член-кор. РАМН В. С. Репин,член-кор. РАМН Г. Т.
Сухих
МЕДИЦИНСКАЯ
КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ
отрывки из монографии 1998 г.
Немного истории.
Начало XX века ознаменовалось событиями, предопределившими
главные направления развития медицины на все столетие. В 1901
г. Ландштейнер открыл группы крови. Очень быстро переливание крови
стало клинической реальностью во всех развитых странах. В 1906г.
была выполнена первая успешная пересадка трупной роговицы. В 1922
г. были сделаны первые пересадки фетальной абортной ткани. В Париже,
русский хирург Воронцов с целью омоложения пересаживал пациентам
половые железы обезьян. В то время данное направление не получило
широкого распространения из-за дороговизны и кратковременности
эффекта. В 1997 журнал "Тайм" поместил о нем специальную
статью.
В середине 20-ых пациентам с болезнью Аддисона
были пересажены фетальные надпочечники, что привело к длительному
терапевтическому эффекту. Первая трансплантация фетальной поджелудочной
железы была сделана в Италии в 1928 г. больному инсулинзависимым
диабетом, хотя без заметного результата. В середине 50-х годов
E.Thomas сделал пересадку костного мозга после радиационного лечения
острой лейкемии. Донором костного мозга была сестра-близнец. В
то же время был разработан метод криопресервации костного мозга
человека. В 1961 г. была сделана первая пересадка фетальных гематогенных
предшественников двум пациентам с апластической анемией.
В 60-70-х годах опубликованы первые положительные
результаты искусственного осеменения. Параллельно были разработаны
методы криопресервации спермы. В 60-х годах начались пересадки
аллогенной и аутогенной кожи при ожогах. Тогда же появились первые
банки консервированной кожи человека. В 1956-1957 гг. сделаны
первые пересадки почки, но качественные сдвиги в этой области
наметились немного позже. Эти первые попытки рассматривались не
как серьезные научные разработки со значительным экспериментальным
опытом на животных, а как особые полутехнологии экстремальной
медицины для обреченных. Даже теоретически перспектива широкого
применения аллогенных органов и тканей казалась весьма проблематичной.
Это было время, когда в медицине торжествовала
химическая концепция заболеваний. Стало общепринятым считать,
что любое заболевание представляет собой дисбаланс химических
реакций, возникающий в результате молекулярных поломок. В связи
с этим на первом этапе химик был обязан определить молекулярную
мишень, а затем с помощью лекарства коррегировать химический дисбаланс.
Концепция химической "мишени" блестяще себя оправдала
в разработке химиотерапии инфекционных заболеваний, где в качестве
возбудителя выступали гельминты, простейшие, патогенные микроорганизмы
и некоторые вирусы. Однако в случае атеросклероза, опухолей, дисплазий,
дегенеративных заболеваний нервно-мышечной системы старая идеология
стала буксовать, потому что у этих заболеваний оказалось слишком
много молекулярных "причин". Только постепенно химики
и клеточные биологи стали осознавать, что имеют дело с биологическим
"хаосом" в организме. Биологический беспорядок имеет
слишком много причин и следствий. Поэтому его проявления в клетках
"многолики". Старая концепция лекарства в виде "волшебной
пули", корригирующей испорченную молекулярную деталь, здесь
не работала. "Мишеней" в клетках было слишком много,
к тому же они были "подвижными". К таким сложным ситуациям
фундаментальная медицина оказалась неподготовленной. По этой причине
сформулировать химическую непротиворечивую концепцию атеросклероза,
злокачественных заболеваний, старения, нервных заболеваний так
и не удалось.
Уже тогда клеточная биология предлагала использовать
клетки в качестве основного средства против болезней. Клетки являются
универсальным стабильным модулем для любых клеточных реконструкций,
включая пересадку генов. Донорские клетки встраиваются в организм
реципиентов, а пересадки стволовых эмбриональных клеток позволяют
создавать устойчивые ростки новой здоровой ткани в больных органах.
Идея лечения многих болезней пересадкой клеток становилась все
более привлекательной. Однако идеи новой трансплантологии до конца
60-х годов не обсуждались открыто в научной печати.
В 1967 г. в мировой медицине произошли два исторических
события, обозначивших начало новой эпохи. Кристиан Барнард в Южной
Африке выполнил первую плановую успешную операцию по пересадке
сердца, а Томас Старцл в США осуществил первую плановую трансплантацию
аллогенной печени. Эти две операции изменили ментальность и отношение
к трансплантации органов.
В 1965-1970 гг. сразу в нескольких лабораториях
научились выделять островки Лангерганса грызунов. В середине 70-х
годов выполнены первые пересадки островков Лангерганса крысам
с экспериментальным диабетом. Как обычно, волна научного пессимизма
захлестнула это начинание. Однако в течение последующих 10 лет
в США, СССР, Канаде и Европе стали все чаще появляться сообщения
об успешной пересадке островков пациентам, приводившей к временной,
а иногда и к устойчивой ремиссии.
В 1975 г. была осуществлена первая успешная пересадка
фетальных стволовых гематогенных клеток печени при наследственном
АДА- дефиците (отсутствие фермента аденозиндезаминазы в клетках
иммунной системы).
В 1985 г. шведские неврологи опубликовали первые
положительные результаты лечения болезни Паркинсона пересадкой
хромаффинной ткани надпочечников в стриатум. Это направление сейчас
превратилось в специальный раздел реконструктивной нейрохирургии
во всех развитых странах. В качестве источника дефицитного медиатора
используют фетальную нервную ткань, культуру нейронов, трансфицированные
линии фибробластов, миобластов и даже клетки дрозофилы.
С середины 80-ых годов ведутся интенсивные работы
по изучению уникальных свойств стволовых гемопоэтических клеток
и особенностей их клинического применения, открываются новые возможности
в лечении многих заболеваний. Харьковскими учеными разрабатывается
и патентуется метод криоконсервации этих клеток. Число трансплантаций
последних резко возростает. Если в 1990 г. в 143 центрах Европы
проведено 4234 трансплантации гематогенных стволовых клеток, то
в 1994 г. - 10066 аналогичных трансплантаций в 306 научных центрах
расположенных в 30 странах. За четыре года количество пересадок
алло/ аутогенной ткани значительно возросло . В середине 90-х
годов число трансплантаций гематогенных стволовых клеток в 12
ведущих странах Европы достигло 16-17 операций на 1 млн человек.
Немного биоэтики
Специальная Международная конвенция по правам
человека в биомедицине официально разрешила использовать зародыши
человека для исследований, но наложила мораторий на лабораторное
получение зародышей человека для научных целей. Эта же конвенция
запретила использование половых зародышевых клеток-предшественниц
и созданных на их основе бессмертных линий в целях терапии. Эту
Международную конвенцию не подписали Германия, Польша и Бельгия,
где имеется собственная точка зрения на будущее исследований с
зародышевыми и фетальными тканями человека.
Бурное развитие трансплантологии ставит новые
этические проблемы в обществе. Решающий голос здесь принадлежит
врачам-профессионалам. Профессиональная этика проста и понятна.
Первое правило гласит: постарайся ОБЯЗАТЕЛЬНО помочь умирающему
больному-реципиенту, но не за счет интересов и здоровья донора
клеток и тканей. Второе правило поясняет механизм принятия решения
врачом: трансплантация органов или клеток ДОПУСТИМА, если терапевтический
эффект превышает нежелательные побочные эффекты. Тактика здесь
более гибка и прагматична, чем абстрактная гиппократовская формула
"не навреди".
Непрофессиональное обсуждение этических проблем
пересадки органов давно прекратилось в прессе у нас и зарубежом
и перекочевало на страницы профессиональных медицинских изданий.
Однако продолжаются публичные дискуссии о достоинствах и недостатках
клеточной (особенно фетальной) трансплантации. Как правило, акцент
делается не на обсуждении возможностей терапии фетальными клетками,
а на недопустимости и аморальности абортов. При этом выпадает
из поля зрения то, что еще более аморально оставлять тысячи нуждающихся
в терапии больных без лечения во имя борьбы с абортами. Между
тем среди специалистов давно не существует никаких разногласий
по поводу целесообразности и оправданности клинического использования
фетальных тканей, хотя отношение к абортам неоднозначное и среди
врачей. Ни в одной публикации до сих пор не сообщалось о каких-то
серьезных отрицательных побочных эффектах пересадки фетальных
тканей, за исключением случаев контаминации ткани микроорганизмами
или вирусами.
До 1990 г. все работы по ксенотрансплантации органов
и тканей были запрещены. В 1994 г. Комитет по ксенотрансплантации
Института медицины США, которому правительство официально поручило
разобраться в этой проблеме, выпустил новый важный документ, в
котором разъясняется официальная позиция федеральных властей по
отношению к ксенотрансплантации. Этот документ был стимулирован
наметившимися крупными успехами алло- и ксенотрансплантации в
лечении СПИДа и болезни Паркинсона. Отныне на государственном
уровне признано, что некоторые типы ксенотрансплантации являются
научно обоснованными и допустимыми при соблюдении определенных
стандартных мер безопасности. Эти исследования разрешено проводить
после принятия сооответствующих стандартов качества и критериев,
установленных FDA. Специальный федеральный комитет советников
создан при Отделе здравоохранения Национального института здоровья
только с целью объединения исследований, но без права вмешательства
или административного контроля.
Противоположные мнения и отсутствие консенсуса
всегда характерны для новых бурно развивающихся направлений медицины.
Потому международная практика избегает "нормировать"
такие области законодательными актами, уважая автономное право
личности на собственный выбор. Недопустимо, чтобы обсуждение медицинских
профессиональных проблем в средствах массовой информации заканчивалось
административным "закрытием" новых направлений во имя
борьбы с "злоупотреблениями". Бюрократизм с его попытками
руководить даже тем, что еще не полностью изучено, бьет по живой
ткани новизны, которая всегда плохо защищена, пока существует
без имени. Лучшими средствами защиты остаются высокие международные
общепринятые стандарты качества трансплантируемого материала,
гарантирующие безопасность операции пересадки. Важен также учет
противопоказаний к операции.
Этика спасения умирающих больных толкает на новые
радикальные решения и становится одним из "моторов"
прогресса клеточной трансплантологии. Даже в США, образцовой цитадели
высших и строжайших стандартов в области цито- и фетотерапии,
происходят сенсационные, никем официально не санкционированные
пересадки клеток, если речь идет о спасении жизни коллег-врачей.
Немного экономики
С 1960 по 1986 г. стоимость здравоохранения удвоилась
в США и других высокоразвитых странах По расчетам ВОЗ, стоимость
здравоохранения в 1986-2010 гг. опять удвоится, причем удорожание
медицины объясняется внедрением новейших технологий. Использование
генной терапии и новых трансгенных технологий приведет к новому
витку дотаций на медицину. Рост финансирования не может длиться
бесконечно и обеспечивать любые новейшие разработки. Такой путь
развития медицины для нашей страны просто не реален. В настоящих
условиях необходимо ориентироваться на те условия, которые помогут
науке и медицине выжить в автономном режиме. Создание банков фетальных
клеток и тканей и разработка новых технологий с клетками человека
стратегически значимы не только для отечественной, но и для мировой
медицины. Банки стволовых и эмбриональных клеток могут оказаться
в медицине не менее ценными, чем в энергетике запасы нефти. Эти
новые, оригиналь-ные направления медицины должны форсированно
развиваться в России, поскольку у нас исторически сложились предпосылки
и проводились пионерские разработки во многих областях клеточной
биологии человека. Не уделяя должного внимания этому направлению,
мы будем поставлены перед необходимостью закупать иностранные
лицензии на новые виды лечения. Лишь кратко напомним, что происходит
в этих сферах медицины в США сегодня.
В 1988-1991 гг. число ортотрансплантаций печени
возросло у взрослых на 85%, а у детей - на 30%. В этот же период
число трансплантационных центров увеличилось на 55%. Если в середине
80-х годов трансплантацию печени производили в случае острой печеночной
недостаточности, то в начале 90-х пересадку печени стали широко
применять для лечения наследственных дефектов метаболизма и первичных
опухолей органа.
В настоящее время трансплантология превратилась
в одно из лидирующих направлений медицины. Тесная связь с молекулярной
и клеточной биологией быстро привела к развитию новых технологий
выращивания соматических и стволовых клеток человека, генной модификации
и имплантации трансфицированных in vitro генами линий в организм
животных и человека. Стала развиваться новая область микрохирургии
- трансплантация соматических и стволовых клеток. В сумме на эту
область медицины сейчас уходит добрая половина федерального бюджета
Министерства здравоохранения США. Огромные средства выделяются
странами Западной Европы. Щедрые инвестиции в эту область идут
от крупнейших частных компаний, поскольку капиталовложения быстро
окупаются. Достаточно напомнить, что фирма "Сандоз"
зарабатывает более 15 млрд долларов в год на продаже циклоспорина.
Дефицит качественных донорских органов, рост числа
пациентов на "листе ожидания", стоимость операции, а
также разнообразные послеоперационные осложнения заставили университеты
и фирмы заниматься трансплантацией соматических клеток человека
в качестве альтернативы пересадке целого органа.
Клеточные банки: первый шаг в будущее
В1900 г. В Вене была создана первая донорская
станция женского молока. Через 10 лет аналогичный донорский пункт
был создан в Бостоне. Первый банк роговиц был создан в США в 1944
г. Военно-морской банк органов и тканей США был организован в
1950 г. для целей реконструктивной и пластической хирургии.
В 50-ых годах в США и Европе появились банки замороженной
спермы для искусственного оплодотворения. В 1979 г. при Национальном
институте стандартов и технологии США создан National Biomonitoring
Specimen Bank, в котором накапливаются все образцы тканей, клеток,
органов человека и млекопитающих. Под контролем правительственных
учреждений создается гигантская библиотека биоинформатики. В Калифорнии
в 1961 г. создан огромный банк нервной ткани и спинномозговой
жидкости, который использует материал как для клиники, так и для
научных целей. Более специализированные банки биопсийного и аутопсийного
материала человека организованы при медицинской школе Тафтского
университета для задач молекулярной патологии, а также для нужд
краниофациальной хирургии. Особое место занимает в США Международный
институт новых медицинских технологий (International Institute
for the Advancement of Medicine) в качестве дилера и распределителя
фетальных тканей, поступающих и из других стран. Этот институт
поставляет фетальные ткани в 86 институтов США, а также в частные
компании и лаборатории.
По данным на 1996 г., в США насчитывается 1045
банков клеток и тканей человека практически во всех штатах. Банки
клеток и тканей концентрируют усилия на разработке высших критериев
качества заготавливаемого материала (контроль за отсутствием вирусного
и бактериального загрязнения, иммунологическая характеристика
материала, цитология, генетическая маркировка). Например, для
контроля за чистотой поддерживаемых клеточных линий применяют
"ДНК- фингерпринтинг" анализ. 343 банка являются депозитариями
половых клеток. 200 банков специализируются на хранении эмбриональных
и региональных стволовых клеток человека, около 400 банков на
сборе и хранении органов и тканей. 100 банков специализируются
на заготовке и хранении роговиц и тканей глаза. Наконец, существуют
8 банков женского молока. Ассоциация банков крови объединяет более
100 банков. В 1976 г. банки объединились в Американскую ассоциацию
тканевых и клеточных банков. Банки роговиц и глазных тканей человека
также объединились в ассоциацию при Американской академии офтальмологии.
Так, Lions Eye Bank, организованный в Хьюстоне при Бэйлоровском
колледже медицины, заготавливает в среднем 700 роговиц в год (6
300 роговиц в период 1961-1970 гг.). Эти ассоциации выработали
единые документы и регламенты на заготовку и качество перивитальных
органов и тканей человека, создав систему стандартов. Лицензия
на открытие новых банков выдается только при категорическом соблюдении
всех принятых критериев и стандартов. Деятельность банков интегрирована
единой компьютерной сетью.
Весьма интенсивно с фетальными тканями работают
ученые Канады, как с целью трансплантации больным, так и в области
фундаментальных исследований. Медицинский исследовательский совет
Канады (Medical Research Council of Canada) имеет ежегодный фонд
в несколько миллионов долларов, который финансирует более 25 лабораторий,
работающих с фетальными тканями. Через федеральные программы в
исследования попадает не менее 1000 фетусов в год. Примерно такое
же количество фетальной ткани утилизируется разными частными фирмами.
Однако тематика и объемы работы с фетальными тканями в лабораториях
частных компаний почти не представлены в международной медицинской
печати.
В Англии исследования с фетальными тканями человека
официально ведутся с 1957 г. под эгидой Медицинского исследовательского
банка тканей (Medical Research Council Tissue Bank). В этих бюджетных
исследованиях практически всех соматических и стволовых клеток
человека участвуют 124 лаборатории.
Во всех крупных городах Швеции созданы банки фетальных
тканей и стволовых клеток для централизованного сбора, хранения
и использования материала для научно-практических исследований.
Множество аналогичных банков тканей и клеток человека работают
в Германии. Даже при Католическом университете в Риме создан банк
фетальных тканей, который использует материалы только спонтанных
абортов.
Начат проект создания банков резервных стволовых
клеток ныне живущего поколения людей. Сразу после рождения уникальные
стволовые клетки ребенка вымывают из пупочной вены, размножают
и замораживают для хранения в специальных клеточных банках на
все время жизни абонента. Далее в течение жизни индивидуальные
стволовые клетки человека можно ретрансплантировать для лечения
злокачественных заболеваний, наследственных дефектов метаболизма,
нарушений кроветворения, аутоиммунной патологии, иммунодефицитов,
СПИДа и т.п. Благодаря клеточным банкам и собственному "неприкосновенному
запасу" стволовых клеток, человек становится застрахованным
от последствий многих вирусных, генетических и возрастных заболеваний,
радиационных и экологических катастроф. Дублирование стволовых,
половых и ранних зародышевых клеток человека открывает перспективы
в плане рекапитуляции эмбриогенеза, которые еще недостаточно осознаны
самими учеными.
В Советском Союзе в начале 80-х годов по инициативе
акад. Ю.А.Овчинникова был создан национальный банк клеточных линий
и тканей в Институте цитологии в Ленинграде, которым руководил
проф. Г.Пинаев. Однако программу исследований для стратегических
интересов страны не удалось завершить, в связи с распадом СССР.
5 лет назад в Киеве создан криобанк фетальных клеток и тканей.
Украинским ученым удалось создать препарат по всем основным показателям
не уступающий Европейским и Американским стандартам.
Новые технологии: второй шаг в будущее
Все упомянутые выше факты и аргументы свидетельствуют,
что трансплантология будет неизбежно двигаться к микромасштабам
- от пересадки целого органа к пересадке стволовых или специализированных
клеточных клонов. Перечисленные ниже научно - практические аргументы
подтверждают вероятность такого прогноза.
1. Дефекты биохимической функции органа можно
компенсировать 1-10% клеток органа. Читатель найдет разнообразные
подтверждения этой важной закономерности во многих разделах данной
книги.
2. Заместительная клеточная терапия гепатоцитами
и другими высоко- дифференцированными клетками позволяет через
культуру избавиться от эндотелия и примеси тех сверхантигенных
донорских клеток, которые в первую очередь вовлечены в процесс
иммунного отторжения.
3. Подсадку клеток можно регулировать по дозам
и многократно повторять, используя эктопические зоны для репопуляции.
В случае высокой антигенности (островки Лангерганса, кератиноциты
и т.п.) клетки можно упаковывать в гидрогели для ограничения их
контакта с макрофагами и лимфоцитами реципиента.
4. Стоимость клеточной трансплантации значительно
ниже, чем пересадки органа.
5. Дефицитные соматические клетки человека можно
превращать в трансфецированные линии для усиления их метаболического
или пролиферативного потенциала (в дальнейшем все банки будут
использовать специально созданные линии со стандартными воспроизводимыми
характеристиками).
6. Клетки человека в культуре могут бессрочно
храниться в замороженном состоянии в клеточных банках и без проблем
транспортироваться. Многие переживающие органы человека имеют
лимит переживания 1-3 ч после остановки кровообращения. Все попытки
удлинить выживание клеток в переживающих органах пока закончились
безрезультатно.
7. Особо важное значение приобретает трансплантация
фетальных клеток и тканей. Во время внутриутробного развития все
органы плода имеют около 5-20% терминально дифференцированных
соматических клеток вкупе с незрелой иммунной системой. В связи
с этим при трансплантации фетальной ткани никогда не возникает
иммунная агрессия со стороны донорских клеток, направленная против
клеток реципиента. Эти ткани являются источником эмбриональных
стволовых и тканевых прогениторных клеток со всеми химическими
и генетическими программами, позволяющим эмбриональным клеткам
рекапитулировать отдельные программы онтогенеза как in vitro,
так и in vivo. Изучение возможностей регенерации и рекапитуляции
эмбриогенеза в культуре и организме иммунодефицитных животных
поможет в дальнейшем решить проблему дефицита исходных тканей
человека.
Эибриональные стволовые клетки (ЭСК) обнаружены
в ранних зародышах млекопитающих в виде двух независимых популяций.
Это, во- первых, линии бессмертных ошаренных недифференцированных
клеток, получаемых от предимплантационных зародышей млекопитающих.
Клетки этого происхождения сохраняют тотипотентность и признаки
бессмертия при соблюдении неких условий.
Другой вид ЭСК получают из герментативных зародышевых
клеток, возникающих вне зародышей млекопитающих и человека на
стадии, когда основные органы зародыша еще не сформированы. Эта
уникальная популяция ЭСК затем мигрирует из желточного мешка к
половому бугорку, где будут формироваться провизорные половые
органы зародыша. Фактически примордиальные половые зародышевые
клетки не 'являются "собственностью" зародыша. Скорее
зародыш является временным носителем бессмертных зародышевых клеток,
которые транзитом передаются из поколения в поколение. В настоящее
время получены многочисленные бессмертные линии ЭСК человека и
млекопитающих из пула примордиальных зародышевых клеток.
Мы надеемся, что при чтении этой книги даже очень
взыскательный читатель испытает подлинный энтузиазм как от промежуточных
итогов, так и от захватывающих перспектив. Конечно, и в наше время
мнения медиков и биологов разнятся по поводу места, роли и будущего
той науки которая опирается на трансплантацию как на новый и более
эффективный сособ изучения и лечения фатальных болезней человека.
Приведем лишь точку зрения весьма популярной
медицинской энциклопедии К. Клеймана, изданной Американской Медицинской
Ассоциацией, о 10 самых выдающихся открытиях в медицине Старого
и Нового Света.
В области фундаментальной медицины названы открытие
дигиталиса (1785), оспенной вакцины (1796), морфина (1805), аспирина
(1899). В 20- ом веке выбраны открытие сальварсана (1911), пенициллина
(1928), сульфаниламидов (1935), оральных контрацептивов (1951),
бензодиазепинов (1959), бета-блокаторов (1962), генно-инженерного
инсулина (1984) и азотимидина (1990). В области хирургии признаны
следующие 10 открытий: общие принципы хирургии, сформулированные
Амбруазом Паре (1545), общая анестезия (1842), антисептика (1870),
группы крови (1901), коронарный байпасс (1951), трансплантация
почек (1955), трансплантация печени и сердца (1967), коронарная
ангиопластика (1976), трансплантация фетальной нервной ткани для
лечения болезни Паркинсона (1987).
Обращает внимание, что наиболее значительные
события в медицине XX века связаны с трансплантацией органов и
тканей.
