+7 (495) 226-95-57
E-mail: limbt@list.ru
Лаборатория инновационных биомедицинских технологий 
  English О нас | Онкология | Перспективные исследования | Патенты | Контакты  
Рак лёгких | Меланома | Стволовые клетки и рак | Офтальмология | Инсульт  

 Главная
 Лечение рака
 Биология опухолей
 Альтернативное лечение рака
 Ишемия нижних конечностей
 Крионика
 Лечение инсульта
 Лечение облысения
 Стволовые клетки
 Технологии
 Исследования
 Лечение детских травм
 Контакты
 *** Cancer treatment

 Руководитель Лаборатории Ковалёв А.В.

 Наши комментарии

«Конечная цель всех исследований в области создания искусственных органов — разработка полностью развитых и правильно работающих биоинженерных имплантатов, которые заменят "испорченные" травмой, болезнью или старением».

Такаси Цудзи (Takashi Tsuji)
Такаси Цудзи (Takashi Tsuji), японский биоинженер
www.tsuji-lab.com

Гладкая шпорцевая лягушка (Xenopuslaevis)
Гладкая шпорцевая лягушка (Xenopuslaevis) — вид южноафриканской водной лягушки-тетраплоида, длиной до 12 см, с плоской головой и телом. На сушу никогда не выходят. Простота манипуляций с эмбрионами амфибий сделала их важным объектом эмбриологии и биологии развития. Яйцеклетки этой амфибии достигают 1 мм в диаметре, тогда как обычный размер для живых клеток — около 10 мкм.

«Стволовые клетки из костного мозга, были успешно использованы в течение многих лет для лечения рака и иммунных заболеваний, но это первый успешный пример лечения с использованием собственных стволовых клеток из глаза без животных препаратов в офтальмологии».

Профессор Майкл Уитакер
Профессор Майкл Уитакер

Насонов Николай Викторович
Насонов Николай Викторович (1855–1939) российский зоолог, академик АН СССР (1925; академик Петербургской АН с 1906, академик РАН с 1917)

Развитие новых одной или двух добавочных конечностей
Впервые в мире обнаружил возможность развития дополнительных органов под воздействием физических факторов. Накладывая сжимающую петлю на лапку аксолотля, он наблюдал развитие новых одной или двух добавочных конечностей, ниже места частичного сдавливания. В ходе таких экспериментов у тритона отрастало несколько новых более мелких лапок. Такие новые вырастающие конечности Насонов назвал аддициями.

Генная терапия органа зрения

Первое в мире эффективное лечение приводящего к слепоте у мужчин наследственного заболевания глаз — хороидеремии разработали в Великобритании профессор Роберт Макларен  с коллегами и профессор Мигель Сеабра. Был создан специальный искусственный генно-модифицированный вирус (лентивирусный вектор), который способен проникнуть в клетки сетчатки и встроить в их имеющийся набор генов, помимо дефектного,нужный и правильный генетический материал. Через три-четыре недели после операции встроившийся в ДНК клеток сетчатки глаза ген «включается», становится активным, и к слепнущим пациентам постепенно возвращается зрение.

University of Oxford
NLO
Роберт Макларен (Robert Maclaren)
Маркус Гропп (Markus Groppe)
Профессор-офтальмолог  и хирург-офтальмолог Маркус Гропп (Markus Groppe) проводят клинические испытания генной терапии сетчатки глаза у пациентов с наследственными болезнями глаз

Справка. Хороидеремия (Choroideremia) является прогрессирующим наследственным заболеванием обоих глаз, сопровождающимся медленной, но неуклонной дегенерацией трех слоев сетчатки: фоторецепторов (в основном палочек на средней периферии сетчатки), пигментного эпителия сетчатки и сосудистой оболочки глаза. Постепенно вызывает нарушение строения глаза и  слепоту у мужчин к 40-60 годам. Это рецессивное моногенное заболевание —наследуется дефект —  поломка гена, кодирующего фермент геранил-трансферазу, связанно с  Х-хромосомой. В сетчатке при этом заболевании нарушен уро-вень определенного белка (Rabescortprotein 1). Носители дефектного гена — женщины.

Имперский колледж в Лондоне
Мигель Сеабра (Miguel Seabra)
Мигель Сеабра (Miguel Seabra) профессор и директор отдела молекулярной и клеточной медицины в Имперском колледже в Лондоне

За 20 лет исследований Мигель Сеабра выявил ген, дефект которого связан с этим заболеванием глаз и протеин, уровни которого нарушены. Благодаря его исследованиям стали возможны эти новаторские клинические испытаний генной терапии для лечения слепо-ты.Вирус не может заменить отмершие клетки, но, возможно, удастся залечить «больные» клетки и защитить от разрушения здоровые. 

Первые 6 пациентов были прооперированы под общим наркозом. Миллиарды вирусных частиц были доставлены к сетчатке в ходе несложной операции. Сетчатка отсоединяется и немного приподнимается от своего ложа. Вирус вводят в виде суспензии с помощью тонкой иглы в образующуюся полость (см. схему ниже).
Схема

Поскольку безопасность такого лечения была еще не доказана, то первой группе пациентов вирус вводили только в один глаз. В клинических испытаниях приняли участие 6 мужчин в возрасте 35-63 лет с различными стадиями хороидеремии. Исследователи были поражены, когда они узнали, насколько хорошо  работает эта методика.

У двух мужчин с резко сниженным зрением наблюдались наиболее яркие и убедительные улучшения зрительной функции. У 4 мужчин с незначительным снижением зрения так же улучшилась острота и качество зрения.  

Джонатан Уайатт (Jonathan Wyatt)
Тоби Штро (Toby Stroh)
Джонатан Уайатт (Jonathan Wyatt), 65 лет и Тоби Штро (Toby Stroh), 56 лет — первые пациенты с хороидермией, зрение которых было улучшено с помощью генной терапии 

«Я стал более независим, могу найти вещи, которые не находил ранее, могу пойти в магазины самостоятельно, и испытывать меньше неудобств!»

«Мой цветовое зрение улучшилось. Деревья и цветы казались намного более яркими, и я смог увидеть в первый раз за последнее время звезды, так как мне было 17 лет, когда мое зрение стало ухудшаться». 

Результаты исследования подтвердили, что такая генная терапия является безопасной и не вызывает дополнительного повреждения сетчатки глаза. Профессор МакЛарен считает, что успех с хороидермией наглядно демонстрирует то, что в принципе генная терапия может быть использована для лечения других форм наследственных болезней глаз.

Яванская макака или макак-крабоед (Macaca fascicularis)
Яванская макака или макак-крабоед (Macaca fascicularis).

 

РЕГЕНЕРАТИВНАЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЯ

Биоискусственной глаз и управление регенерацией глаза

Глаз пока никому не удалось трансплантировать. Пересадка глаза связана с большим количеством нерешенных проблем. Это сложности характерные для всей трансплантологии, например, как подобрать подходящего донора, или, как предотвратить иммунное отторжение. Специфичными трудностями для пересадки органа зрения являются невозможность срастить перерезанный глазной нерв, и сшить многочисленные мелкие сосуды, по которым должно осуществляться кровообращение глаза.    Несмотря на эти существенные затруднения по вживлению нового глаза идут многочисленные исследования по выращиванию глазного яблока, или его частей в пробирке.

В ходе эксперимента группа ученых, возглавляемая профессором биологии Токийского университета Макото Асашимо, вырастила зачаток глазного яблока из недифференцированных эмбриональных клеток шпорцевой лягушки (Xenopus laevis).

Макото Асашимо (Makoto Asashima)
Макото Асашимо (Makoto Asashima), профессор биологии Токийского университета (Япония)

Чтобы вырастить зачаток глаза, предварительно из зародышей шпорцевой лягушки были выделены эмбриональные стволовые клетки. Которые дальше в течение трех дней обрабатывались химическими веществами: ретиноевой кислотой и активином. Эти вещества относятся к природным морфогенам (они ответственны за возникновение и развитие органов, систем и частей тела организмов) и играют ключевую роль в появлении и развитии глаза у эмбриона. Поэтому их и применили, чтобы заставить стволовые клетки превратиться в ткани зачатка глаза. Ретиноевая кислота — это форма витамина А, которая отличается по химическому строению от витамина наличием карбоксильной группы. А активин — цитокин, член суперсемейства трансформирующего фактора роста (TGF-beta) и мощный антиоксидант. Под таким внешним незамысловатым химическим воздействием эмбриональные стволовые клетки лягушки превратились в некоторое подобие зачатка глаза и были вживлены в глазную полость головастика, у которого предварительно удалили левый глаз.  Через неделю после операции зачаток глаза, несмотря на чужеродность, развился в нормальный глаз, а его нервные волокна вросли в головной мозг головастика и начали передавать нервные импульсы — зрительный сигнал. Головастик вырос в лягушку-химеру, которая может видеть двумя глазами — своим и выращенным в пробирке чужеродным глазом. Следует отметить, что головастики в принципе способны самостоятельно заново отращивать глаз. Поэтому такой биологический фокус с человеком (человек не способен самостоятельно регенерировать новый глаз) не получился бы.

Майкл Левин (Michael Levin)
Майкл Левин (Michael Levin), профессор, директор Центра регенерации и биологии развития, университета Тафтса (США)

Профессор М. Левин в эксперименте обнаружил, что, используя физический фактор — окально приложенный регулируемый электрический потенциал можно вырастить новый глаз в любой части тела головастика лягушки Xenopus laevis.  Ранее биологи были убеждены, что глаза могут формироваться в эмбриогенезе только из клеток растущей головы. И индукция роста глаз должна быть запущена экспрессией генов определенных белков-регуляторов, например, регулятора роста глаз — белка РАХ6 (paired box protein 6). Левин обнаружил, что, примерно, через 19 часов после оплодотворения яйцеклетки шпорцевой лягушки мембранный потенциал некоторых клеток эмбриона снижается примерно на 20 милливольт. На месте локализации этих клеток впоследствии формируются глаза животного. Если ввести специальные химические факторы, блокирующих изменение потенциала, предотвращается формирование глаз у головастиков.

искусственно выращенный третий глаз на хвосте у головастика
Красной стрелкой указан новый искусственно выращенный третий глаз на хвосте у головастика

третий, выращенный искусственным путем, глаз на голове головастика
Красное кольцо показывает третий, выращенный искусственным путем, глаз на голове головастика

Все оказалось по-другому, и первичным сигналом для запуска формирования органов является изменение электрического потенциала, которое каким-то пока непонятным образом запускает продукцию необходимых белков-регуляторов. Локальное изменение мембранного потенциала заменяет молекулярные сигналы для клеток.  В течение десятилетий роль биопотенциалов в биологии развития игнорировалась (за исключением изучения функционирования нервной и мышечной систем).

Центр биологии развития
В японском Центре биологии развития в лабораторных условиях вырастили из колонии эмбриональных стволовых клеток мыши зачаток глаза в виде оптического бокала (optic cup). Следует пояснить, что глаз у эмбрионов начинает развиваться из небольших выпячиваний на боковых сторонах головного конца мозговой трубки. Это первичные глазные пузыри. Передняя стенка первичного глазного пузыря вворачивается в его полость внутрь и образует двуслойный вторичный глазной пузырь, или глазной бокал, из которого впоследствии формируется важнейшая часть глаза — сетчатка.

Это возможно первый шаг к реализации мечты о выращивании из стволовых клеток полноценных глазных яблок. Группа Ёсики Сасаи в Кобе использовала матригель* и факторы роста, благодаря которым, сумела в пробирке вне организма превратить три тысячи разрозненных эмбриональных стволовых клеток в единую структуру, идентичную той, которая образуется в ходе эмбриогенеза на ранних этапах развития глаза.

*Matrigel — это торговое название смеси желатиновых (гелеобразных) белков, которые применяются в клеточных технологиях и являются продуктом биотехнологического производства, синтезируются в биореакторах клетками саркомы мышей (Engelbreth-Holm-Swarm (EHS) mouse sarcoma cells).

Есики Сасаи (Yoshiki Sasai)
Есики Сасаи (Yoshiki Sasai), руководитель Центра биологии развития японского института физико-химических исследований (RIKEN)

Профессор Сасаи считает, что ему удалось доказать, что   развитие глазного бокала обусловлено не внешними сигналами, а сигналами изнутри клеток. Вероятно, стволовые клетки эмбриона хранят «внутренние генетические программы», которые можно активировать. А уже дальше клетки самостоятельно принимают решения и формируют правильный зачаток глаза.  Удивителен факт, что клетки в искусственных условиях вне организма способны действовать точно так же, как в зародыше.

Зачаток глаза, выращенный в пробирке
Зачаток глаза, выращенный в пробирке

Ученые в своих исследованиях сделали следующий шаг.  Клетки извлекались из выращенного в искусственных условиях глазного бокала и дальше в биореакторе на специальной матрице из этих клеток смогли вырастить объемную шестислойную структуру, которая напоминала строение нормальной зрелой сетчатки глаза.

Биоискусственный зародыш глаза человека, выращенный из стволовых клеток в пробирке
Биоискусственный зародыш глаза человека, выращенный из стволовых клеток в пробирке

В следующем эксперименте, проведенном в лаборатории Есики Сасаи, уже человеческие клетки-предшественники спонтанно и самопроизвольно вне организма в биореакторе смогли образовать шаровидную структуру, в которой на двадцать шестой день насчитывалось около 9 тысяч клеток. К сороковому дню сформировался глазной бокал, поперечный размер которого составлял около 550 микрометров. На 126-й день эксперимента глазной бокал с внешней стороны уже был представлен новообразованным пигментным эпителием сетчатки, а с внутренней — специализированными слоями клеток. Точно такие же слои образуют клетки и в нормальной сетчатке человека. Было доказано, что из стволовых клеток человека в искусственных условиях смогли сформироваться узко специализированные клетки: фоторецепторы (колбочки), биполярные и ганглиозные клетки.  В ходе экспериментов с человеческими стволовыми клетками и стволовыми клетками животных были выявлены отличия. Различались сроки формирования глазных бокалов и их размеры. Человеческая закладка глаза была в десять раз больше по объёму, по сравнению с мышиной, и, соответственно, больше в диаметре, при этом их размеры практически соответствовали аналогичным структурам, нормально развитым в живом организме в сходные сроки.

Фред Гейдж (Fred Gage)
Фред Гейдж (Fred Gage), руководитель Лаборатории генетики Института Салка

Профессор Фред Гейдж обнаружил, что если из мозга подопытной крысы извлечь стволовые клетки и пересадить в нормальный здоровый глаз, то с этими клетками ничего происходить не будет. Но, если кусочек мозговой ткани, содержащий стволовые клетки, пересадить в разрушенную сетчатку глаза крысы, то судьба пересаженных клеток меняется. Гейдж предположил, что пересаженные стволовые клетки головного мозга начинают превращаться в нейроны сетчатки, причем эти нейроны активно выпускают отростки — аксоны, которые врастают в зрительный нерв и начинают передавать зрительный сигнал в мозг.  Возможно, что при повреждении сетчатки глаза вырабатываются какие-то биологически активные вещества (возможно факторы роста), которые стимулируют нейрогенез сетчатки. Однако точный механизм обнаруженного явления Гейдж объяснить не смог.

Г.П. Лопашев, эмбриолог, доктор биологических наук, профессор Института биологии гена РАН
Г.П. Лопашев, эмбриолог, доктор биологических наук, профессор Института биологии гена РАН

А выдающемуся советскому ученому Г.П. Лопашеву удалось объяснить, как регенерирует сетчатка в подобных условиях эксперимента на 50 лет раньше исследований Фреда Гейджа на другой аналогичной экспериментальной модели. Известно, что у взрослых лягушек сетчатка глаза не способна самостоятельно регенерировать после любого существенного повреждения.  Пигментный эпителий глаза не способен к пролиферации, а без сетчатки этот эпителий не может участвовать в ее восстановлении. Однако, если в эксперименте удалить сетчатку, и при этом оставить слой пигментного эпителия неповрежденным, то после аллогенной трансплантации в место дефекта тканей глаза мелкого кусочка сетчатки, забранного у головастика, пигментный эпителий активируется, дедифференцируется и превращается в новую сетчатку, которая полностью восстанавливает зрительную функцию глаза. При этом сама пересаженная чужая нервная ткань в регенерации не участвует и удаляется организмом (рассасывается) из глаза. Этот пример регенерации является частным случаем открытого русским профессором Л.В. Полежаевым способа регенерации путем индукции.

Стволовые клетки и регенерация хрусталика у человека

Последние дни в средствах массовой информации у нас и за рубежом появилась лавина однообразной, с разной степенью неточностей публикаций о выращенном хрусталике глаза у человека. Журналисты речь ведут о том, что «Ученые впервые восстановили хрусталик глаза с помощью стволовых клеток». 

Кан Чжан (Kang Zhang)
Кан Чжан (Kang Zhang), профессор офтальмологии директор Института геномной медицины (генетика глазных болезней), содиректор Института биоматериалов и тканевой инженерии в медицине Университета Калифорнии (Сан-Диего, США), так же предложивший использовать ланостерол (предшественник всех природных стероидов), для растворения белковых скоплений в хрусталике при катаракте

Южи Лю (Yizhi Liu)
Южи Лю (Yizhi Liu) профессор-офтальмолог и президент Офтальмологического центра Чжуншань Университета Сунь Ятсена в Китае

В журнале «Природа» большим коллективом, включающим 43 авторов, работающих в 9 сотрудничающих между собой научных учреждениях США и Китая, была опубликована статья «Регенерация хрусталика с помощью эндогенных стволовых клеток с усилением зрительной функции (Lens regeneration using endogenous stem cells with gain of visual function)». http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17181.html

Идея исследования возникла у авторов, наблюдавших изредка встречающееся осложнение после имплантации искусственной линзы, заменяющей помутневший хрусталик при операции по удалению катаракты. Осложнение связано с неполным удалением капсулы (сумки) хрусталика с ростковой зоной его эпителия. Капсулярный эпителий в таких случаях часто разрастается по поверхности искусственной линзы, вызывая ее заметное помутнение. Было выдвинуто предположение о возможности самостоятельной частичной репаративной регенерации хрусталика. Надо отметить, что в офтальмологии достаточно длительно существовал миф или ложное убеждение, что хрусталик глаза обновляется крайне медленно и к заметной регенерации не способен вовсе.

Была разработана техника операции удаления основного вещества — волокон хрусталика через маленький прокол капсулы сбоку от центра с сохранением капсулярного эпителия хрусталика вместе с его собственными стволовыми клетками (герминативной зоной, эпителиальными стволовыми/предшественниками клетками хрусталика (lens epithelial stem/progenitor cells (LECs)).


Метод сначала был успешно испытан в экспериментах на животных, наблюдали регенерацию хрусталика после операции у кроликов, а затем уже все повторили и на приматах (обезьяны макаки), млекопитающих, более близких к человеку по строению тела.

Была описана динамика регенерации хрусталика, восстановление шло от периферии к центру. Самое удивительное, что полное восстановление хрусталика у животных происходило достаточно быстро (в течение 7 недель).

Для авторов такое проявление регенерации показалось чем-то исключительным, и они заговорили о создании новой стратегии в регенеративной медицине, которую назвали «выращивание своего собственного» глазная регенеративная хирургия ('Grow-Your-Own' Eye Repair Surgery), что верно по сути только для офтальмологии. 

Им стали петь дифирамбы разные научные комментаторы-резонеры, которых сегодня очень много.

Душко Илич (Duško Ilić)
Душко Илич (Duško Ilić)

Так, Душко Илич, исследователь стволовых клеток в Королевском колледже Лондона, назвал эту технологию «одним из лучших достижений в области регенеративной медицины до сих пор». 

Авторы считают, что предоставили на суд мировой научной общественности новую парадигму для регенерации тканей с использованием эндогенных стволовых клеток. Что не совсем верно. Надо отметить, что подобный способ регенерации органа за счет его росткового слоя на периферии давно известен. Например, если удалить из-под надхрящницы гиалиновый реберный хрящ грудной клетки человека, то хрящ, а с ним соответственно и вся эта хрящевая часть ребра прекрасно полностью восстановится, и источником его вос-становления так же явятся стволовые и прогенеторные клетки, расположенные в над-хрящнице, расположенные вокруг хрящевой ткани. 

Строго говоря, излишний акцент в описании технологии на стволовые клетки хрусталика (lens epithelial stem/progenitor cells (LECs)) не совсем уместен, поскольку с этими клетками никаких манипуляций не проводили. Поэтому «выращивания своего собственного» хрусталика не может быть отнесена к клеточным технологиям. Известно, что источником репаративной регенерации могут являться или камбиальные клетки, обычные клетки, которые прошли дедифференцировку после повреждения, или обычные клетки, которые про-ходят стадию активации перед делением. В случае с хрусталиком еще надо разбираться в его репаративном гистогенезе.  Речь может вестись о полноценной репаративной регенерации (реституции) патологически измененного хрусталика.  Регенерация идет путем за-полнения дефекта, а в ходе операции на хрусталике создаются условия для реализации самопроизвольного восстановления этой части глаза с восстановлением всех свойств.

Итак, эксперимент завершился крайне удачно – через семь недель после операции хрусталик полностью восстановился, и животные обрели полноценное зрение. После этого успеха ученые получили разрешение на проведение клинических испытаний на группе из 12 младенцев до 2 лет, родившихся в Китае с врожденной катарактой глаз.

Безусловно врожденные катаракты – серьезная проблема в детской офтальмологии. Если своевременно не восстановить прозрачность оптических сред глаза, то ребенок может на всю жизнь остаться слепым или слабовидящим. Имплантация искусственной линзы тоже не простая задача, так как орган зрения растет вместе с ребенком и меняются параметры оптической системы глаза.

Вид глаз ребенка с врожденной катарактой
Вид глаз ребенка с врожденной катарактой

Динамика регенерации хрусталика
Динамика регенерации хрусталика

Через 3–5 месяцев, прооперированные хрусталики у всех грудничков полностью восстановились, причем показатели рефракции, аккомодационная способности и прозрачность хрусталика соответствовали норме, таким образом дети обрели полноценное зрение и сохранили свой собственный хрусталик. Это серьезное достижение в регенеративной детской офтальмологии, позволяющее выращивать собственные полноценные и живые прозрачные хрусталики, благодаря достаточной несложной микрохирургической операции. 

Сейчас авторы статьи работают над усовершенствованием данной методики для восстановления зрения при катарактах у пожилых людей.


В 2003 году под руководством уже упомянутого выше профессора Георгия Викторовича Лопашова, впервые в мире в глазу крысы в нашей стране вырастили новый хрусталик. Причем эта технология существенно более революционна, чем американо-китайская. Для развития хрусталика заново на пустом месте из всего набора информационных белков, управляющих развитием хрусталика в ходе эмбриогенеза, удалось выделить лишь один и самый главный, отвечающий за формирование хрусталика, его форму, размер и т.д.. Именно этот белок был применен в эксперименте на крысах и дал сигнал клеткам глаза превратиться в хрусталик. Этот информационный белок был предварительно выделен из эмбриональной ткани африканской лягушки и введен в глаз после удаления хрусталика (для запуска регенерации хрусталика именно этот белок вводили в место удаленного хру-сталика). Новый хрусталик глаза вырос у крысы менее, чем за месяц.


Были надежды, что восстановить таким образом поврежденный или отсутствующий хру-сталик глаза у человека станет возможным уже через 3–5 лет. Но нищенское существова-ние наших настоящих ученых, и постоянное отсутствие денег на прорывные исследования не позволили продолжить работу, и Россия в очередной раз потеряла научный приоритет уже в этом направлении. На сайте института есть информация, что научное направление, которое было создано профессором Г.В. Лопашовым, нашло плодотворное развитие в работах его бывших учеников и сотрудников в стенах ИБР РАН им. Н.К. Кольцова с выходом в генетику развития и регенерации глаза, экспериментальное изучение глаза млекопитающих животных и человека и весомого вклада в отечественную офтальмологию в виде созданного и внедрённого в медицинскую практику нового лекарственного средства широкого спектра действия. Однако, популяризации и поддержки научных открытий у нас практически нет, ученый, как правило, в одиночку пытается донести важность своих работ, но руководителей учреждений науки это, как правило, совершенно не интересует, в реальности об этих достижениях и приоритетах никто из офтальмологов ни у нас в стране, не за рубежом не осведомлен.

Исследователи из Центра геномного регулирования в Барселоне открыли новый метод инициации регенерации нейронов сетчатки при глазных болезнях.

Мария Пиа Косма (Maria Pia Cosma)
Мария Пиа Косма (Maria Pia Cosma), профессор Института генетики и биофизики (Испания)

Профессор Пиа Косма и ее команда использовали метод, известный как слияние соматических клеток (cell fusion)  для того, чтобы вызвать регенерацию необратимо разрушенной в результате глазного заболевания сетчатки.  Работа достаточно революционная и повторяет ряд результатов, полученных в нашей лаборатории. Во-первых, была обнаружена сама  возможность слияния нейронов глаза и клеток костного мозга, во-вторых, установлено, что такое слияние приводит к полезному перепрограммированию клеток сетчатки, после которого  инициируются процессы восстановления и «оживления» сетчатки глаза.

Суть инновации заключается в том, для ремонта сетчатки было предложено в нее трансплантировать аутологичные стволовые клетки костного мозга. Введенные недифференцированные клетки сливаются с нейронами сетчатки, помогая вернуть зрение. Данное исследование находится на очень ранней стадии, но уже проявлен большой интерес биотехнологических компаний в продолжении этого перспективного направления исследований.

Logos
На сегодняшний день не существует стандартных способов  лечения сухой формы макулярной дегенерации сетчатки, которая является наиболее распространенной формой заболевания и основной причиной слепоты в развитых странах мира, и болезни Штаргардта, которая является наследственной причиной прогрессирующей потери зрения, в возрасте от 10 до 20 лет. При этих заболеваниях повреждается и атрофируется слой пигментного эпителия, расположенный под сетчаткой. Эти клетки эпителия поддерживают, защищают и обеспечивают питание фоторецепторов глаза. С течением времени гибель этих клеток и снижение количества фоторецепторов при таких заболеваниях постепенно приводит к слепоте, в первую очередь за счет снижения центрального зрения.

Стивен Шварц  (Steven D. Schwartz) (справа) и Роберт ЛАНЗА (Robert Lanza ) (слева)
Стивен Шварц  (Steven D. Schwartz) (справа), профессор офтальмологии, заведующий отделением заболеваний сетчатки глаза Института Жюля Стейна и профессор офтальмологии медицинской школы Дэвида Геффена при Калифорнийском университете, и Роберт ЛАНЗА (Robert Lanza ) (слева), профессор клеточной биологии, главный научный сотрудник компании Advanced Cell Technology

В ходе лабораторных исследований американские ученые установили безопасность введения аллогенных эмбриональных стволовых клеток в сетчатку глаза подопытным крысам, более того, подобная методика позволяла частично восстанавливать зрение у крыс, являющихся лабораторными моделями возрастной макулодистрофии.   В дальнейших исследованиях Роберт Ланза из американской биотехнологической компании Ad-vanced Cell Technology вместе с Стивеном Шварцом из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показали безопасность и эффективность применения аллогенных человеческих эмбриональных стволовых клеток и полученных из этих клеток пигментного эпителия для лечения глазных болезней у человека. Была проведена в пространство под сетчаткой глаза трансплантация десяток тысяч аллогенных эмбриональных стволовых клеток человека, полученных путем терапевтического клонирования (методика не предполагает гибели эмбриона), двум женщинам, одна из которых страдала болезнью Штаргардта (возраст 50 лет), а другая — с сухой формой возрастной макулодистрофии (возраст 70 лет). Обе пациентки успешно перенесли трансплантацию эмбриональных стволовых клеток человека, и восстановительный послеоперационный период прошел у них без осложнений.

Профессор Стивен Шварц и пациентка  с болезнью Штаргардта после операции
Профессор Стивен Шварц и пациентка  с болезнью Штаргардта после операции

Поскольку пересаженные клетки были чужеродными, то пациенткам после трансплантации в течение нескольких недель проводили низкодозную иммуносупрессивную терапию. В течение 2 лет наблюдения не было выявлено каких-либо нежелательных реакций, признаков отторжения и аномального роста клеток.  Поэтому Американское Управление по продуктам и лекарствам (FDA) выдало разрешение на проведение клинических испытаний по данной методике восстановления зрения путем введения стволовых клеток в сетчатку глаза 12 пациентам с возрастными дегенеративными заболеваниями сетчатки.  А в ноябре прошлого выдало лицензию на проведение испытаний этого метода лечения уже в группе детей с наследственным заболеванием сетчатки — макулодистрофией Штаргардта.

Однако, у обоих пациенток отмечается лишь умеренное улучшение зрения при стандартных тестах оценки остроты зрения. Например, при болезни Штаргардта до операции женщина могла различить только взмахи руками, теперь она видит движение одного пальца. После лечения пожилой пациентки с макулярной дегенерацией также отмечается лишь некоторое улучшение функции зрения. Если раньше она была в состоянии разобрать только 21 букву в таблице (острота зрения 0,5), то после трансплантации, острота зрения стабилизирована на уровне 28 букв (острота зрения 0,7).

Ученые из Калифорнийского Университета в Ирвайне создали в лаборатории с помощью человеческих эмбриональных стволовых клеток новую биоискусственную сетчатку глаза, состоящую из 8-ми слоев — это трехмерная полностью сформированная часть глаза предположительно готовая к трансплантации.

Созданные в лаборатории сетчатки возможно смогут стать эффективными для лечения возрастных дегенераций желтых пятен или пигментных ретинитов. Ученые заявляют, что им практически полностью удалось создать комплексную структуру, в которую входит множество различных типов клеток. Сейчас многие люди во всем мире теряют зрение из-за проблем с сетчаткой, которые не поддаются лечению существующими методами.

Ханс Кайрстид (Hans S. Keirstead)
Ханс Кайрстид (Hans S. Keirstead), профессор анатомии и нейробиологии Научно-исследовательского центра стволовых клеток Сью иБилл Гросс, Университета Калифорнии в Ирвине (США)

Ханс Кайрстид заявил, что его группа освоила процесс и нашла уникальные биоинженерные решения, с помощью которых удалось послойно дифференцировать эмбриональные стволовые клетки человека, в градиентах концентраций биологически активных веществ-индукторов ранних стадий развития сетчатки глаза в эмбриогенезе для дифференцировки в интегрированные между собой клетки сетчатки взрослого глаза. Кайрстид заявляет: «Самой главной сложностью здесь была инженерия, когда нам нужно было научить клетки делиться по тому сценарию, который мы им задали. Создание полноценного органа человека — это новая сфера деятельности для стволовых клеток».

 

cellular_dynamics_international_inc  uw_stemcell  McPherson

Исследователи из американской компании «Клеточная Динамика International» и Университета Висконсина вырастили относительно зрелую сетчатку глаза, воспользовавшись в качестве исходного материала лимфоцитами (или циркулирующими стволовыми клетками крови) и клетками кожи, взятыми от донора человека.Эта биомедицинская технология имеет большие перспективы, так как исключает проблему тканевой несовместимости при трансплантации донорского материала реципиенту. В перспективе пациенту из его же клеток вырастят часть глаза, которая пока в теории способна будет заменить поврежденную. Фактически пересадка сведется к аутотрансплантации. Сначала полученные клетки в лабораторных условиях перепрограммировали, превратив в так называемые индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPScells), а затем в специальной среде внутри биореактора, под воздействием факторов дифференцировки в iPS клетках запустилась генетическую программу развития рецепторного аппарата глаза, и бесформенная масса клеток образовала органотипичную структуру — несколько слоёв сетчатки. Во внешнем слое клетки превратились в фоторецепторы, в среднем и внутреннем — в нейроны сетчатки и ганглиозные клетки соответственно. Важным открытием стала способность этой разновидности стволовых клеток в управляемых учеными условиях не только делиться и увеличивать свое количество, но и вступать в эффективные взаимодействия, новообразованные нейроны оказались способны отращивать аксоны, дендриты и формировать синапсы, с помощью которых клетки смогли начать процесс обмена информацией. 

Культивированные iPS-клетки через 72 дня эксперимента
Культивированные iPS-клетки через 72 дня эксперимента. Слои фоторецепторов (красный цвет), нейронов (синий) и ганглиозных клеток (зелёный) аналогичны тем, что формируются в настоящей сетчатке по мере её развития (фото University of Wisconsin-Madison)

Несмотря на некоторую примитивность строения полученной в пробирке биоискусственной сетчатки, этот фрагмент или анатомическая часть глаза демонстрирует сложную архитектонику и достаточно четкое разделение разно дифференцированных клеток по слоям. Пока такая технология может быть использована только в экспериментальных биомедицинских исследованиях, и только в перспективе — в лечении заболеваний глаз у людей.

Дэвид Гамм (David Gamm), офтальмолог, всемирно известный специалист по выращиванию сетчатки из стволовых клеток
Дэвид Гамм (David Gamm), офтальмолог, всемирно известный специалист по выращиванию сетчатки из стволовых клеток человека, Директор Глазного Исследовательского института при Университете Висконсин

Дэвид Гамм  считает, что несмотря на огромные технические сложности по вживлению такой биоискусственной сетчатки в глаз и непонятные пока перспективы врастания отростков клеток сетчатки в мозг для передачи зрительного сигнала, сама возможность вырастить в лаборатории сетчатку из клеток крови больного вселяют большой оптимизм. Технология привлекает сравнительной простотой получения исходного клеточного материала и абсолютной гистосовместимостью.   

Cправа создатели этой тканеинженерной конструкции Дэвид Гамм и Ручира Сингх
Тим Риз (слева) и его сестра Тереза Селзер (слева) (они страдают наследственной патологией глаз, при котором сетчатка постепенно разрушается, и они необратимо слепнут) держат свои собственные биоискусственные «запасные части»глаза в лабораторных флаконах, справа создатели этой тканеинженерной конструкции Дэвид Гамм и Ручира Сингх.

Японские ученые подошли к клиническому применению стволовых клеток и клеточных технологий для лечения глазных болезней, а именно макулодистрофии сетчатки глаза у пожилых людей. Наибольший успех был достигнут группой исследователей из Национального института естественных наук. В группу исследований набираются пациенты с влажной формой макулодистрофии сетчатки.  Эта форма   заболевания сетчатки встречается почти в 10 раз реже, чем макулодистрофия сухого типа, но считается намного опаснее, так как значительно быстрее прогрессирует, и пожилые люди слепнут достаточно быстро. При влажной форме гибнет пигментный эпителий сетчатки, который обеспечивает нормальную жизнедеятельность светочувствительных фоторецепторов глаза, более того за сетчаткой начинают расти новые патологические кровеносные сосуды, нарушающие нормальное строение глаза.  

Масейо Такахаши (Masayo Takahashi), руководитель команды регенерации сетчатки
Масейо Такахаши (Masayo Takahashi), руководитель команды регенерации сетчатки Центра биологии развития Исследовательского института RIKEN (Япония)

Макак-крабоед (лат. Macacafascicularis)
Макак-крабоед (лат. Macacafascicularis)

Исследованиям на людях предшествовали эксперименты с глазами обезьян-крабоедов. Используя методы перепрограммирования обычных клеток кожи ученым удалось получить массу индуцированных стволовых клеток, из которых удалось вырастить часть сетчатки глаза, а точнее — пласт пигментного эпителия размером один на два миллиметра. Далее этот фрагмент (выращенный в лаборатории пигментный эпителий) пересаживали на тыльную сторону сетчатки, причем от животного, у которого брали кожу, пересаживали производный из его же клеток трансплантат.  Важным моментом подобной технологии является использование своих собственных клеток, что исключает сложную проблему тканевой совместимости. По прошествии более года от начала эксперимента с трансплантацией биоискусственной запасной части сетчатки у макак не было замечено никаких неприятностей с глазными яблоками, пересаженный пласт клеток нормально прижился.

Синъя Яманака (Shin'ya Yamanaka), профессор Института передовых медицинских наук
Синъя Яманака (Shin'ya Yamanaka), профессор Института передовых медицинских наук (Institute for Frontier Medical Sciences), директор Центра по исследованию и применению индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клетки), (Center for iPSCell Researchand Application (CiRA)) Университета Киото. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2012 года.

Алексей Ковалёв и Синъя Яманака
Алексей Ковалёв и Синъя Яманака

Для получениябиоискусственногоаутотрансплантата для восстановления зрения у человека, Такахаши с коллегами планируют брать маленький кусочек кожи с плеча каждого пациента, выделить клетки, перепрограммировать их по известной методике (предложенной Нобелевским лауреатом Синъей Яманакой)в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, и дальше готовить ткань для пересадки. Полученные стволовые клетки перед пересадкой надо дифференцировать в пигментный эпителий.  Затем в ходе глазной операции биоискусственный трансплантат поместят в поврежденную область сетчатки глаза с дефектом пигментного эпителия. В ходе операции планируется удалять патологические новообразованные сосуды.  Японские офтальмологи надеются, что при успешном ходе событий, пересаженные клетки начнут делиться и восстановят пигментный эпителий. Возможно, что трансплантат замедлит или сдержит развитие болезни, а перепрограммированные клетки не запустят иммунный ответ отторжения и эффект от операции будет длительным. Правительство Японии поддержало исследовательскую работу ученых, в настоящее время окончательное решение о его проведении зависит от комитета Министерства здравоохранения, труда и благосостояния Японии, в который входят 18 врачей, юристы, а также ученые, включая трех специалистов по стволовым клеткам.

 


Главная | Биоискусственные органы | Регенеративная медицина | Меланома | Рак молочной железы | Рак легких | Контакты  

© 2008–2016, Лаборатория инновационных биомедицинских технологий
Приём пациентов проходит по адресу: Москва, Каширское шоссе, дом 12
Тел.: +7 (495) 226–95–57
© 2008–2016, Laboratory of Innovative Biomedical Technologies
Phone: +7 (495) 226-95-57
Электронная почта: limbt@list.ru
Яндекс.Метрика Индекс цитирования