Перспективы использования пуповинной крови в современной медицине

С развитием нового направления в медицине – заместительной регенеративно-пластической терапии – появилась возможность применения новых технологий в лечении ряда тяжелых и ранее считавшихся неизлечимыми заболеваний различного генеза. В основе заместительной терапии лежит клеточная трансплантация и использование уникальных свойств стволовых клеток (СК) организма: их способности имплантироваться в зону поврежденной ткани, дифференцироваться под влиянием локального микроокружения и функционально встраиваться в клеточный ансамбль, пораженных патологическим процессом органов или тканей.

Стволовые клетки пуповинной крови

Современной науке известны различные источники получения СК. Опубликовано огромное количество докладов, в которых исследователи и врачи сообщают о возможности получения и использования СК практически из всех функционалов организма: кожи, зубов, ногтей, волос, жировой и мышечной ткани и др. Однако при проведении терапии врачи отдают предпочтение тем источникам, которые могут дать большее количество СК с высокой способностью к делению и дифференцировке, а также большей вероятностью приживления клеток в организме, от чего зависит эффективность лечения.
Пуповинная (кордовая, плацентарная) кровь (ПК) является именно таким источником СК, который в наше время начинает рассматриваться как магистральное средство лечения ряда онкологических и неонкологических заболеваний, среди которых – острые и хронические лейкемии, лимфомы, солидные опухоли, иммунные дефициты, врожденные нарушения метаболизма, а также генетические патологии (табл. 1).
ПК циркулирует в сосудах плаценты и пуповины и собирается после рождения ребенка. С одной стороны, это безопасная, технически легко выполнимая процедура, не представляющая угрозы здоровью матери и/или новорожденному и не требующая общей анестезии при сборе, а с другой, – доступная форма биологического страхования жизни в связи с возможностью использования клеток ПК в качестве аутологичного трансплантата.
Сегодня ПК рассматривают как альтернативу костному мозгу при получении гемопоэтических СК (ГСК). Конечно, количество получаемых ГСК из отобранной ПК незначительно в сравнении с возможностями костного мозга, и в среднем включает 5x10⁸±5x10⁸ ядросодержащих клеток/мл, что составляет 1/10 количества ядерных и прогениторных клеток, представленных в том же объеме костного мозга [2]. Кроме того, к недостаткам использования ПК для получения СК можно также отнести невозможность повторного сбора. Однако, как было указано выше, сбор ПК – процесс безболезненный, без дискомфорта и риска для донора, а забор СК костного мозга часто связан с хирургическим вмешательством, после которого донору требуется длительная утомительная реабилитация. Вдобавок к тому, при использовании ГСК костного мозга возможность подбора НLA-совместимого донора достаточно низка, особенно если у больного необычный тип НLA, как у представителей многих этнических меньшинств. К тому же поиск неродственного донора – процесс длительный (4 мес и более), и многие пациенты умирают, не дождавшись его завершения [3]. Зачастую единственный шанс для больного найти НLA-совместимого донора костного мозга – это обратиться за помощью к исключительно совместимым сиблингам (родным братьям и сестрам реципиента). К сожалению, по статистике только 25% пациентов находят НLA-идентичного сиблинга для трансплантации СК костного мозга [4]. Вместе с тем трансплантаты ПК показывают лучшие результаты, чем трансплантаты неродственных донорских СК из костного мозга и периферической крови после стимуляции колониеобразующими факторами. Статистически вероятность развития острой или хронической реакции «трансплантат против хозяина» при трансплантации ГСК ПК по сравнению с СК костного мозга значительно ниже. Надо полагать, данный эффект связан со снижением количества и реактивности лимфоцитов ПК, в частности Т-клеток, в результате чего повышается вероятность успешной приживаемости трансплантата кордовой крови даже при совместимости всего лишь одного HLA-локуса [5].
Для пациента с лейкемией снижение иммунореактивности СК ПК может стать результатом ослабления эффекта «трансплантат против лейкемии» и повлечь за собой рецидивы заболевания при стечении ряда факторов (возраста пациента, группы онкологического риска, природы заболевания) [6]. Однако значимой разницы при сравнении ГСК ПК с трансплантатами костного мозга от неродственных доноров по метастазированию, смертности после операции и общей смертности врачами не обнаружено. В то же время, общая выживаемость пациентов-реципиентов ГСК ПК, особенно детского возраста, сравнима с таковой, а иногда и выше, при сопоставлении с результатами трансплантаций костного мозга.
Несмотря на относительно малые количества ГСК, получаемые из ПК, этого объема вполне достаточно для того, чтобы трансплантаты ГСК исключительно своими силами восстановили кроветворную систему ребенка в возрасте до 10 лет. Для взрослых количество клеток одного образца (ГСК, полученных в результате одного забора), к сожалению, недостаточно для успешной трансплантации, поэтому либо используют кровь нескольких доноров, либо обращаются к новым высоким биотехнологиям – культивированию клеток in vitro и ех vivo. Сегодня уже проводятся работы по «чистому увеличению числа» ГСК при использовании генетических манипуляций, приводящих к экспрессии одного из генов СК – НохВ4, который отвечает за большую выработку их количества. Данный метод перспективен, поскольку он позволяет в течение относительно небольшого времени, за 6-9 дней до проведения трансплантации, не только увеличить количество ГСК, но и улучшить последующее приживление клеток в организме [7].
Сообщение о проведении первой трансплантации ГСК ПК было опубликовано еще 1972 г. в американском медицинском издании Virginia medical monthly. Исследователи M. Ende и N. Ende (1970) при лечении 16-летнего мальчика с острой лимфобластической лейкемией вводили ГСК ПК. При трансплантации использовали 8 донаций ПК от HLA-несовместимых доноров. В течение 18 сут проводили подсадки, и только одна из них привела к состоянию полной ремиссии до следующего курса процедур, назначенных через 9 мес [8]. Позднее, в 1982 г., группа американских исследователей во главе с H.E. Broxmeyer из Индианского университета (Индианаполис, США) показала приоритетность сбора и использования сиблинговых ГСК ПК при трансплантации детям с онкологическими заболеваниями крови [9]. В 1989 г. Gluckman и соавт. опубликовали работу, в которой представили результаты лечения анемии Фанкони у пятилетнего мальчика с положительным и долгосрочным эффектом ремиссии после введения только однократной дозы ПК его новорожденной сестры [10]. Именно с этого момента наступил период осмысления и оценки результатов использования ГСК ПК, возникло стремление врачей и исследователей проследить терапевтический эффект большего количества и генеза заболеваний, а также начало формироваться социальное мнение о значимости сбора и хранения ПК.
По данным Национального Координационного центра пуповинной крови США, с начала 90-х годов прошлого века и до 2006 г. зарегистрировано более 3000 случаев трансплантации ГСК ПК. В среднем возраст пациентов – 6,1 года (от 0,5 до 43 лет), количество больных обоего пола было практически равным (46% женщин и 48% мужчин, в 6% случаев пол не указан). Срок криохранения образца перед использованием составлял в среднем 14,9 мес (от 1 до 72 мес); объем крови – 85,2 мл (от 14 до 168 мл), количество мононуклеаров – 7,0x10⁸ (1,1-15,1), данные из 368 примеров. В 11,5% случаев трансплантации были аутологичными, в 86,5% – применяли кровь сиблингов, в 1,9% – использовали кровь от ребенка родителю. В 19,2% случаев переливали цельную кровь, а в 76,9% – выделенные клетки. 92,3% ПК хранилось в банках США, а по 1,9% – в банках Сингапура, Мехико, Канады и Бразилии. Показаниями к родственной трансплантации в 43,5% случаев были острый лимфобластный лейкоз, 13% – острый миелобластный лейкоз, 4,3% –хронический миелоидный лейкоз, 8,7% – анемия Фанкони, 6,5% – серповидноклеточная анемия, талассемия и анемия Блекфена-Дайемонда, 23% (суммарно) – хронический гранулематоз, синдром Харлера, тяжелая апластическая анемия, синдром Вискотта-Олдрича. Показаниями к аутологичной трансплантации были тяжелая серповидноклеточная анемия (50%), нейробластома IV (46%) и ретинобластома (4%). Зафиксировано успешное приживление трансплантата в 65,4% случаев, в 33% – результат был неизвестен, в 1,6% – пациенты не выжили [11].
Приведенные данные о трансплантации образцов ПК, сохраненных в частных банках крови, являются документальным подтверждением ценности ПК для современной медицины. Анализ подтверждает, что спектр показаний к трансплантации ПК весьма широк, тем не менее в полной мере не охватывает многие типы патологий и критических состояний. Именно поэтому непрерывный поиск новых возможностей для применения ПК в клинической практике продолжается.
В 2003 г. в Journal of Cardiovascular Nursing ученые T.E. Perry и S.J. Roth опубликовали результаты своей работы, в которой продемонстрировали возможность реконструирования кардиомиоцитов из ГСК ПК. При обработке ГСК васкулярным эндотелиальным фактором роста и основным фактором роста фибробластов авторы отмечали формирование капиллярно-подобных сосудов [12]. Немецкие ученые N. Ma и соавт. (2005) изучали влияние внутривенной трансплантации мононуклеарных фракций ПК на ангиогенез инфицированного миокарда у NOD/SCID-мышей. Клетки мигрировали и встраивались только в дефектный миокард, что подтверждает терапевтический эффект процедуры [13].
Получены благоприятные результаты при использовании СК ПК в лечении ишемии конечностей. Так, японский исследователь Murohara (2000) в эксперименте с крысами с моделью ишемии конечностей проводил внутримышечные инъекции ГСК ПК, что приводило к значительному улучшению кровотока и к увеличению плотности капилляров, а также и к увеличению числа артериол в очаге ишемии и стимуляции регенерации скелетной мышцы [14]. Кроме того, на модели мышей SCID была показана высокая способность к регенерации костной ткани после механических повреждений в результате внутривенного введения ГСК ПК [15].
Следует отметить отдельное направление современной регенеративной медицины – использование ПК в экспериментальной неврологии, где представлено множество обзоров и докладов об использовании ГСК в терапии. Подоплекой к исследованиям по терапевтической эффективности трансплантации клеток ПК в неврологии послужили работы по выделению и характеристике нейрональных клеток из СК популяций ПК.
Из различных популяций клеток ПК in vitro несколькими группами исследователей были получены все виды нервных клеток. Пионерские работы по получению нейрональных клеток из ПК были выполнены группами Sanchez-Ramos и Buzanska [16, 17]. Полученные дифференцированные по нейрональному типу ГСК ПК были подвергнуты исследованию иммунофенотипа и изучению экспрессии генов матричного РНК (мРНК), а также характерных транскрипционных факторов. К сожалению, на сегодняшний день говорить об их прямом использовании в лечении еще рано, поскольку не получены ответы о функциональности этих клеток.
Терапевтические эффекты, вызываемые трансплантацией клеток ПК, были изучены на нескольких моделях неврологического дефицита. В одной из ранних работ Jieli Chen [18] было показано, что внутривенная трансплантация ГСК ПК крысам с моделью ишемического инсульта приводит к значимому функциональному восстановлению неврологического дефицита. Клетки мигрировали в головной мозг, преимущественно в зону поражения, и дифференцировались в нейроны и клетки глии. В исследовании, опубликованном в Journal Clinical Investigation (2004), также была показана эффективность трансплантации ГСК ПК для лечения ишемического инсульта у иммунодефицитных мышей [15]. Кроме того, в ряде других исследований был продемонстрирован преимущественный тип введения ГСК ПК – внутривенный. Отмечено существование дозозависимого эффекта – эффективность наблюдается в дозе 1-10 млн клеток при значимом уменьшении области повреждения в периинсультной зоне эспилатеральной стороны и другие доказательства положительного эффекта. Совсем недавно появилось сообщение о восстановлении моторной функции (ходьбы) у парализованной женщины после трансплантации клеток ПК через 17 лет после травмы спинного мозга [19].
Три года назад были опубликованы первые работы, показывающие возможность дифференцировки клеток ПК человека в клетки печени, что имеет большое значении при лечении онкологических заболеваний, а также в условиях токсического гепатита.
До настоящего момента нет публикаций по получению инсулин-продуцирующих клеток поджелудочной железы из стволовых популяций ПК. Однако существует несколько исследований по трансплантации клеток ПК при экспериментальном сахарном диабете (СД). В этих исследованиях уже однократное введение клеток приводило к долговременному (более 9 мес) снижению концентрации глюкозы в крови и увеличению выживаемости животных экспериментальных групп без реакции отторжения. Механизмы действия введенных мононуклеарных клеток ПК в моделях СД остаются невыясненными. Исследователи предполагают, что одна из клеточных фракций может предупреждать или снижать интенсивность аутоиммунного ответа к клеткам островков, т.е. обладать иммуномодулирующим действием. Однако эта концепция подлежит проверке в последующих работах [20].

Сферы применения клеточных технологий

Эффективность внутривенного введения ГСК ПК была также испытана в модели амиотрофического склероза у мышей, которые развивают паралич в первые 4-5 мес жизни. В пилотных исследованиях было показано, что трансплантация предварительно криоконсервированных ядросодержащих клеток ПК после сублетального облучения приводит к увеличению выживаемости экспериментальных животных.
Стоит отметить, что также проводятся исследования по изучению терапевтического эффекта при аутоиммунных заболеваниях. Одна из первых работ группы Ende (2002) была посвящена возможности коррекции системной волчанки – заболевания, имеющего аутоиммунный компонент патогенеза [21]. Трансплантация ГСК ПК мышам MRL-lpr/lpr, которые являются моделью системной красной волчанки человека, приводила к двукратному увеличению выживаемости животных, снижению интенсивности лимфаденопатии и количества аутоагрессивных Т-лимфоцитов.
Таким образом, в заключение можно отметить, что использование гемопоэтических СК ПК представляется перспективным направлением заместительной клеточной терапии, которая поможет отчасти решить уже существующую сегодня проблему доступных источников СК, а также при дальнейшем развитии и внедрении новых технологий найти решение в лечении ряда заболеваний различной этиологии.

Литература
1. http://www.nationalcordbloodprogram.org/qa/.
2. Armitage J.O. Bone marrow transplantation// N. Engl. J. Med. – 1994. – Vol. 330. – P. 827-838.
3. Barker J.N., Krepski T.P., DeFor T.E. et al. Searching for unrelated donor hematopoietic stem cells: availability and speed of umbilical cord blood versus bone marrow// Biol. Blood Marrow Transplant. – 2002. – Vol. 8. – P. 257-260.
4. Armson B.A. Umbilical cord blood banking: implications for perinatal care providers//SOGC Clin. Pract. Guidelines. – 2005. – Vol. 156. – P. 263-274.
5. Thomson B.G., Robertson K.A., Gowan D. Et al. Analysis of engraftment, graft-versus-host disease, and immune recovery following unrelated donor blood transplantion // Blood. – 2000. – Vol. 96. – P. 2703-2711.
6. Rocha V., Wagner J.E., Sobocinski K.A. et all. Graft-versus-host disease in children who have received a cord-blood or bone marrow transplant from HLA-identical sibling // N. Engl.J. Med. – 2000. – Vol. 342. – P. 1846-1854.
7. http://engl.stem-cell.ru/news/phpnews/cell_news.php?nom_news=534.
8. Ende M., Ende N. Hematopoietic transplantation by means of fetal (cord) blood// Virginia Med. Monthly. – 1972. – Vol. 99. – P. 276-280.
9. Broxmeyer H.E., Douglas G.W., Hangoc G. et all. Human umbilical cord blood as a potential source of transplantation hematopoietic stem/progenitor cells// Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1989. – Vol. 86. – P. 3828-3832.
10. Gluckman E., Broxmeyer H.E., Auerbach A.D. et all. Hematopoietic reconstitutin in a patient with Fanconi’s anemia means of umbilical-cord-blood from HLA-identical sibling // N. Engl. Med. – 1989. – Vol. 321. – P. 1174-1178.
11. Meyer E.A., Hanna K., Gebbie K. Cord blood: Establishing a National Hemapoietic Stem Cell Bank Program. – Washington: The national academies press, 2005.
12. Perry T.E., Roth S.J. Cardiovascular tissue engineering: Constructing living tissue cardiac valves and blood vessels using bone marrow, umbilical cord blood, and peripheral blood cells// J. Cardiovasc. Nurs. – 2003. – Vol. 18 (1). – P. 30-37.
13. Ma N. Et all. Human cord blood cells induce angiogenesis following myocardial infarction in NOD/scid-mice// Cardiovasc. Res. – 2005. vol. 66. – P. 45-54.
14. Murohara T. Transplanted cord blood-derived endothelial precursor cells augment postnatal neovascularization // J. Clin. Invest. – 2000. – Vol. 105. – P. 1527-1536.
15. Taguchi A., Soma T., Tanaka H. et all.//Administration of CD34+ cells after stroke enhances neurogenesis via angiogenesis in a mouse model// J. Clin. Invest. – 2004. – Vol. 114. – P. 330-338.
16. Sanchez-Ramos J. Expression of neural markers in human umbilical cord blood // Exp. Neurol. – 2001. – Vol. 171. – P. 109-115.
17. Buzanska L. Human cord blood-derived cells attain neuronal and glial features in vitro// Cell Sci. – 2002. – Vol. 115. – P. 131-2138.
18. Jieli Chen Intravenous administration of human umbilical cord blood reduced behavioral deficits after stroke in rats // Stroke. – 2001. – Vol. 32. – P. 2682.
19. http://www.cordblood.com/cord_blood_news/stem_cell_news/ a_paralyzed.asp.
20. Soria B., Roche E., Bernб G. et all. Insulin-secreting cells derived from embryonic stem cells normalize glycemia in streptozotocin-induced diabetic mice// Diabetes. – 2000. – Vol. 49. – P. 157-162.
21. Ende N., Chen R., Mack R. NOD/LtJ type 1 diabetes in mice and the effect of stem cells (Berashis) derived from human umbilical cord blood// J. Med. – 20022. – Vol. 33. – P. 181-187.