Клетки с репутацией

[admin]

В будущем медицина станет использовать «живые аптеки», а не лекарства, основанные на химии.

Главная проблема стволовых клеток заключается в их запятнанной репутации. Ситуация, когда медицинское применение опережает научные доказательства, привела к тому, что сегодня клеточная терапия стала для многих синонимом шарлатанства. Однако в разных странах ведутся серьезные эксперименты, о которых мало пишут в широкой прессе, но которые приводят к фантастическим результатам.
Профессор Арнольд КАПЛАН — американский ученый, которому в числе первых удалось выделить взрослые стволовые клетки из костного мозга, и основатель Osiris Therapeutics, одной из ведущих компаний в области клеточной терапии, — на днях выступил с лекциями в Москве. Он рассказал «Профилю» о последних испытаниях на людях и животных в США и о будущем регенеративной медицины в мире.
— Доктор Каплан, когда речь заходит о стволовых клетках, в головах обычных людей обнаруживается невероятная путаница. Многие вообще не знают, что это такое, а воспринимают их в совокупности как образ спасения. Хотелось бы услышать вашу публичную версию.
— Проблема в том, что люди часто путают разные типы стволовых клеток, а в этом корень вопроса. Существуют, как известно, клетки эмбриональные, которые обеспечивают развитие организма и способны превратиться в любой вид ткани, — именно их применение и вызывает острые этические споры. Но есть еще взрослые стволовые клетки, которые живут в нашем теле постоянно и обеспечивают регенерацию или восстановление других клеток, тканей. Собственно, благодаря им мы существуем.
Но и взрослые стволовые клетки подразделяются на два разных типа. Гемопоэтические — предшественники клеток крови, которые содержатся в костном мозге и самой крови, и мезенхимальные (МСК) — их источником также является костный мозг, но кроме этого сама кость, жир, подкожная клетчатка и некоторые другие ткани организма. Известно, что по мере того, как мы растем и живем, количество МСК в нашем организме становится все меньше и меньше (в отличие от гемопоэтических, уровень которых остается примерно одинаковым). В 15-летнем возрасте это одна клетка на 100 тыс., а в 60-летнем — уже одна на миллион. Это драматическое сокращение очень сильно влияет на все процессы, которые происходят в организме.
— Почему вы лично занимаетесь именно взрослыми мезенхимальными стволовыми клетками и, вообще, почему в Америке пошли этим путем?
— В конце 80-х годов ХХ века в одном из научных журналов впервые был опубликован рисунок, который показывал, как из МСК путем дифференцировки могут возникать различные виды тканей — кость, хрящ, мышцы, костный мозг, сухожилия и другие. Однако исходная научная информация о таком превращении появилась гораздо раньше — в конце 1960-х — начале 1970-х в работах Александра Фриденштейна, советского ученого, известного сейчас во всем мире. С этой точки зрения я считаю его своим дедушкой в науке.
Я потратил много лет, изучая МСК в конечностях у развивающихся эмбрионов. Логика тех ранних экспериментов привела меня к возможности работы с взрослыми клетками. Я понял, что если взять, например, обработанный кусочек кости от одного человека и пересадить его в мышцу другого, то вокруг этой кости в мышце нарастает огромный объем костной ткани. Значит, существуют взрослые клетки, которые можно использовать. После этого появился интерес к костному мозгу как к источнику таких клеток, и дальше мы работали в основном именно с этим источником.
Вместе с коллегами мы разработали быструю и надежную процедуру очистки таких клеток в лаборатории. Упрощенно говоря, костный мозг (от 20 до 40 мл) специальным образом обрабатывают, в результате чего осаждаются эритроциты. Клетки без эритроцитов помещают в чашку Петри, где они размножаются и растут, образуя колонии. Трудность метода заключается в том, что колонии растут на 10-процентной телячьей сыворотке, которая, к сожалению, не всегда оказывается чистой — из 30 продаваемых образцов в среднем пригоден для эксперимента только один. Если сыворотка подобрана неудачно, данные экспериментов воспроизвести не удастся.
В процессе эксперимента мы пассируем клетки, перенося их в новые чашки Петри. Если мы переходим к 10-му пассажу, число клеток возрастает в миллиарды раз. Но для клинического использования достаточно трех-четырех пассажей, когда из 10 кубиков костного мозга мы выделяем примерно 500 млн клеток.
— Насколько долгим был путь от получения материала до его применения?
— Опыт работ с МСК еще раз подтвердил простую истину: с момента открытия явления в биологии до начала его использования в медицине должно пройти как минимум 20—30 лет. Так, Уотсон и Крик открыли двойную спираль ДНК в 1953 году, и только в 1976-м была создана фирма «Генотек», а в 1990-м — другая компания, «Эпоген», которая, в частности, сегодня помогает французам выигрывать «Тур де Франс».
У нас картина та же: рубеж 1960-х — 1970-х — открытие Фриденштейна, 1992 год — появление фирмы Osiris, которая производила клеточные препараты и в начале нынешнего века привела их в клинику. Но о полноценном использовании открытия стволовых МСК говорить еще рано. Оно должно привести к настоящей революции в области медицины — появлению регенеративной медицины, которая задействует все органы и ткани человека и изменит в будущем подходы к лечению пациентов. Хотя это уже происходит сейчас, на наших глазах.
— Как при помощи взрослых стволовых клеток можно регенерировать ткань?
— В первую очередь надо уметь выделять клетки, добиться того, чтобы они дифференцировались в нужном направлении; необходимы вещества, которые помогают им расти (ростовые факторы), и, наконец, нужны некие структуры, которые обрисовывали бы морфологию, форму образующейся ткани, очерчивали бы ее края.
Наша группа опубликовала достаточное количество работ, где мы показали на животных, что с помощью взрослых клеток, выделенных из костного мозга, можно обеспечить развитие хряща, кости, сухожилия и т.д. Одной из задач компании Osiris, которую я организовал, было использование новых так называемых биоортопедических материалов клеток для регенерации хряща, костей и мягких тканей.
Каким же образом это происходит? Давайте сначала посмотрим, как отвечают на повреждения разные ткани и организм в целом на разных стадиях развития. У эмбриона после повреждения воспалительный процесс выражен очень мало — во всех тканях идет активная регенерация и практически не образуется рубцов. Если у формирующегося эмбриона каким-то образом повредить губы, то, в конце концов, родится абсолютно нормальный ребенок. Но если подобную травму получит взрослый человек, ему придется идти к пластическому хирургу. У взрослых повреждения сопровождаются сильным воспалительным процессом, ткань пытается регенерировать, но не особенно успешно, и в результате образуется рубец. Задача клеточной терапии заключается в том, чтобы усилить процесс регенерации за счет исключения образования рубца. Мезенхимальные стволовые клетки именно это и делают, однако не напрямую — механизм их действия очень сложен. Это не превращение клеток в нужную ткань — эффект достигается за счет приведения в действие огромного количества биоактивных факторов.
К примеру, МСК способны выделять факторы, подавляющие иммунную систему. Очень многие лаборатории занимались разгадкой механизмов этого их свойства, не буду останавливаться на деталях, но в результате цепочки процессов Т-клетки теряют способность образовывать антигены к чужеродному белку и делиться. Так что МСК, выделенные из костного мозга одного человека и введенные другому, не будут замечены иммунной системой. Следовательно, организм не будет их отторгать. И именно это свойство позволяет уже сегодня использовать взрослые клетки от донора для иммунотерапии.
— Приведите, пожалуйста, примеры. Какие клеточные препараты испытываются на людях?
— Начну с заболевания, которое носит название «Трансплантант против хозяина». Мы работали с онкологическими больными, у которых после неудачной пересадки костного мозга началась реакция отторжения и которым не помогло традиционное лечение. Внутривенно им были ведены препараты, созданные на основе МСК, полученных из донорского костного мозга. Через шесть месяцев 95% пациентов были еще живы! Для сравнения — при обычной терапии это около 25%.
Но наиболее впечатляющие результаты удалось получить на детях. Отбор в группу был очень жестким — это дети, умиравшие в результате реакции отторжения, которым оставалось жить всего несколько дней. У таких пациентов кровоточит практически вся кожа, поражен желудочно-кишечный тракт. 12 детей в возрасте от 5 месяцев до 15 лет получили от 3 до 21 инъекции МСК. 7 из 12 (58%) гибнущих пациентов полностью выздоровели. У 75 % наблюдалось значительное улучшение состояния, прекратилось кровотечение.
Вообще, для всех нас, изучавших классическую иммунологию в университете лет сорок назад, такой эффект был неожиданностью, и данные этих экспериментов фактически заложили основу для современной иммуносупрессорной (подавляющей) терапии. После этого первого успеха мы начали планировать другие клинические испытания, и следующей стала болезнь Крона — воспалительный процесс в кишечнике. После однократного введения МСК интенсивность воспаления значительно снижалась. Сегодня на фармацевтическом рынке нет ни одного лекарства, которое обеспечивало бы такой эффект при этом заболевании.
— Известно, что эти препараты испытываются и в менее экзотических случаях, например, при инфаркте, инсульте. Какие здесь перспективы?
— Действительно, эксперименты охватывают широкий круг заболеваний, правда, во многих случаях — еще пока на животных. Например, у подопытных мышей, крыс и свиней искусственно вызывали инфаркт миокарда. Можно было наблюдать, как в течение нескольких дней развивается воспалительный процесс, как через несколько недель на месте повреждения образуется рубец, а через несколько месяцев — ремодулируется стенка сердца. Ремодулирование — это гипертрофия, увеличение размеров сердца, благодаря которой сохраняется объем закачиваемой крови, но одновременно возникают трудности с прохождением электрического импульса. То же самое происходит и у людей.
Далее, во время эксперимента мы видели, как клетки помогают восстановить работу сердца. Кстати, сначала их вводили непосредственно в зону инфаркта, теперь это делается внутривенно. Во время последних экспериментов в Кливленде МСК помечали специальными молекулами, и на снимке можно видеть весь их путь: от хвостовой вены, куда их вводят, до появления через некоторое время в зоне, где возник инфаркт. Можно видеть фотографии срезов сердца: в обычном случае образуется зона инфаркта и через некоторое время — гипертрофия стенки левого желудочка. При введении МСК через 6—8 недель происходит полное восстановление зоны поражения.
Теперь об испытании на людях — все они, кстати, проводились за счет грантов Национального института здоровья США. Участвовали 53 пациента, у которых в результате клеточной терапии число аритмий было снижено в 4 раза. Вдвое по сравнению с контрольной группой снизились нарушения ритма желудочков. Сердце после такого воздействия быстрее возвращается к нормальной функции. Неожиданным оказалось улучшение функции легких.
Пара слов об экспериментах из области ортопедии — уже на животных. Из коленного сустава взрослых коз удаляли медиальный мениск, хотя не полностью — небольшую часть тканей оставляли. Через две недели коз заставляли работать на специальном тренажере и нагружать сустав. Еще через четыре недели им вводили в суставную сумку суспензию клеток. Через 3—6 месяцев, как показало патанатомическое исследование, происходило практически полное восстановление удаленного мениска. В ветеринарии клеточная терапия используется уже довольно широко. В Калифорнии, к примеру, существует компания, которая так и называется «Стволовые клетки». Клиент посылает туда небольшое количество жира от животного (в основном это скаковые лошади, крупные собаки, у которых повреждено сухожилие). Из этого жира выделяются МСК, на их основе изготавливается препарат, который в стерильном шприце отсылают назад. Клетки вводятся животному, и через некоторое время происходит восстановление сухожилия.
Наконец, выведение из инсульта. В экспериментах с крысами, которым внутривенно вводят человеческие МСК, можно наблюдать, как в зоне поражения начинает образовываться новая сеть мелких сосудов — капилляров, начинаются и другие процессы, которые ускоряют восстановление в несколько раз.
— Чем вы можете объяснить такой чудодейственный эффект? Насколько известно, механизм действия стволовых клеток еще до конца не изучен…
— Это действительно так, но я люблю приводить пример с инсулином: им лечат диабет уже почти сто лет, а механизм действия открыт всего пять лет назад.
И все-таки я могу предложить собственную гипотезу, которая основана на новом подходе, совершенно другой философии. Начнем с того, что введенные клетки ни во что не превращаются, как принято говорить. Они не дифференцируются в ткани мениска в случае с козами, не заменяют собой пораженные участки сердечной мышцы и так далее. Я объясняю эффект тем, что клетки вырабатывают биоактивные факторы, которые начинают вмешиваться в различные процессы, происходящие как непосредственно в зоне поражения, так и в организме в целом (пример — воздействие на иммунную систему, о котором уже шла речь). Они подавляют разрастание соединительной ткани, образование рубца, способствуют образованию сети новых сосудов, усиливают деление локальных стволовых клеток. Введенные клетки влияют на окружающую среду, они вырабатывают и доставляют к месту повреждения необходимые вещества, и в этом смысле их можно назвать живыми аптеками.
Отсюда можно сделать переход к другой загадке: какую функцию выполняют эти клетки в нашем организме в своем естественном состоянии? Моя гипотеза такова, что все МСК являются не чем иным, как перицитами — отросчатыми клетками, которые располагаются на поверхности капилляров практически повсюду. Если капилляр поврежден, перициты сходят с него и защищают место повреждения. Кроме борьбы с локальными воздействиями иммунной системы они уменьшают размер повреждения, блокируют образование рубца и фактически создают необходимые условия для успешного восстановительного процесса. Если МСК располагаются на каждом кровеносном сосуде тела, то не случайно, что с возрастом их количество сокращается, ведь и число капилляров у каждого из нас тоже уменьшается с возрастом.
Отталкиваясь от всего этого, можно предсказать перспективы клеточной терапии и будущее регенеративной медицины в целом. Это создание «живых аптек», использование стволовых клеток в качестве источника сразу для многих лекарств. Вот наглядный пример: у каждого из нас при ушибе образуется гематома на коже, и мы замечаем, как она постепенно меняет свой цвет — от синего к желтому. По идее, нужно было бы в каждый из этих моментов использовать разные лекарства, но подобрать такую последовательность из фармпрепаратов практически невозможно. Кстати, использование многокомпонентных препаратов вообще запрещено в фармакологии — лекарство всегда должно быть чистым и единственным, а здесь образуется коктейль, на разных стадиях процесса работают разные вещества. Только клетка знает, какие вещества нужно выделить, чтобы справиться с повреждением. Клетка идет спасать ткань.
— А не возникали ли у вас сложности с организацией клинических испытаний в США?
— Прежде чем начать их, фирма Osiris в течение десяти лет занималась фундаментальными научными исследованиями, и клинические испытания опирались на эту базу. Все, что было сделано компанией в течение этих лет, запротоколировано и готово для предоставления в FDA (Управление по контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США). В этих документах содержались ответы практически на все вопросы, которые могли возникнуть. Но, конечно, для FDA стволовые клетки — новая, неосвоенная территория, поэтому вопросы о безопасности все-таки возникали. И мы отвечали на них до тех пор, пока эксперты не были удовлетворены.
Кроме того, клетки — это ведь не фармакологические препараты, это субстанция, которая проходит по особой графе и по-английски называется biological; здесь действуют свои правила. Как вы знаете, обычно клинические испытания состоят из трех стадий. У нас в первой участвовало 50 человек, в заключительной — 250. Когда испытывают лекарства, это соответственно 500 и 5 тыс. человек. FDA, понимая, что это важное направление, пошло на то, чтобы уменьшить число испытуемых на каждой стадии.
— Как известно, вы покинули Osiris — компанию, которую основали и которая так успешно работает, — и занимаетесь чистой наукой. Почему?
— Osiris — это бизнес, а я ученый. Большинство ученых не слишком хорошо разбираются в бизнесе. У них просто нет того огромного опыта и знаний, которые необходимы, чтобы вести дела. Поэтому рано или поздно возникает конфликт между бизнесменом и ученым. И почти во всех случаях, мне известных, ученые, которые начинают бизнес, открывают свое дело, вынуждены, в конце концов, оставить его и передать в руки профессионалов. Я расстался с компанией в 1997 году, спустя пять лет после ее основания, но исследования там продолжались и продвинулись очень далеко.
Кстати, не случайно мы организовали у нас, в университете Case Western в Кливленде курсы по клеточной терапии и тканевой инженерии, причем не только для ученых, но и для представителей бизнеса, менеджеров. Мы сделали это, пытаясь сократить тридцатилетний срок, который требуется для внедрения экспериментальных данных в клинику. Во многом это зависит именно от них.