В то, что восстанавливать поврежденные ткани и органы можно будет с помощью собственных клеток пациента, медики не поверили бы всего каких-то 20-30 лет назад. Сейчас такие способы найдены специалистами по регенеративной медицине, а препараты на основе клеток созданы и готовятся к промышленному производству. Об этом рассказали российские ученые на Втором Форуме будущих технологий, который прошел в Москве 13-14 февраля.
Регенеративная медицина занимается восстановлением поврежденных или утраченных из-за болезни тканей человеческого организма. Для этого ученые используют новые клеточные технологии, а также препараты, созданные на основе тканевой инженерии. На одной из площадок форума участники сессии «Регенеративная медицина – способ восстановления утраченного здоровья» рассказали о новых механизмах, найденных учеными для запуска процессов регенерации, о биоинженерных материалах с уникальными свойствами для создания имплантатов и о замене поврежденных органов биотехническими аналогами.
Выращивание кожи для людей с обширными ожогами
Человек не способен восстанавливать утраченные части тела в отличие от некоторых хладнокровных существ. Однако с развитием трансплантологии у людей появилась такая возможность. Как рассказала Екатерина Воротеляк, руководитель лаборатории клеточной биологии Института биологии развития им. Кольцова РАН, эта область медицины начала развиваться с переливания крови и пересадки кожных лоскутов. Однако при значительных повреждениях (свыше 40% кожи) использование собственного или донорского лоскута не всегда возможно и помогает.
Появление методов культивирования клеток, в том числе кожи, привело ученых к пониманию того, как сэкономить ресурсы человека и доноров. Выращивание клеток позволяет в несколько сотен раз увеличить площадь кожи, полученную из одного лоскута. Первыми успешно культивировали фибробласты — клетки из глубоких слоев кожи. В 70-80-х годах прошлого века удалось вырастить клетки эпидермиса, необходимые для эффективной регенерации кожи. Затем, в конце 80-х годов, появилась возможность генетической коррекции клеток при врожденных заболеваниях, когда кожные покровы отсутствуют или не прикреплены должным образом, например, при буллезном эпидермолизе.
Сейчас ученые Института биологии развития создали линейку дерматотропных продуктов. В настоящее время разработки передаются промышленному партнеру – компании «Акрус Био Мед», которая уже построила производство на базе ОЭЗ «Технополис Москва» и получила лицензии на производство высокотехнологичных БМКП (биомедицинских клеточных продуктов — прим. ред.). Линейка продуктов включает три варианта: один из них аллогенный (содержащий клеточную линию из биоматериала человека), а остальные два — комбинированные с использованием аллогенных и аутологичных (взятых от самого пациента) клеток. Препараты предназначены для лечения тяжелых ожогов, когда ресурсы пациента ограничены. Для таких пациентов крайне важно получить максимальное количество аутологичной кожи.
Разрабатываемые в настоящее время технологии, считают ученые, в будущем позволят восстанавливать не только саму кожу, но и кожу с волосяными фолликулами. Такие продукты будут востребованы множеством потребителей и производителей.
Клеточные продукты заживляют язву при диабетической стопе
В России количество больных диабетом ежегодно увеличивается, достигнув примерно 5 млн человек. Примерно у 100 тысяч пациентов каждый год появляются диабетические язвы, из которых в 30 тысячах случаев приходится ампутировать пораженные конечности.
Примерно десять лет назад в Российском университете дружбы народов (РУДН) начались исследования по поиску клеток, которые могли бы быть использованы для создания клеточного продукта, эффективно действующего на диабетические язвы. В результате, как рассказал Алексей Люндуп, директор Научно-образовательного ресурсного центра «Клеточные технологии» РУДН, ученые остановились на мезенхимальных стволовых клетках, которые можно получить из костного мозга. Первые пилотные исследования были проведены в Сеченовском университете и показали обнадеживающие результаты. Ученым удалось зарастить даже гигантские язвы площадью в 40 кв. см — за 150 дней. Эти результаты значительно превосходят возможности других лекарственных средств. Повторное обследование пациентов через три года показало, что в этих местах больше не возникало подобных дефектов. На данный момент в медико-генетическом научном центре исследуется генетическая безопасность данного препарата. Через несколько лет планируется провести совместно с промышленным партнером регистрацию клеточного продукта при поддержке гранта Минпромторга.
Тканевая инженерия формирует новые кости
Еще один препарат, разработанный специалистами РУДН, относится к другому направлению регенеративной медицины — тканевой инженерии. Была создана технология получения тканеинженерной конструкции костной ткани на основе клеток десны. Она позволяет восстанавливать дефекты костей в челюстно-лицевой хирургии, а скорость регенерации ускорилась в 2-2,5 раза.
С помощью тканевой инженерии можно восстанавливать дефекты в некоторых случаях, когда не применимы остеопластические материалы. Для этого у пациента берется небольшой фрагмент аспирата костного мозга, из которого выделяются нужные типы клеток. Затем эти клетки культивируются ,и в биореакторе выращиваются заготовки костей для последующей имплантации. В 2023 году на базе госпиталя им. Бурденко были организованы первые клинические исследования по восстановлению костей при минно-взрывных и огнестрельных ранениях. В целом, этот тканеинженерный препарат может применяться в челюстно-лицевой и пластической хирургии, а также в онкологии.
Биоимплантат производит инсулин для пациентов с диабетом 1 типа
В последнее время ученые РУДН работают над созданием нового продукта — биоимплантата, способного вырабатывать инсулин для больных диабетом 1 типа. Этот проект осуществляется в сотрудничестве с объединенным институтом ядерных исследований в «Дубне». Сотрудники института занимаются разработкой полупроницаемых мембран, используемых при создании специальных «конвертов». Принцип действия «конверта» в том, что инсулин из него выходит, но клетки внутри конверта не страдают от иммунной системы реципиента.
Один из ключевых аспектов этого проекта — поиск подходящего источника клеток, которые могут быть использованы для производства инсулина в организме. Ученые движутся в трех основных направлениях. В первом предлагается применить донорские «островки», которые содержат инсулинпродуцирующие клетки. Второе направление — использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые могут быть превращены в любые другие типы клеток организма. Третье — генетическая модификация других клеток, чтобы они начали синтезировать инсулин. К концу года планируется создать рабочий лабораторный биоимплантат, который можно будет устанавливать пациентам с диабетом 1 типа. Проведенные эксперименты показали, что этот биоимплантат способен «жить» в организме несколько месяцев.
ИПСК для регенеративной медицины
За открытие нового источника для создания клеточных продуктов японский ученый Синъя Яманака получил Нобелевскую премию. Он установил, что при внесении в клетку кожи всего четырех генов, которые управляют работой других генов, можно вернуть взрослую клетку в зачаточное состояние. Эти клетки получили название индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). Они могут быть взяты от любого донора и в зависимости от условий делиться или превращаться в любые другие клетки: сердца, кожи, костей или крови.
Таким образом, человечество получило уникальную возможность для каждого пациента сделать его собственные стволовые клетки. Как рассказала Мария Лагарькова, гендиректор Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины им. Лопухина, сейчас эта технология стала обычной, ее могут выполнить бакалавры в вузе. Технология получила высокую оценку потому, что таким образом можно вырастить определенный тип клеток любого органа, чтобы тестировать лекарства на нужных клетках. Можно сделать модель заболевания из индуцированных клеток и проводить фундаментальные исследования, изучать механизм протекания болезни. Возможно также менять геном клетки и исправить мутацию, если есть наследственное заболевание, которое приводит к поражению тех или иных типов клеток.
Новые горизонты: хрящевые клеточные продукты
Российские ученые Центра Лопухина вместе с командами из других вузов активно занимаются разработкой инновационных хрящевых клеточных продуктов. В основе этой технологии лежит использование собственных клеток пациента, полученных при проведении биопсии. Благодаря проведенным доклиническим исследованиям, удалось создать оригинальную методику, которая скоро будет опробована в клинических условиях.
Когда серьезно поражен хрящ и нельзя использовать клетки пациента, по словам Марии Лагарьковой, изготавливаются ИПСК этого пациента и дифференцируются в хрящ. Также можно использовать аллогенный материал и модифицировать клетки так, что их не распознает даже иммунная система реципиента. Эти клетки нужны в ортопедии, пластической хирургии, травматологии при повреждении хряща. Кроме того, центр в кооперации с учеными других вузов работает над созданием пигментного эпителия сетчатки и делителия роговицы. Эти технологии позволят лечить макулярную дегенерацию — серьезное заболевание, которое приводит к потере остроты зрения.
Мышечная ткань из десны
До 70% людей на протяжении жизни переносили различные травмы, связанные с мышцами. Кроме того, потерей мышечной массы страдают пожилые люди и пациенты с орфанными заболеваниями. Достать клетки из самих мышц для создания клеточных продуктов для лечения заболеваний сложно из-за их расположения.
Ученые Российского научного центра хирургии им. Петровского смогли найти решение этой проблемы, использовав для восстановления мышечной ткани клетки слизистой оболочки рта. Илья Еремин, заместитель директора центра, объяснил, что десна обладает высокой способностью восстановлению и обновлению. При определенных условиях из кусочка десны размером всего несколько миллиметров можно получить клетки хряща, кости или жировой ткани. Ученые сделали удивительное открытие: оказалось, что клетки, полученные из определенных областей десны, спонтанно формировали вытянутые структуры, похожие на мышечные трубочки. Исследование показало, что эти структуры полностью соответствуют мышечным, а гены, которые были найдены в этих «трубочках», полностью совпадали с генами, отвечающими за развитие мышц. Таким образом, был обнаружен новый источник клеток для восстановления мышц.
Эксперименты на животных подтвердили, что введение клеток десны значительно ускоряет процессы регенерации в поврежденных мышцах, при этом не оставляя рубца. Сейчас ученые рассматривают клетки десны как уникальную платформу для доставки геннотерапевтических препаратов и донорской генетической информации внутрь клеток, а также для производства в будущем биомедицинского клеточного продукта способного лечить генетические заболевания мышечной ткани и восстанавливать ее функцию.
Российские ученые надеются, что новые возможности и инновационные продукты при поддержке государства в скором времени станут доступными для лечения большого числа пациентов.
Текст: Елена Бадьина
