые клетки работают как катализаторы «чертежей и проектов» для масштабной наработки новых разных клеток. Стволовые клетки – это прорабы перестройки. Новые клетки приходят и уходят, чтобы территории органов и тканей оставались неприкосновенными.

В эволюции природа избавила геном человека от программ самолечения больных клеток. Естественная конкуренция между старыми и новыми поколениями клеток создает главный механизм защиты от болезни. Стволовые клетки в здоровом организме контролируют режим своевременного самообновления клеток. В экстремальных ситуациях стволовые клетки мобилизуют регенерационные ресурсы в режиме ЧП для экстренного восстановления целостности ткани.

Регуляция секреторной активности пересаженных клеток является главной проблемой при любой попытке использовать клетки-предшественники в заместительной терапии β-клетками. Клетки, вырабатывающие инсулин, но выделяющие его на одном уровне, не подходят для трансплантации, поскольку нерегулируемая секреция инсулина является фактором риска и не имеет преимуществ по сравнению с обычной инсулинотерапией. В связи с этим при дифференцировке клеток-предшественников в инсулин-продуцирующие клетки (ИПК) должен индуцироваться регуляторный секреторный путь, обеспечивая тем самым накопление инсулина и его быстрое выделение в ответ на ряд физиологических сигналов.

Для достижения этого в клетках необходимо активизировать сложную систему экспрессии генов, очень напоминающую таковую у нормальных β-клеток. Идентификация ключевых факторов транскрипции, определяющих эмбриональное развитие островков, может позволить манипулировать дифференцировкой эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) путем обработки растворимыми факторами для повышения количества клеток-предшественников, подверженных дифференцировке с образованием физиологически регулируемых ИПК.

Последние достижения биологии СК дают возможность применения трансплантационной терапии больным СД 1-го типа с помощью метода генерирования функциональных панкреатических β-клеток. Некоторые ткани являются источником клеток-предшественников или СК, которые в случае успешного выделения и размножения в условиях in vitro, а затем дифференцировки для приобретения фенотипа β-клеток, могут быть потенциальным источником ткани для трансплантации.

Одним из основных источников зрелых СК, способных к дифференцировке с образованием β-клеток, является поджелудочная железа (ПЖ). Экспериментальными исследованиями было показано, что эпителий протоков ПЖ служит источником клеток, способных к неогенезу островков у взрослых животных при их повреждении, а также может являться источником нормального обновления островков в течение всей жизни. В исследованиях на культуре тканей показана способность клеток протоков человека и мышей к дифференцировке с образованием ИПК.

Известно, что костный мозг содержит не менее двух типов СК с плюрипотентными свойствами: кроветворные СК и стромальные или мезенхимальные, а пересадка костного мозга, как у мышей, так и у человека, приводит к дифференцировке трансплантированных клеток с образованием различных экто-, мезо- и эндодермальных тканей. В то же время показано, что эти результаты в некоторых случаях вызваны слиянием клеток. Многочисленные детальные исследования свидетельствуют о высоком дифференцировочном потенциале СК костного мозга. Предполагают, что СК костного мозга могут служить обновляемым источником инсулин-положительных клеток.

Возможно, что у больных СД 1-го типа непрерывное обновление островков происходит за счет клеток собственного костного мозга. Однако вновь образованные β-клетки быстро разрушаются антителами. В то же время клетки костного мозга являются перспективным источником аутологичных клеток, так как их биопсия не вызывает сложностей. Таким образом, одним из перспективных методов лечения СД 1-го типа является клеточная трансплантационная терапия, а СК представляют собой потенциальный исходный материал для генерирования большого количества необходимых клеток.

Хотя значительные усилия были направлены на дифференциацию СК по панкреатическому пути, в то же время предполагают (что может не иметь важного значения), что клетки-заменители являются эволюционно аутентичными панкреатическими β-клетками, пока их функционального фенотипа достаточно для получения физиологических характеристик секреции инсулина.

Важно: в последнее время СМИ постоянно муссируют тему клеточной терапии, которая якобы привела к онкологическим заболеваниям. Так как я не только сам ежегодно ввожу собственные СК, но и консультирую «необычных» пациентов, имена которых на слуху, могу сказать, что все это полная чушь: клеточная терапия проводилась тогда, когда все клинические методы были уже исчерпаны! Напротив, введение клеточных культур в ряде случаев позволило добиться значительного, пусть и кратковременного, улучшения. Люди обратились слишком поздно.

Я считаю, что все без исключения должны иметь в банке прежде всего не деньги, а собственные стволовые клетки как страховку от несчастных случаев и заболеваний. Это должно войти в госпрограмму, уверен, что через несколько десятилетий так и будет. Стволовые клетки – не столько строительный материал для латания дыр бюджета здоровья в организме, как думают многие – это эффективнейшие кризисные менеджеры (очень емкое выражение проф. А. С. Брюховецкого), способные вновь организовать работу расстроенной биосистемы.

В США только в рамках научных программ в 2008 году (до разрешения широкого применения в 2009 году) клеточную терапию стволовыми клетками получили 34 млн человек! Из них: 1 млн – при травме позвоночника, 4 млн – в неврологии, 9 млн – при хроническом поражении суставов, 20 млн – при сахарном диабете 2-го типа. В настоящее время в США, Австралии и КНР трансплантация стволовых клеток при самых обычных заболеваниях (артрозы, артриты, последствия травм) стала рутинной процедурой, входящей в систему страхования, и исчисляется миллионами в год!

В России в государственных клиниках – единицы трансплантаций, главным образом при лейкозах. До сих пор Госдума не может принять закон о клеточной терапии, так как он идет в блоке с переливанием крови, а против этого сильно возражает РПЦ, которая как бы отделена от государства. Я уверен, что с системой не нужно бороться, это не имеет никакого смысла, тем более в России. Но никто не мешает делать что-то в любой другой стране.

Мы провели в период с 2008 года по настоящее время более ста трансплантаций аутологичных моноклональных стволовых клеток для терапевтических целей, а также в качестве самостоятельной косметологической программы в Москве, и несколько десятков тысяч – в Бангкоке (это разные технологии). По настоящее время нет ни одного случая любого проявления каких-либо побочных и аллергических реакций при выраженном объективном эффекте. Даже эмбриональные стволовые клетки оказались безопасны (наблюдения в течение трех лет). Ученые обнаружили первые свидетельства среднесрочной и долгосрочной безопасности и переносимости трансплантации человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESC) у людей:

https://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/

141014211709.htmfbclid=IwAR1-IBTjhYjneg7Tcdup

B6QWjGzH1NaiZ-Uhyql-QuKPjPLgSmDnPHI-Pz8

Разные стволовые клетки при разных заболеваниях

В некоторых случаях МСК, мобилизованные из жировой ткани, являются наиболее востребованными:

– в случаях, когда сепарация гемопоэтических стволовых клеток невозможна или нежелательна (некоторые заболевания, возраст, ранее проведенная многократная сепарация);

– при некоторых заболеваниях (сосудистых, сахарном диабете), когда сам клеточный материал биологически способствует процессу терапии.

Стволовые клетки из жировой ткани

Жировая ткань является более легкодоступным биологическим материалом по сравнению с костным мозгом – основным источником МСК. МСК, полученные из жировой ткани, лучше подходят для применения в травматологии и ортопедии, поскольку более эффективно дифференцируются в клетки костной ткани. Кроме того, МСК жировой ткани могут стимулировать рост сосудов благодаря секреции фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), что обеспечивает эффективность их применения при таких заболеваниях, как ишемия нижних конечностей.

Особый интерес представляют иммуносупрессивные свойства МСК и соответствующее применение МСК для лечения иммунопатологических состояний, причем не только таких тяжелых, как реакция «трансплантат против хозяина» и сахарный диабет 1-го типа, но и таких часто встречающихся, как, например, аллергические реакции различной этиологии и тяжести. Известно, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) способны оказывать подавляющее действие на функциональную активность T-лимфоцитов, B-лимфоцитов, дендритных клеток и естественных киллеров (NK), причем эта система работает по принципу обратных связей. Все это делает МСК средством лечения многих аутоиммунных заболеваний и прежде всего СД 1-го типа у взрослых и детей. Очень важной особенностью МСК является их низкая иммуногенность и, более того, способность подавлять иммунный ответ организма, что крайне важно при осуществлении различного рода аллогенных трансплантаций.