Клітинні технології у лікуванні травм та захворювань кісток та суглобів
Прощавай, гіпс: важкі переломи навчилися лікувати без трансплантатів
Якщо буде встановлено, що цей метод, що комбінує ультразвук, стовбурові клітини та генну терапію, безпечний і ефективний і для людини, то на травматологію чекає революція.
В Інституті цитології РАН відкрили Центр клітинних технологій
Новий центр — це одна з перших лабораторій у країні, яка працюватиме відповідно до вимог нового закону про біомедичні клітинні продукти
Людський жир допоможе у лікуванні суглобів
Вчені пропонують використовувати для лікування кісткових захворювань апарат Lipogems, за допомогою якого з жирової тканини виділяються стовбурові клітини
Встановлено генетичні маркери старіння стовбурових клітин
Виявили новий механізм хронологічного старіння стовбурових клітин жирової тканини, що принципово відрізняється від механізму старіння диференційованих клітин.
Терапія стовбуровими клітинами повернула мишам здатність до зачаття
Стовбурові клітини, взяті з яєчників молодих мишей, були імплантовані старішим стерильним особинам.
Клітинні технології у лікуванні травм та захворювань кісток та суглобів
Кісткова і хрящова тканини мають досить високу регенеративну здатність, але у випадках деяких захворювань і тяжких травматичних ушкоджень вона виявляється недостатньою для відновлення пошкоджених органів. Хороший результат у таких випадках дає застосування методів трансплантології клітин. Одним із способів оптимізації регенеративного остеогістогенезу є внесення до зони дефекту остеогенних клітин-попередників, а також заселення ними імплантатів для підвищення ефективності протезування.
Трансплантація стовбурових клітин використовуєтьсядля системної стимуляції остеогенезу Наприклад, при лікуванні недосконалого остеогенезу (osteogenesis imperfecta) за допомогою трансплантацій цілісного кісткового мозку (Horwitzetal. 1999, 2001, Cole2002) відбувається 20-30% хімеризація кісткової тканини, внаслідок чого покращується якість життя, знижується кількість переломів. Ще кращі результати отримані при інфузії меленхімальних алогенних стовбурових клітин (МСК) після аблації кісткового мозку (КМ) (Horwitzetal. 2002). Жінці на 32 тижні вагітності (у плода ідентифікований важкий варіант недосконалого остеогенезу) внутрішньоутробно пересадили фетальні МСК. У дев'ятимісячному віці у дитини відсоток донорських клітин кісткового мозку коливався від 68 до 166%; за перші два роки життя було відзначено лише три переломи (Blancetal. 2004). В даний час робляться спроби при лікуванні цього захворювання поєднувати методи клітинної терапії і генотерапії - дефектні пре-і остеобласти, хондробласти та ін. Prockop2004).
Ортопеди-травматологи вже давно застосовують нефракціонований аутологічний кістковий мозок для прискорення зрощення переломів, "просочуючи" їм місце дефекту. При необхідності заміщення великих дефектів кісток застосовуються різноманітні імплантати, для поліпшення остеоінтеграції яких використовується, зокрема, заселення їх живими клітинами. Позитивний ефект може досягатися кількома шляхами – індукція остеогенезу за рахунок виділення відповідних біологічно активних речовин; заміщення дефекту за рахунок привнесення та диференціювання донорських клітин у клітини кістки. Використовують насамперед мезенхімальністовбурові клітини кісткового мозку (МСК КМ). Ці клітини легко направити шляхом остео- і хондрогенеза, оскільки у організмі одне з їх основних функцій – відновлювати пошкодження кістки і хряща (МСК КМ є попередниками остеобластів і хондробластів). Розроблено методики остеогенного диференціювання МСК КМ invitro (Owen, Friedenstein 1987, Jaiswaletal. 1997, Bruderetal. 1997). Як правило, для індукції спрямованої остеогенної диференціювання в культуральне середовище додають дексаметазон та гліцерофосфат натрію.
Були виконані численні роботи на тваринах, що доводять можливості значного покращення регенерації кісткової тканини під час використання МСК КМ. Для отримання правильної тривимірної структури відновленої кістки клітини мають бути нанесені на матрикс із будовою, аналогічною кістковому. Ось кілька прикладів дослідів на тваринах: досліджували загоєння великих кісткових дефектів у безтимусних щурів при імплантації керамічного носія з людськими МСК КМ, попередньо розмноженими в культурі (контролі – керамічний імплантат без клітин). У першому випадку формування кісткової тканини йшло значно швидше (Bruderetal. 1998). Відновлення дефектів великих гомілкових кісток у овець йшло значно швидше, якщо пористий керамічний імплантат був заселений МСК, причому в цьому випадку кісткова тканина формувалася не тільки зовні імплантату, а й у порах його (Konetal. 2000). На собаках показано, що використання матриксу з гідроксиапатиту-трикальцію фосфату, заповненого алогенними мезенхімальними стовбуровими клітинами, дозволяє відновлювати дефекти стегнової кістки критичного розміру без застосування імуносупресії (Arinzehetal. 2003). При внесенні МСК КМ на різних матриксах місце кісткових дефектів у щурів загоєння йшло значношвидше, ніж без використання СК або при внесенні клітин без матриксу (Сергєєва та ін. 2004).
Отримано дані, що розвиток асептичного остеонекрозу головки стегна пояснюється втратою стромальної фракції кісткового мозку та порушенням остеогенезу (Hernigouetal. 1999, Gangjietal. 2003). Аутологічні клітини кісткового мозку апаратно сепарували до мононуклеарної фракції та вводили пацієнтам субхондрально до місця дефекту. На комп'ютерній томографії зареєстровано прогресивне зменшення вогнищ некрозу, пацієнти відзначали значне зменшення больового синдрому та покращення функції суглобів. Передбачуваний механізм дії клітин пов'язаний зі стимуляцією остеогенезу (за рахунок "свіжої" стромальної фракції) та ангіогенезу (за рахунок CD34(+)-клітин) "мертвих зон" кістки (Gangjietal. 2004).
При лікуванні кісткової кісти (unicameralbonecysts) ефективним методом виявились ін'єкції аутологічного кісткового мозку (іноді у поєднанні з алогенним демінералізованим кістковим матриксом), що проводилися після аспірації вмісту кісти. Через півтора місяці після лікування пацієнти могли повернутися до активного життя, а протягом року в більшості випадків відбувалося відновлення кісткової тканини (Lokiecetal. 1996, Koseetal. 1999, RougraffandKling2002, DocquierandDelloye2004).
Особливо складно відновити дефекти кісток черепа, оскільки якщо у тварин кістки склепіння черепа мають вкрай низькі здібності до репаративного остеогенезу, то у людини остеогенез у зоні перелому або дефекту кісток мозкового черепа взагалі не відбувається (Шевцов та ін. 1999, 2000). Пересаджена культура стромальних клітин кісткового мозку має виразний індукувальний та оптимізуючий вплив на протягом остеорепаративних процесів навіть там, де посттравматичний остеогенез у звичайних умовах невідбувається. У дослідах на тваринах було показано, що можливе практично повне відновлення дефектів кісток черепа при введенні в місце дефекту суспензії попередньо культивованих МСК КМ в живильному середовищі або на різних матриксах. Наприклад, дефекти черепа мишей заповнювали желатиновим імплантом з генетично міченими алогенними МСК КМ. Протягом 2 тижнів дефект заповнювався кістковою тканиною, що на 99% складалася з клітин донорського походження, тоді як у контролі регенерації кістки не спостерігалося (Krebsbachetal. 1998). У овець виділяли МСК КМ та розмножували їх у культурі, індукували остеогенну диференціювання. У 20 мм дефект тім'яної кістки з одного боку голови імплантували альгінат кальцію з цими клітинами (для контролю в симетричний дефект з іншого боку - альгінат кальцію без клітин). Через 6 тижнів відзначалося формування кісткової тканини на місці дефекту, якщо були використані МСК, але не в контролі (Changetal. 2001). Створювали різного розміру дефекти черепа у мишей; виділяли МСК підшкірного жиру та МСК КМ. Алогенні клітини мобілізували на полігліколаті, вкритому апатитом. Формування нової кістки спостерігалося з 2 тижня після імплантації. У контрольній групі відновлення дефекту кісток черепа більше 2 мм не наставало, застосування нового матеріалу дозволило закривати кісткові дефекти більше 5 мм протягом 12 тижнів. Здатність до остеогенезу у стромальних клітин, виділених з 2 різних джерел, виявилася подібною (Дєєв та ін. 2004, Кругляков та ін. 2004, Changetal. 2004, Cowanetal. 2004). Описано перше клінічне спостереження щодо використання технологій тканинної інженерії у краніофаціальній хірургії у дітей. З метою відновлення дефіциту кісткової тканини було запропоновано використовувати аутогенні МСК жирової тканини, кісткового мозку, біодеградованийматеріал та фібриновий клей. Матриця з біодеградованого матеріалу була викроєна за розміром кісткового дефекту, який становив 120 кв.см. Кістковий мозок та МСК жирової тканини були розподілені по матриці та фіксовані до неї фібриновим клеєм. Вся ця конструкція була імплантована на місце кісткового дефекту. Контроль здійснювався методом УЗД через 2 та 6 тижнів. Запальна реакція з боку тканини мозку була відсутня; спостерігався остеогенез. Проведена через 3 міс. Тривимірна комп'ютерна томографія показала відсутність кісткових дефектів (Lendeckeletal. 2004).
Як відповідний ресурс для тканинної інженерії хряща та кістки розглядаються мезенхімальні стовбурові клітини, виділені як з кісткового мозку, так і жирової тканини; у численних дослідженнях показаний їх остеогенний та хондрогенний потенціал (Зорін та ін. 2004, Dragooetal. 2003, Guilaketal. 2004, Cowanetal. 2004). Дослідники відзначають, що підшкірний жир вигідніше джерело стромальних стовбурових клітин порівняно з кістковим мозком, оскільки обсяг донорської жирової тканини набагато більше, ніж обсяг кісткового мозку і клітин виділити з такого обсягу можна також більше. Крім того, виявилося, що в культурі клітини з жиру краще проліферували та "збільшували біомасу" (Кругляков та ін. 2004). Доведено, що МСК пуповинної крові за відповідних умов дають остео- та хондрогенну диференціювання invitroі регенерацію кісткової та хрящової тканини invivo (Jageretal. 2004). Розроблено метод спрямованої остеогенної диференціювання людських ембріональних стовбурових клітин invitro і доведено формування ними мінералізованої тканини invivo (Bielbyetal. 2004) – таким чином, ЕСК можуть стати джерелом алогенних остеобластів у тих випадках, коли з якихось причин аутотрансплантація небажана.Робляться спроби знайти й інші ресурси клітин-попередників кісткової тканини – наприклад, invitro вдалося остеогенну диференціювання стовбурових клітин м'язової тканини (Sunetal. 2005).
Останнім часом з'явилися роботи, які пропонують використовувати для заміщення тканини хрящової суглобів МСК КМ. Переваги – менша травматичність при заборі, можливість повного відновлення. Отримано хороші результати при трансплантації МСК у пошкоджені суглоби кроликам (Wakitanietal. 1994, Ponticielloetal. 2000, Diduch2000, Ahnetal. 2004); при використанні матриксу з полілактогліколевої кислоти (PLGA) вдалося отримати повне відновлення суглоба з утворенням гіалінподобного хряща (Uematsuetal. 2005). Показано можливість in vitro експансії аутологічних МСК КМ з подальшою трансплантацією у пошкоджений суглоб пацієнтів з остеоартритом (Wakitanietal. 2002). Для лікування повношарового дефекту надколінка використовувалися аутологіческіе МСК, розмножені в культурі і поміщені на колагеновий матрикс (гель або платівку). Була отримана повна репарація дефекту, з гладкою суглобовою поверхнею, але хрящ, що утворився, був не гіаліновим, а фіброзним (Wakitanietal. 2004). Оскільки при розмноженні і спрямованій диференціації МСК invitro неминуче зменшується життєздатність клітин і зростає вартість лікування, були зроблені спроби використовувати для відновлення дефектів суглобового хряща недиференційовані аутологічні МСК, заселені в бета-трикальціумфосфатний імплант, що дало повне ( Guoetal., 2004). Причиною остеоартриту, за сучасними уявленнями, є порушення функцій мезенхімальних стовбурових клітин, тому передбачалося, що трансплантація МСК дасть хороші результати.у лікуванні цього захворювання. Досліди на тваринних моделях підтвердили це припущення - введення в область пошкодження МСК стимулює регенерацію хряща та зупиняє руйнування суглоба (Murphyetal. 2003, Barry2003, Luyten2004).
В Україні методи клітинної терапії для лікування пошкоджень кісткової та хрящової тканини досліджуються та застосовуються у багатьох науково-медичних закладах, ось деякі з них: НДІ ТІІО, Військово-медична академія ім. С.М.Кірова, Ін-т цитології РАН, С-Петербурзький ДМУ ім. І.П.Павлова, ЦНДІ стоматології, МНДІВД ім. П.А.Герцена, Інститут ревматології РАМН; НДІ епідеміології та мікробіології ім. Н.Ф.Гамалеї РАМН; МОНІКИ; НДІ СП ім.Н.В.Скліфосовського; ін-т хірургії ім.Вишневського, ін-т травматології та ортопедії ім.М.М.Пріорова.