Поиск Кабинет

Постинфарктная клеточная регенерационная терапия сердечной мышцы

Гены & Клетки: Том I, №2, 2006 год, стр.: 35-43

 

Авторы

Куртова А.В., Зуева Е.Е., Немков А.С.

ДЛЯ ТОГО ЧТОБЫ СКАЧАТЬ СТАТЬЮ В ФОРМАТЕ PDF ВАМ НЕОБХОДИМО АВТОРИЗОВАТЬСЯ, ЛИБО ЗАРЕГИСТРИРОВАТЬСЯ

Клеточная регенерационная терапия является новым многообещающим способом лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы. В данном обзоре рассмотрены различные экспериментальные и клинические подходы к проведению клеточной регенерационной терапии, такие как: локальная терапия цитокинами, стимуляция выхода резидентных стволовых клеток костного мозга и собственно трансплантация стволовых клеток. В работе представлен детальный анализ различных типов донорских клеток, применяемых для клеточной кардиомиопластики в экспериментальных и клинических исследованиях. Особое внимание уделено обсуждению способов доставки клеток в область поврежденного миокарда и методам визуализации трансплантата.

Введение

Инфаркт миокарда является основной причиной инва-лидизации и смертности населения в развитых странах [1]. Острый инфаркт миокарда приводит к развитию изменений в области поражения на трех уровнях:

- на уровне органа (формирование некротического очага с последующим образованием фиброзного рубца, нарушение сократительной функции сердца);

- на уровне клетки (некроз кардиомиоцитов, усиление апоптоза, гипертрофия кардиомиоцитов);

- на уровне клеточного ядра (изменение экспрессии генов) [2].

Современная фармакотерапия, включающая в себя фиб-ринолитики, антиагреганты, ингибиторы ангиотензин-пре-вращающих ферментов, п-блокаторы, антагонисты кальция и нитраты, дает позитивные клинические результаты [3]. Баллонная ангиопластика со стентированием коронарных артерий и введение тромболитических препаратов позволяют значительно улучшить состояние пациента, восстановить нарушенный коронарный кровоток, но не решают проблему поврежденной инфарктом ткани миокарда [4]. Аорто-коро-нарное шунтирование (АКШ), несмотря на значительную эффективность, имеет ряд ограничений, среди которых: анатомически узкие сосуды у пациента, рассыпной тип кровоснабжения сердца, а также возможность выполнения эффективной операции только в течение 6-12 часов от начала болевого приступа. АКШ для лечения острого инфаркта в настоящее время применяют редко, в основном благодаря успехам эндоваскулярной хирургии, которая позволяет быстрее и менее травматично восстановить коронарный кровоток. Однако после завершения острого периода операция АКШ выполняется так же часто, как и баллонная ангиопластика коронарных артерий. Частичное удаление миокарда при тяжелой кардиомиопатии, предложенное бразильским хирургом Р. Батистой, не может быть использовано для лечения острого инфаркта миокарда. В случае хронической сердечной недостаточности операция Батисты используется в последние годы редко в связи с ограниченным по времени положительным эффектом [6-9 месяцев). Кроме того, данный метод связан с потерей значительной части здорового миокарда и может быть оправдан только в случаях тяжелой длительной кардиомиопатии при планировании трансплантации сердца [5]. Аллогенная трансплантация сердца показана при обширных поражениях сердечной мышечной ткани, когда фармакотерапия уже неэффективна, однако, в связи с необходимостью проведения иммуносупрессив-ной терапии, высокой стоимостью и отсутствием достаточного количества доноров применение данного подхода ограниченно [6]. Такие способы лечения сердечной недостаточности, как ксенотрансплантации и имплантация искусственного механического сердца пока недостаточно разработаны для масштабного использования в медицинской практике.

1. Подходы к проведению клеточной регенерационной терапии

В настоящее время наиболее перспективным способом лечения инфаркта миокарда и его последствий является клеточная терапия (клеточная кардиомиопластика), включающая в себя три основных подхода:

- проведение локальной терапии цитокинами;

- введение колониестимулирующих факторов для мобилизации выхода резидентных клеток костного мозга;

- трансплантация стволовых клеток.

Главная цель подобной терапии состоит в улучшении сократительной функции поврежденного миокарда и усилении кровоснабжения миокарда, что может быть достигнуто за счет:

- увеличения и/или сохранения количества здоровых кардиомиоцитов;

- улучшения кровоснабжения мышцы за счет ангиогенеза и/или неоваскуляризации.

Примером локальной терапии цитокинами является сочетанное применение инсулиноподобного фактора роста и фактора роста гепатоцитов, которые стимулируют дифферен-цировку эндогенных стволовых клеток сердца в кардиомио-циты. Подобная терапия позволяет улучшить сократительную функцию миокарда у животных с индуцированным инфарктом миокарда. Было показано, что инсулиноподобный фактор роста также предотвращает гибель кардиомиоцитов и стимулирует восстановление левого желудочка [7].

Антиапоптотическим и кардиопротективным действием обладает также эритропоэтин, рецепторы к которому обнаружены на кардиомиоцитах, эндотелиальных клетках и фиб-робластах сердца. Эритропоэтин стимулирует мобилизацию выхода эндотелиальных предшественников и активирует ангиогенную активность эндотелиальных клеток миокарда. Эндокардиальное введение эритропоэтина животным с индуцированным инфарктом миокарда существенно снижает уровень апоптоза кардиомиоцитов, уменьшает размер инфар-ктизированной области и улучшает сердечную функцию [8,9].

Проведение кардиомиопластики возможно с помощью мобилизации выхода введением Г-КСФ [гранулоцитарного колониестимулирующего фактора) резидентных стволовых клеток костного мозга, которые затем достигают поврежденного участка миокарда и стимулируют его восстановление [10]. Недавними исследованиями показано спонтанное увеличение содержания Г-КСФ в сыворотке пациентов в ранний постинфарктный период, приводящее к мобилизации выхода CD34+ клеток с высоким уровнем экспрессии CXCR4 - рецептора к SDF-1 [stromal cell derived factor) [11]. Недостаток кислорода в области пораженной ткани миокарда приводит к резкому увеличению уровня экспрессии фактора HIF-1 [hypoxia inducible factor-1), который является транскрипционным фактором для гена sdf-1 и активирует его экспрессию в кардиомиоцитах, клетках эндотелия сосудов и фибробластах [12,13]. Считается, что высокий уровень SDF-1 является индикатором пораженной области миокарда и активно участвует в привлечении стволовых клеток в данный участок, т.е. является локальным медиатором приживления. Важно отметить, что повышение уровня SDF в сыворотке очень кратковременно и наблюдается лишь в первые 12-24 часа после инфаркта [14, 15]. Максимальный уровень экспрессии SDF и в более поздние сроки можно выявить по краям области повреждения, причем белок ассоциирован с мембранами продуцирующих его клеток [16]. Результаты рандомизированного клинического исследования REVIVAL-2 не подтвердили позитивный эффект терапии Г-КСФ пациентов с острым инфарктом миокарда. Терапию начинали на 5-й день после верификации острого инфаркта, однако достоверных различий по улучшению сократительной функции сердца между исследуемой и контрольной группами получено не было [17].

Отсутствие различий, возможно, связано с временными рамками проведения подобной терапии. Penn et al. в экспериментах на крысах с индуцированной кардиомиопатией показали, что отсроченное введение Г-КСФ не влияет на приживление клеток в миокарде и не приводит к улучшению сократительной функции левого желудочка, несмотря на увеличение количества циркулирующих в периферической крови c-kit+ [CD117+) клеток в 25 раз [18]. Кроме того, Г-КСФ приводит к значительной активации матриксных металло-протеаз, которые помимо деградации внеклеточного матрикса активно разрушают SDF. В костном мозге подобный эффект приводит собственно к мобилизации выхода клеток-предшественников в циркуляцию [19], но в поврежденном миокарде, несмотря на позитивную роль металлопротеаз в реорганизации внеклеточного матрикса, параллельно происходит уничтожение градиента SDF, что значительно затрудняет направленную миграцию CXCR4+ клеток-предшественни-ков в область повреждения.

Среди методов клеточной терапии заболеваний сердца основное клиническое применение получил подход, связанный с проведением трансплантаций стволовых клеток. В идеале стволовая клетка для проведения кардиомиопластики должна обладать способностью к пролиферации и дифференцировке в сократимые клетки, к формированию электромеханических контактов с окружающими клетками и не должна вызывать иммунологических реакций со стороны реципиента [20]. Среди возможных кандидатов рассматривают:

1) эмбриональные стволовые клетки;

2) фетальные стволовые клетки:

- фетальные кардиомиоциты;

3) соматические стволовые клетки и клетки-предшественники:

- эндотелиальные предшественники,

- клетки-сателлиты поперечно-полосатой мускулатуры,

- мезенхимальные стволовые клетки,

- гемопоэтические стволовые клетки,

- эндогенные стволовые клетки сердца.

Генетические и клеточные механизмы, приводящие к трансдифференцировке стволовых клеток в кардиомиоци-ты, пока вызывают массу споров [3,11,18, 21]. В табл. 1 представлены некоторые возможные механизмы привлечения стволовых клеток в область повреждения.

Далее изложены преимущества и недостатки возможных донорских клеток для проведения регенерационной карди-омиопластики [рис. 1).

2.Типы клеточных трансплантатов для регенерационной кардиомиопластики

2.1. Эмбриональные стволовые клетки

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) человека плюри-потентны и обладают высоким пролиферативным потенциалом. Получают ЭСК из внутренней клеточной массы [эмбри-областа) донорских эмбрионов на стадии ранней бласто цисты [27]. Показано, что помимо кардиомиоцитов из ЭСК можно получать клетки-водители ритма и клетки Пуркинье, причем все они обладают специфическими ионными каналами и структурными белками для обеспечения электрофизиологической функции сердца [28]. Исследованиями Min et al. подтверждено успешное созревание клеток, приживление трансплантата и восстановление функции миокарда после интрамио-кардиальной трансплантации ЭСК крысам [29]. Существуют данные о возможности возникновения аритмии при трансплантации мышиных ЭСК [30]. ЭСК, коммитированные в сторону кардиомиоцитов, действительно имеют несколько измененную электрическую активность по сравнению с нативными кардиомиоцитами, однако подобное явление было отмечено и у дифференцированных миоцитов при анализе изолированных клеток или клеток в культуре [31]. Тем не менее, клиническое использование ЭСК сопряжено с рядом трудностей, среди которых:

- несовершенство законодательного регулирования в области использования ЭСК [3];

- низкий по сравнению с экспериментальными животными уровень дифференцировки человеческих ЭСК в кар-диомиоциты [3];

- необходимость проведения иммуносупрессивной терапии, т.к. трансплантация ЭСК является аллогенной [25]. Возможно, неиммуногенный трансплантат будет получен с помощью методов терапевтического клонирования с использованием ЭСК и нативных кардиомиоцитов [32];

- повышенный уровень гибели клеток здорового миокарда при трансплантации кардиомиоцитов, полученных из ЭСК, что ставит под вопрос эффективность подобных трансплантаций [33];

- возможность формирования тератом, что может быть связано с отсутствием факторов-индукторов кардиогенеза [белков из семейств fibroblast growth factor (FGF), transforming growth factor (TGF-п), bone morphogenetic protein [BMP), a также Wnt) в сердце взрослого организма [34].

2.2. Фетальные кардиомиоциты

В экспериментальных работах было показано, что фетальные кардиомиоциты обладают способностью к делению, и при трансплантации в область миокардиального рубца формируют нормально функционирующие вставочные диски с кардиомиоцитами реципиента [35, 36]. Известно также, что фетальные кардиомиоциты вовлечены в процесс выделения ангиогенных факторов, таких, как VEGF [3]. Улучшение микроциркуляции в области повреждения приводит не только к увеличению перфузии, но также позволяет удалить остатки погибших клеток из некротизированного участка.

Особенностью фетальных кардиомиоцитов, трансплантированных в область поврежденного миокарда, является очень низкая выживаемость. Методами количественного ПЦР анализа в опытах на крысах была выявлена значительная потеря донорских клеток в области поражения после трансплантации. Через час после интрамиокардиального введения фетальных кардиомиоцитов только 57% от общего количества трансплантированных клеток были обнаружены в поврежденном участке, через сутки - 24%, а через 12 недель -15%, что свидетельствует об обширном процессе гибели клеток после трансплантации [37]. Увеличение количества трансплантируемых клеток не приводит к изменению уровня приживления клеток [33]. Важно также помнить о необходимости проведения иммуносупрессивной терапии перед ал-логенной трансплантацией кардиомиоцитов и об этических ограничениях использования фетальных клеток [38].

2.3. Клетки-сателлиты поперечно-полосатой мускулатуры

Клетки-сателлиты являются предшественниками мио-цитов поперечно-полосатой мускулатуры и располагаются под базальной мембраной мышечного волокна [39]. В норме эти клетки находятся в состоянии покоя, но в период пост-натального роста или при необходимости регенерации мышечного волокна они способны к пролиферации. Количество клеток-сателлитов в течение жизни остается практически константным, что свидетельствует о возможности их самовозобновления [39]. Показано, что клетки-сателлиты способны к формированию синцития, а также высоко устойчивы к ишемии [6]. Аутогенные клетки-сателлиты могут быть получены с помощью биопсии поперечно-полосатых мышц пациента, например, латеральной широкой мышцы бедра [40], поэтому подобная трансплантация не имеет иммунологических и этических затруднений.

Интрамиокардиальная трансплантация предварительно культивированных клеток-сателлитов пациентам с инфарктом миокарда приводит к улучшению сократительной функции левого желудочка [40, 41], но может вызывать тахикардию [42]. Является ли нарушение ритма естественным ответом сердечной ткани на трансплантацию клеток или это каким-то образом связано с интеграцией трансплантата и нативных кардиомиоцитов, дифференциацией клеток-сателлитов или даже их гибелью, неизвестно [43]. Однако, необходимость имплантации кардиовертеров-дефибрилляторов в 25% случаев после проведения кардиомиопластики с помощью клеток-сателлитов [44] не позволяет широко рекомендовать данный метод для клинического использования.

С биологической точки зрения, тем не менее, интересна возможность трансдифференцировки сателлитов поперечно-полосатой мускулатуры в клетки с истинным кардиоми-огенным фенотипом, а также возможность нормального электромеханического функционирования после слияния с нативными кардиомиоцитами. В отличие от кардиомиоцитов, клетки-сателлиты поперечно-полосатой мускулатуры не имеют специфических контактов клетка-клетка, обеспечивающих электрическое (gap-junction) и механическое (adhesion-junction) слияние. Хотя на ранних стадиях дифференцировки клетки-сателлиты экспрессируют два главных белка данных контактов (коннексин-43 и N-кадгерин), на более поздних стадиях экспрессия этих белков резко снижается, что делает невозможным формирование контакта с кардиомиоци-тами [45]. Тем не менее, при интракоронарном введении клеток-сателлитов поперечно-полосатой мускулатуры в неповрежденный миокард в межклеточных контактах между трансплантированными мышечными клетками и нативными кардиомиоцитами был выявлен коннексин-43 [46]. Возможно, экспрессия белков специфических клеточных контактов зависит от исходного уровня ишемии и способа доставки клеток. Для предотвращения аритмогенного эффекта после трансплантации клеток-сателлитов в настоящее время разрабатывают подход, основанный на генетической модификации клеток-сателлитов с целью экспрессии в них коннексина-43 [47].

В поперечно-полосатых мышцах человека присутствует еще одна небольшая популяция стволовых клеток, известная как SP-популяция (side population) [48]. Выделить данную группу клеток можно с помощью сортинга (fluorescence-activated cell sorting, FACS) с использованием метки Hoechst 33342 [49]. Клетки SP-популяции экспрессируют маркеры CD45 и stem cell antigen (Sca-1) (у грызунов), характерные для гемопоэтических стволовых клеток, способны к восстановлению гемопоэза у летально облученных мышей [50], а в присутствии миогенного микроокружения определенно дают начало клеткам-сателлитам [49]. Располагаются клетки SP-популяции между мышечными волокнами и тесно связаны с кровеносными сосудами [49]. Указанные факты позволяют предположить, что клетки SP-популяции обладают как миогенным, так и гемопоэтическим потенциалом. Возможно, что при трансплантации в сердечную ткань, они будут давать начало как эндотелиальным клеткам, так и кардио-миоцитам или их предшественникам (по аналогии с формированием клеток-сателлитов в миогенном микроокружении). Принимая во внимание тот факт, что на ранних этапах дифференцировки миобласты поперечно-полосатой мускулатуры экспрессируют белки клеточных контактов, характерные для кардиомиоцитов, можно предположить, что клетки SP-популяции, являющиеся предшественниками клеток-сателлитов, также экспрессируют данные белки или их экспрессия может быть индуцирована кардиомиогенным окружением.

2.4. Эндотелиальные предшественники

Большая часть эндотелиальных предшественников является резидентами костного мозга. Эндотелиальные клетки также можно получить из мезенхимальных стволовых клеток, SP-популяции, эндогенных стволовых клеток сердца и клеток-предшественников нейронов [51]. Из мононуклеар-ной фракции периферической крови эндотелиальные предшественники можно выделить по одновременной экспрессии рецептора-2 к VEGF, известного также как fetal liver kinase (Flk-1), CD34 и CD133. Эти клетки дифференцируются в эндотелий сосудов и участвуют в неоваскуляризации. In vivo эндотелиальные предшественники заселяют ишемизированные участки миокарда, стимулируют неоваскуляризацию и снижают уровень апоптоза в гипертрофированных мио-цитах периинфарктной области [6]. Показано, что in vitro эндотелиальные предшественники способны к дифферен-цировке в кардиомиоциты при условии наличия контактов «клетка-клетка» с кардиомиоцитами. Слияния клеток (fusion) при этом выявлено не было [52].

Естественно, возникает вопрос, почему эндотелиальные стволовые клетки, если они способны к трансмиграции, стимуляции неоваскуляризации и даже трансдифференциров-ке в кардиомиоциты, не могут полностью обеспечить восстановление поврежденного миокарда в постинфарктный период? Показано, что у людей, страдающих сердечными заболеваниями, способность эндотелиальных предшественников к трансдифференцировке значительно снижена [53]. У пожилых людей и пациентов, страдающих диабетом, отмечено ухудшение функциональных качеств эндотелиальных предшественников [54]. Экспрессия фактора VEGF, который является главным аттрактантом, участвующим в привлечении эндотелиальных предшественников в область поражения, обычно усиливается под действием гипоксии. По непонятным пока причинам у некоторых людей такая регуляция не работает [23].

Для доставки в пораженную область достаточного количества эндотелиальных предшественников, их можно выделять из мононуклеарной фракции периферической крови с помощью магнитной сепарации, увеличивать количество за счет культивирования [ex vivo экспансии), а затем трансплантировать интравенозно. Трудностями данного подхода являются, прежде всего, ограниченная репликационная способность эндотелиальных предшественников при ex vivo экспансии, а также снижение способности клеток к хомингу после культивирования [53].

Известно, что терапия статинами [ингибиторами редук-тазы гидроксиметилглутарил CoA) пациентов с коронарной недостаточностью приводит не только к уменьшению содержания провоспалительных цитокинов [ll-6, TNF-n), но и значительно увеличивает количество эндотелиальных предшественников в периферической крови [55]. Возможно, ста-тиновая терапия позволит расширить применение эндотелиальных предшественников в клинической практике.

2.5. Мезенхимальные стволовые клетки

Костный мозг и жировая ткань содержат малочисленную популяцию CD34-CD45--клеток, которые называют мезенхимальными стволовыми клетками (МСК). МСК экспрессируют CD105, CD73, CD166, CD44 и STRO-1, а также обладают способностью к дифференцировке в хондроциты, остеобласты, адипоциты, фибробласты и могут формировать строму костного мозга [56]. В экспериментальных работах показана возможность дифференцировки МСК в сердечную и скелетную мышечную ткань под действием 5-азацитидина [вещества, деметилирующего ДНК) и микроокружения, например, взаимодействия «клетка-клетка» между МСК и мышечными клетками [24]. Трансплантация МСК позволяет значительно улучшить сократительные функции миокарда у мышей после индуцированного инфаркта [57]. Показано, что совместная трансплантация МСК и костного мозга усиливает экспрессию генов семейства тенасцина и вызывает усиление симпатической иннервации сердца [58]. Тенасцины относятся к белкам внеклеточного матрикса, которые участвуют в восстановлении сердечной мышечной ткани. Подобный механизм объясняет позитивный эффект трансплантации МСК для лечения кардиологических больных, но необходимо помнить, что симпатическая гипериннервация может приводить к желудочковой тахиаритмии, опасной для жизни.

В настоящее время неизвестно, можно ли с помощью 5-азацитидина специфично активировать экспрессию в МСК только генов кардиомиогенеза, обладает ли он сходным действием на гены клеточной пролиферации и может ли стимулировать онкогенез. Показано, что в клетках миелоидной линии P39 данный агент гипометилирует промотеры генов, ответственных за контроль клеточного цикла [59]. В связи с этим, трансплантация культивированных с 5-азацитидином МСК ограничена экспериментальными работами.

В такой ситуации возникает вопрос об эффективности трансплантации МСК, не коммитированных в сторону карди-омиоцитов. Недавно было установлено, что восстановление сердечной функции при участии МСК, не культивированных с 5-азацитидином, может быть опосредовано выделяемым ими фактором роста стволовых клеток [SCF) [60]. SCF обладает мощным антиапоптотическим действием, усиливает хоминг, приживление и функционирование эндотелиальных и других предшественников в области повреждения [61]. Кроме того, SCF является главным активатором c-kit+ тучных клеток, которые инфильтрируют поврежденную область миокарда и стимулируют пролиферацию и сократительную активность миофибробластов [62], происходящих из резидентных кардиальных фибробластов, а не из костного мозга [63]. Таким образом, даже при отсутствии индуцированного кардиомиогенеза МСК участвуют в процессах стимуляции ангиогенеза и восстановлении сократительной функции поврежденного миокарда посредством действия SCF на различные c-kit+ предшественники и клетки.

2.6. Эндогенные стволовые клетки сердца

До недавнего времени считали, что сердце взрослого человека является органом, не обладающим потенциалом к регенерации. Несколько групп исследователей недавно выделили популяцию желудочковых миоцитов, способных к делению [64, 65]. Показано, что в ядрах около 4% миоцитов в сердце у пациентов, скончавшихся от инфаркта миокарда, экспрессируется маркер пролиферативной активности Ki-67 [66]. Возможно, что увеличение количества миоцитов, наблюдаемое при гипертрофии сердечной мышцы после инфаркта, связано именно с пролиферацией эндогенных стволовых клеток [67]. Эндогенные стволовые клетки сердца являются мультипотентными и дают начало клеткам эндотелия, гладким миоцитами и функционирующим кардиоми-оцитам, имеют фенотип c-kit+ у всех млекопитающих, а у грызунов также sca-1 +. В отличие от гемопоэтических стволовых клеток они не экспрессируют ни панлейкоцитарный маркер CD45, ни маркер CD34. При трансплантации меченых sca-1 + эндогенных стволовых клеток сердца мышам с индуцированной ишемией было выявлено, что эти клетки заселяют края поврежденной области и претерпевают дифференци-ровку в кардиомиоциты [68]. Неясно, однако, почему же собственных эндогенных стволовых клеток миокарда недостаточно для полного восстановления мышечной массы и улучшения функций левого желудочка. Возможно, что сами по себе эндогенные стволовые клетки не способны реагировать на острый инфаркт или им необходимы какие-либо дополнительные стимулы. Другим возможным объяснением может быть их собственное старение и неспособность к индукции пролиферации в достаточном объеме у пожилых пациентов [32].

Пока не разработана технология получения этих клеток, открыт вопрос о возможности их культивирования в достаточных количествах in vitro и экзогенной активации in vivo. Показано, что комбинация инсулиноподобного фактора роста и фактора роста гепатоцитов способна активировать эндогенные стволовые клетки сердца в условиях in situ [69]. Необходимо также учитывать, что для выживания трансплантированных кардиомиоцитов в области инфаркта васкуляризация данного участка должна быть больше, чем этого требуют миобласты, и значительно больше, чем та, что присутствует в области повреждения. Таким образом, эффект от трансплантации клеток с низкой устойчивостью к ишемии может быть достигнут только совместно с неоваскуляриза-цией или ангиогенезом.

2.7. Гемопоэтические стволовые клетки

Гемопоэтические стволовые клетки [ГСК) обладают маркерами CD34 и CD133 и являются одними из наиболее доступных клеток для проведения кардиомиопластики. ГСК не обладают способностью к дифференцировке в кардиомиоци-ты [70], но, возможно, способны к слиянию с ними. В настоящее время для трансплантации пациентам используют фракции CD34+CD45+ клеток [71] или CD133+ клеток [72]. Возможными объяснениями улучшения функции сердца после трансплантации ГСК могут быть:

- неоваскуляризация за счет дифференцировки в эндотелиальные предшественники;

- выделение цитокинов и хемокинов, снижающих воспаление в поврежденной области и участвующих в привлечении других предшественников;

- восстановление внеклеточного матрикса;

- вовлечение эндогенных предшественников сердца [73].

Одним из наиболее часто применяемых типов трансплантата для регенерационной кардиомиопластики является фракция мононуклеаров костного мозга. В ней присутствуют, по меньшей мере, две популяции соматических стволовых клеток: гемопоэтические и мезенхимальные. Выделение фракции мононуклеаров не требует сложных манипуляций или культивирования. Присутствие во фракции мононуклеаров клеток с ангиогенным, миогенным потенциалом, а также недавно выделенной популяции мультипотентных соматических стволовых клеток [multipotent adult progenitor cells, MAPC) позволяет считать ее одним из наиболее универсальных типов трансплантата. Известные рандомизированные исследования, направленные на изучение эффекта введения свежевыделенной аутогенной мононуклеарной фракции костного мозга у больных, перенесших острый инфаркт миокарда [JOPCARE-AMI, BOOSJ), свидетельствуют о безопасности применения этого вида клеточной терапии и пользе в плане восстановления сократительной функции миокарда левого желудочка по сравнению с контрольной группой больных [71, 74]. 3. Способы доставки клеток в поврежденный миокард

Для доставки клеток в область поврежденного миокарда разработано три принципиальных подхода, которые имеют различные вариации [рис. 2):

- прямое интрамиокардиальное введение;

- внутрисосудистое введение;

- тканевая инженерия.

3.1. Прямое интрамиокардиальное введение

Стволовые клетки могут быть прямо введены по краям зоны инфаркта или в область рубца во время операции АКШ или во время отдельной операции [75]. Данный способ позволяет четко контролировать топографию трансплантации и требует небольшого количества клеток для достижения клинически выраженного приживления. Тем не менее, это инвазивная кардиохирургическая процедура, которая сопряжена с высоким операционным риском, а тканевая гипоксия и физический стресс от введения вызывают гибель значительного числа трансплантированных клеток [20]. Серьезным недостатком является возможность формирования в поврежденном миокарде «островков» клеток из-за их неравномерного распределения. Подобные скопления клеток могут стать причиной электрической нестабильности и вызвать тахиаритмию [3].

Альтернативный малоинвазивный подход связан с введением клеток через желудочковый катетер в миокард с помощью электромеханического картирования, которое позволяет четко идентифицировать поврежденную область миокарда. Такое сопровождение помогает направлять клетки в области жизнеспособного гипертрофированного миокарда, чтобы избежать тканевой гипоксии [76].

В экспериментах на крысах показана возможность интра-миокардиальной трансплантации суспензии клеток-сателлитов поперечно-полосатой мускулатуры в фибриновом клее, что позволяет повысить приток крови в ишемизированную область и жизнеспособность трансплантата [77].

3.2. Внутрисосудистое введение

Введение клеток через коронарный катетер является менее травматичной процедурой по сравнению с прямым введением в миокард [78]. Данный способ позволяет достичь более равномерного распределения клеток по краям повреждения. Важным преимуществом интракоронарного введения является возможность доставки максимального количества клеток в область инфаркта и периинфарктной зоны за один раз. Кроме того, введение стволовых клеток под высоким давлением в область инфаркта может способствовать проникновению клеток через эндотелий и миграции в поврежденные участки [78]. Во избежание дополнительного некроза мышечной ткани и повреждения коронарного тока необходимо точно определять объем трансплантата и скорость его введения [79].

Интравенозное введение является наиболее привлекательным с точки зрения клинической практики, поскольку не требует хирургического вмешательства или катетеризации. Однако такой способ введения оправдан при использовании клеток с высоким потенциалом к хомингу и значительно большим (в десятки и сотни раз) количеством трансплантируемых клеток по сравнению с локальным интракоронар-ным введением. В экспериментах на крысах показано, что клетки-предшественники заселяют поврежденный миокард значительно интенсивнее, чем здоровый [80]. Возможно, трансплантируемые клетки способны заселять другие органы и ткани, что может стать ограничением применения данного подхода [20].

3.3. Тканевая инженерия

Искусственные ткани, созданные методами тканевой инженерии, могут служить для транспортировки значительного количества функционирующих клеток или цельного миокарда в область повреждения. Данные конструкции могут быть созданы на основе фетальных кардиомиоцитов с использованием специального остова (скэффолда) из материалов, способных к биодеградации, например, полиуретана. В остов с большим количеством пор (>90% суммарного объема) погружают около 5 миллионов культивированных фетальных кардиомиоцитов, культивируют еще 2 недели, а затем полученную конструкцию накладывают на область поврежденного миокарда [20]. Клетки из имплантата не мигрируют в область поврежденного миокарда, что снижает риск развития аритмии, однако за счет непосредственного контакта с поврежденными участками могут восстанавливать сократительные функции, возможно, за счет паракринного эффекта [81]. Безусловно, пока это только экспериментальные работы на животных, и вряд ли в ближайшем будущем тканевые конструкции на основе фетальных кардиомиоци-тов получат широкое распространение.

Визуализация приживления клеток после регенеративной кардиомиопластики играет одну из ведущих ролей в оценке успешности проведенного лечения. Идеальная техника визуализации применительно к клиническим исследованиям должна позволять в лучшем случае наблюдать за клетками в реальном времени, наблюдать их распределение по ткани, или, как минимум, фиксировать эффект подобного лечения на снабжение кровью или сократимость миокарда [82]. В настоящее время в основном используют такие техники визуализации сократительной функции, перфузии и жизнеспособности, как ядерно-магнитный резонанс (MRI, magnetic resonance imaging) [83], сцинтиграфия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT, single photon emission computed tomography), эхокардиог-рафия или позитронная эмиссионная томография (PET, positron emission tomography) [25, 82]. Однако, все эти методы не позволяют дифференцировать трансплантированные немеченые клетки от нативных кардиомиоцитов и, тем более, выявить взаимосвязь между способом интеграции трансплантата в синцитий поврежденного миокарда и наблюдаемой эффективностью лечения.

В России к теме регенерационной кардиомиопластики как способу лечения ряда патологий сердечно-сосудистой системы также проявляют значительный интерес. Помимо экспериментальных работ [84, 85], во многих медицинских центрах страны проводят клинические исследования эффективности применения клеточной терапии, чаще -в форме трансплантации фракции мононуклеаров аутогенного костного мозга, для лечения различных сердечных заболеваний [86, 87, 88]. Важно отметить, что появляются данные не только о функциональных изменениях работы сердца в периоды до 6 месяцев после проведения кардио-миопластики, но и результаты отсроченных наблюдений [89], а также сведения об иммунофенотипе трансплантата [90].

Клеточная регенерационная терапия для лечения кардиологических заболеваний пока находится на заре своего становления. Большая часть экспериментов проведена на животных, а данных по мониторингу состояния пациентов, перенесших клеточную кардиомиопластику, крайне мало.

Среди биологических вопросов, которые пока остаются открытыми, следует особо выделить следующие:

- какова возможность трансплантированных клеток дифференцироваться в типичные кардиомиоциты, и в чем заключается собственно механизм восстановления поврежденного миокарда;

- каковы реакции трансплантированных клеток на естественные физиологические стимулы и стимулы при патологических процессах;

- существует ли возможность контролируемой пролиферации и дифференцировки стволовых клеток после трансплантации?

Поиск решения этих задач открывает ученым широкие горизонты для исследовательской деятельности, а использование стволовых клеток в медицинской практике требует конкретных ответов на ежедневно возникающие вопросы. Самые важные из них касаются:

- алгоритма выбора оптимальной терапии для каждого пациента;

- длительности приживления трансплантата;

- выбора оптимального типа трансплантата и возможности использования сочетанных трансплантатов;

- способа доставки клеток в миокард;

- количества клеток в трансплантате и способов его подготовки;

- временных рамок проведения кардиомиопластики;

- возможности сочетания регенерационной терапии с консервативными и оперативными методами лечения.

Необходимо проводить обширные двойные слепые контролируемые исследования для детального выяснения роли трансплантации стволовых клеток в восстановлении миокарда, оценки безопасности и эффективности проведения подобной терапии.

Подняться вверх сайта