Клеточные технологии в медицине и биологии (обзор)

Клеточная терапия.

Клеточная терапия - новый метод лечения болезней и травм, который позволяет восстановить поврежденные ткани, органы и системы человека при помощи трансплантации стволовых и других видов клеток, а также манипуляций над ними.

Теоретически нет ограничений на виды заболеваний, которые можно лечить с помощью клеточной терапии. Она применима для лечения многих врожденных и возраст-зависимых заболеваний, таких как онкология, болезни сердца, аутоиммунные заболевания, болезни нервной, иммунной, кровеносной, костной системы, заболевания обмена веществ, дегенеративными заболеваниями мышечной системы, травм, ожогов, и многих других. В настоящее время эта область медицины бурно развивается, в мире проводятся тысячи исследований клеточной терапии.

Есть три источника клеток для терапевтической цели, включая аутологичные (самому себе), аллогенные (от доноров) и ксеногенные, которые в настоящее не используются из-за отсутствия доказательной базы и этических проблем. 

Стволовые клетки - это недифференцированные клетки, которые дифференцируются в зрелые специализированные клетки различных органов и тканей.

Виды клеточной терапии: заместительная и восстановительная, прямая и непрямая. 

Заместительная клеточная терапия - это пересадка функциональных клеток или их предшественников для возмещения их популяции; восстановительная - стимуляция собственных клеток-предшественников для восполнения потерянных клеток.
Прямая клеточная терапия - увеличение количества или предупреждение снижения популяции функциональных клеток в результате стимулирующего воздействия; непрямая - тот же результат благодаря воздействию на иной тип клеток.

В данном обзоре мы не будем давать подробное описание стволовых клеток, источники и методы их получения и т.д. Приведем примеры научных исследований на клеточных культурах, животных моделях и клинических исследований (на людях) показывающие потенциал клеточной терапии, а также рассмотрим клеточные продукты разрешенные в клинической практике, безопасность клеточной терапии и законодательство в этой области.

Научные исследования в области клеточной терапии.

Мы выделили для обзора ряд исследований, проведенных в последнее время или ведущихся сейчас, для иллюстрации огромного интереса к потенциальным возможностям технологий, основанных на стволовых клетках. 

В научной статье, опубликованной в Stem Cell Research & Therapy, ученые сообщают о потенциале мезенхимальных стволовых клеток преобразоваться в эмбриональные стволовые клетки.

Ученые создали технологию прямого перепрограммирования клеток кожи человека в стволовые клетки крови (ГСК).

Японские ученые установили, что микроРНК-опосредованное перепрограммирование может изменить дифференцировку соматических клеток в стволовые или наоборот стволовые в соматические, и это можно сделать как in vitro, так и in vivo. 

Китайские  ученые на животных моделях показали, что внеклеточные везикулы полученные из мезенхимальных стволовых клеток имеют иммуномодулирующее, заживляющее и минерализирующее действие в регенерации кости.

Наноразмерные магнитные частицы, поверхность которых покрыта специфическими антителами, могут использоваться для выделения определенного типа стволовых (или иммунных) клеток из тканей.

Для улучшения свойств клеток - пролиферации, приживаемости и т.д стволовые клетки подвергают генной модификации.

Ученые из университета Токио перепрограммировали инвариантные естественные Т-клетки-киллеры (invariant natural killer T cells - iNKT) в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), которые затем дифференцировали обратно в клетки iNKT.  После манипуляции они показали более высокую активность, чем исходные клетки iNKT. Эту клеточную технологию можно использовать для восстановления активности иммунных клеток, что может быть эффективной клеточной терапией против рака.

Исследователи из США использовали CRISPR-Cas9 для модификации генома гемопоэтических стволовых клеток, это поможет излечить различные наследственные генетические заболевания, такие как талассемия и серповидноклеточная анемия, альфаталассемия, бета-талассемия и многие другие. 

Ученых из Стэнфордского университета сообщили о получении нового вида стволовых клеток из эмбриональной бедренной кости в исследованиях на мышиной модели, а также об изоляции самообновляющейся и мультипотентной человеческой скелетной стволовой клетки (hSSC). Результаты были опубликованы в журнале Cell. hSSC после специализации могут образовывать только кости и хрящи и никогда не становятся клетками жировой ткани, что делает их очень перспективными для лечения переломов и болезней костей.

Ученые из Королевского колледжа Лондона, обнаружили новый тип клеток печени - гепатобилиарной гибридной клеткой-предшественником (HHyP - hepatobiliary hybrid progenitor), которые обладают свойствами, подобными стволовым клеткам. Они имеют потенциал регенерации поврежденных клеток печени, а значит и возможность лечения заболеваний печени без трансплантации, например цирроза печени. 

Ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (University of California, Los Angeles, UCLA) выделили популяцию устойчивых к клеточному стрессу человеческих плюрипотентных стволовых клеток происходящих из жировой ткани - Muse-клетки. Они способны дифференцироваться практически в любой тип клеток организма без генетической модификации. Muse-клетки смогут совершить настоящую революцию в лечении пациентов с болезнями сердца, печени, поражений центральной нервной системы и др. 

Обзор секретома (секретируемых белков) стволовых клеток жировой ткани демонстрирует его роль в ангиогенезе, заживлении ран, регенерации тканей и иммуномодуляции.

Секретом мононуклеарных клеток периферической крови для лечения острого инфаркта миокарда, хронической сердечной недостаточности, повреждения спинного мозга, инсульта и заживления ран. В обзоре приведены преимущества применение секретома вместо стволовых клеток. 

Секретом стволовых клеток сердца в имеет потенциал в качестве терапии ишемической болезни сердца. 

Интересный факт - продолжительность жизни (ПЖ) крысы, которой с 6 месяцев каждые две недели вводили МСК из костного мозга человека достигла 44 месяцев, а средний показатель ПЖ для интактных лабораторных крыс составляет 36 месяцев. 

Клинические испытания терапий на основе стволовых клеток

В настоящее время зарегистрировано около 20 клинических испытаний, в которых есть клеточные продукты на основе эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).
Мезенхимальные стволовые клетки  (МСК) ускоряют реэпителизацию диабетических ран (синдром диабетической стопы), эффективность их применения уже показана в клинических исследованиях.
В 2019 г. Япония одобрила терапию мезенхимальными стволовыми клетками для лечения повреждений спинного мозга.
Российские специалисты используют мультипотентные мезенхимные стволовые клетки (ММСК) полученные из жировой ткани для лечения артрозов.
МСК могут быть источником замещения и/или восстановления поврежденного миокарда - исследование, а трансплантация МСК может улучшить сердечную функцию у пациентов с острым инфарктом миокарда.
В 2019 г. врачи Великобритании излечили пациента с ВИЧ второй раз за всю историю благодаря трансплантации стволовых клеток донора, обладающего иммунитетом к ВИЧ.
За прошедшие пять лет были опубликованы сотни работ по изучению болезней на различных клеточных моделях созданных с помощью индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) - от сердечных заболеваний до моделей шизофрении.
Терапия с помощью ИПСК различных заболеваний находится на стадии клинических испытаний, что позволяет надеятся на их ближайшее вхождение в клиническую практику. Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК) человека могут стать перспективным ресурсом для трансплантационной терапии бокового амиотрофического склероза.
Клинические исследования клеточной терапии болезни Паркинсона с помощью производящих дофамин нейронов, дифференцированных из ИПСК, планируется начать в Киотском университете и в Королевском госпитале Мельбурна. В Калифорнии, команда ученых в течение трех лет надеется получить разрешение на лечение людей с врожденным заболеванием кожи - буллезным эпидермолизом, - используя кожу, выращенную из ИПСК самих пациентов. Япония одобрила терапию индуцированными плюрипотентными стволовыми клетки для лечения сердечной недостаточности.

Продукты и препараты клеточной терапии

Их производят на основе соматических клеток, стволовых клеток и генной инженерии. Продукты клеточной терапии включают клеточную иммунотерапию, противораковые вакцины и другие типы как аутологичных, так и аллогенных клеток, среди которых гемопоэтические стволовые клетки, взрослые и эмбриональные стволовые клетки. Генная терапия позволяет модифицировать или манипулировать экспрессией генов для изменения биологических свойств клеток. 

В отчете (декабрь 2018 г.) представленном Ассоциацией исследователей и производителей фармацевтической продукции США (Pharmaceutical Research and Manufacturers of America) сообщается, что в настоящее время на разных стадиях разработки (стадии клинических испытаний или ожидании рассмотрения со стороны FDA) находится почти 300 кандидатов в препараты для генной и/или клеточной терапии различных заболеваний.

Напомним, продукты клеточной и генной терапии должны быть одобрены соответствующим контролирующим органом страны, а предварительный процесс включает убедительные результаты клинических испытаний. В Европе продукты генной терапии должны быть одобрены Европейским агентством по лекарственным средствам (EMA), в Соединенных Штатах - Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA), в Японии - Японским агентством по фармацевтике и медицинскому оборудованию, в Южной Корее - Министерством по безопасности пищевых продуктов и лекарств, в Китае - Национальной Администрацией Китая по лекарственным средствам  и т.д. 

Китай был первой страной в мире, которая утвердила коммерческие продукты генной терапии, который назывался гендицином (Gendicine) в октябре 2003 года. В западном мире первым одобренным продуктом для генной терапии был глибера (Glybera) в 2012 году. 

Гендицин (Gendicine)

Китай одобрил противораковую терапию компании Shenzhen Sibiono Genetech, после того, как 16 октября 2003 года она достигла положительных результатов в клиническом испытании. "Гендицин" был одобрен для лечения плоскоклеточного рака головы и шеи. Он представляет собой аденовирусный вектор, несущий ген-супрессор опухоли р53. Гендицин проникает в опухолевые клетки посредством эндоцитоза и начинает экспрессировать гены, кодирующие белок р53 необходимый для борьбы с опухолью. Имеющиеся клинические данные и сделанные выводы были получены от относительно небольшого числа пациентов в клинических испытаниях, а одобрение было сделано на основе уменьшения опухоли, а не продления жизни пациента. 

Первая генная терапия в США была одобрена FDA в августе 2017 года. Kymriah - это продукт Т-клеточной терапии CAR, предназначенный для лечения острого лимфобластного лейкоза, хронического лимфолейкоза и диффузной В-крупноклеточной лимфомы у пациентов в возрасте до 25 лет, и для лечения взрослых пациентов с рецидивирующей В-крупноклеточной лимфомой. Она было также одобрена в Европейском Союзе, Канаде и Японии. Компания Novartis Pharmaceuticals Corp.

Одобренные в мире продукты клеточной и иммунотерапии

Queencell - аутологичная мезенхимальная стволовая клетка для лечения заболеваний соединительной ткани. Одобрено в Южной Корее в 2010 году. Компания Anterogen.
Cupistem - терапия мезенхимальными стволовыми клетками, полученными из аутологичной жировой ткани для уменьшения воспаления и регенерации поврежденных тканей, суставов и лечения болезни Крона. Одобрена в Южной Корее в июле 2012 года. Компания Anterogen. 

KeraHeal - клеточная терапия на основе аутологичных кератиноцитов для лечения ожогов 2-й степени. Одобрена в Южной Корее в 2006 году. Компания Biosolutions.

KeraHeal-Allo - аллогенный кератиноцитарный препарат гидрогелевого типа для лечения ожогов второй степени. Одобрен в Южной Корее в 2015 году. Компания Biosolutions. 

HPC Cord Blood - продукт стволовых клеток из пуповинной крови. Одобрен в США в январе 2016 года для использования в процедурах трансплантации неродственных донорских гематопоэтических клеток-предшественников у пациентов с нарушениями, влияющими на кроветворную систему, которые наследуются, приобретаются или являются результатом миелоабляционного лечения. Компания Bloodworks.

Holoclar - это клеточная терапия, основанная на аутологичных культурах лимбальных стволовых клеток. Она восстанавливает функциональный эпителий роговицы, позволяя восстановить остроту зрения. Холоклар показан для лечения дефицита стволовых клеток средней и тяжелой степени из-за ожогов глаз. В феврале 2015 года Европейская комиссия выдала условное разрешение на ее применение. Компания Chiesi Farmaceutici. 

CLEVECORD / HPC - продукт стволовых клеток из пуповинной крови. Одобрен в США в 2016 году для использования в процедурах трансплантации неродственных донорских кроветворных клеток-предшественников для пациентов с нарушениями, влияющими на кроветворную систему, которые наследуются, приобретаются или являются результатом миелоабляционного лечения. Компания Cleveland Cord Blood Center.

Neuronata-r - аутологичная терапия мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга, одобрена в Южной Корее в 2014 году для лечения бокового амиотрофического склероза. Компания Corestem. 

Cellgram-AMI - аутологичная интракоронарная инъекция мезенхимальных стволовых клеток из костного мозга для лечения острого инфаркта миокарда. Одобрена в Южной Кореи в июле 2011 года. Компания FCB Pharmicell.

LaViv (Azficel-T) - это клеточная терапия на основе аутологичных фибробластов. Одобрена в США в январе 2011 года для уменьшения проявления морщин носогубных складок средней и тяжелой степени у взрослых. Компания Fibrocell Technologies. 

TEMCELL - аллогенный продукт мезенхимальных стволовых клеток, предназначенным для лечения острого лучевого поражения, хронической обструктивной болезни легких, болезни Крона, болезни трансплантат против хозяина, диабета I типа и инфаркта миокарда. Одобрен в Японии в октябре 2015 года и условно одобрено в Канаде и Новой Зеландии. (Другое название - Prochymal). Компания JCR Pharmaceutical Co. Ltd. лицензиат Mesoblast Ltd.

HPC - продукт стволовых клеток из пуповинной крови. Одобрен в  США в июне 2018 года для использования в процедурах трансплантации неродственных донорских кроветворных клеток-предшественников. Компания MD Anderson Cord Blood Bank.

Cartistem - клеточный терапевтический агент, содержащий аллогенные мезенхимальные стволовые клетки, полученные из пуповинной крови человека, показан для лечения дефектов хряща коленного сустава, дегенеративного и ревматоидного артрита. Одобрен в Южной Кореи в январе 2012. Компания Medipost.

Stemirac - мезенхимальная терапия стволовыми клетками, одобрена в Японии в декабре 2018 года для лечения повреждений спинного мозга. Компания Nipro Corp.

CureSkin - аутологичная терапия на основе клеточных дермальных фибробластов, одобрена в Южной Корее в 2010 году для лечения шрамов от угревой сыпи. Компания S. Biomedics.

HPC Cord Blood (бывшее название Hemacord/ALLOCORD ) -  продукт стволовых клеток из пуповинной крови, одобрен в США в 2011 году. Используется в процедурах трансплантации неродственных донорских гемапоэтических клеток-предшественников у пациентов с нарушениями, влияющими на на кроветворную систему, которые наследуются, приобретаются или являются результатом миелоабляционного лечения. Медицинский центр SSM Cardinal Glennon Children’s Medical Center.

Stempeucel - культивируемая ex vivo аллогенная мезенхимальная стромальная клеточная терапия для лечения критической ишемии нижних конечностей. Условно одобрена в Индии в 2017 году. Компания Stempeutics Research PVT.

Kaloderm - аллогенная клеточная терапия при глубоких ожогах второй степени и диабетических язв на стопах ног. Одобрена в Южной Корее в 2005 году для лечения ожогов и диабетических язв на стопах в 2010 году. Компания Tego Sciences.

Rosmir - аутологичная клеточная терапия для лечения морщин под глазами, одобренная в Южной Корее в 2018 году. Компания Tego Sciences.

Alofisel - аллогенная терапия стволовыми клетками для лечения сложных перианальных свищей у пациентов с болезнью Крона. Получено одобрение в Европейском Союзе в марте 2018 года. Компания Tigenix.