Боковой амиотрофический склероз и стволовые клетки

Боковой амиотрофический склероз и стволовые клетки
Патофизиология бокового амиотрофического склероза (БАС) достаточно сложна и мало изучена, несмотря на то, что уже десятки лет проводятся многочисленные исследования. Достаточно эффективного метода лечения так и не найдено. Некоторые ученые полагают, что важную роль в восстановлении поврежденных моторных нейронов или даже в создании новых могли бы сыграть стволовые клетки с их способностью дифференцироваться во множество клеточных линий.

 Что такое БАС? 

БАС, известный также как болезнь Лу Герига, - это прогрессирующее заболевание, которое выражается в постепенном развитии и распространении слабости и атрофии пораженных мышц больного. Подобное состояние приводит к мышечной дисфункции, недееспособности и в конечном итоге к смерти или постоянной зависимости от вспомогательных средств дыхания, что наступает в среднем через 3 года после того, как впервые диагностирована слабость мышц. Приблизительно у 5%-10% человек с БАС есть родственники с подобным заболеванием. Большинство случаев БАС (90% до 95%) имеют спорадический характер, часто возникая "совершенно неожиданно", но есть редкая форма БАС, которая прослеживается в 3 западных областях Тихого океана: Гуам, полуостров Кии в Японии и западная Новая Гвинея. Многие этиологические факторы связаны с тем, что процесс истощения остается непонятым и необъяснимым. Факторы, которые запускают цепочку событий, приводящих к смерти моторных нейронов, неизвестны, но во множестве семей, страдающих этим заболеванием, наблюдается наследование по типу аутосомной доминантной мутации. Можно предположить, что измененный ген приводит к выработке токсического вещества, которое и запускает процесс заболевания. Даже у 15%-20% семей, у которых установлен мутировавший ген (дисмутаза супероксида цинка-меди 1 [SOD1]), механизм его действия, ускоряющий начало заболевания, остается неизвестным. Нам также неизвестны причины наступления такого заболевания в разном возрасте и скорости его прогрессирования, связанной со специфическими мутациями гена, так же как и причина неполной заболеваемости (поражено большинство носителей гена, но не все). И еще меньше известно об этиологии заболевания в спорадических случаях западной области Тихого океана. Прямая причина слабости мышц и их истощения - прогрессивная потеря мышечных моторных нейронов. Бывают поражены нервные клетки, расположенные в спинном мозге или в стволе головного мозга и напрямую связанные с мышцами (нижние моторные нейроны), и в коре головного мозга (верхние моторные нейроны), связанные с нижними моторными нейронами. Также могут быть затронуты нервные клетки и цепочки, которые находятся в передней доле головного мозга (предлобные моторные нейроны). Ни один способ лечения не может задержать или обратить развитие БАС. Есть рекомендованный FDA метод лечения (рилузол riluzole), который может добавить 2-3 месяца к средней продолжительности жизни больного БАС. Тщательное соблюдение диеты и своевременное применение неинвазивной поддержки дыхания может расширить временные рамки жизни больного еще на 6-12 месяцев. 

Что такое стволовые клетки? 

Стволовые клетки, известные также как прогениторные клетки, это клетки, которые не прошли дифференцировку и не приобрели специфических  функций; они обладают потенциалом самовосстановления, делятся и дифференцируются в специфические типы клеток.[1,2] Их также называют "плюрипотентными" или "недифференцированными" клетками, потому что они могут дифференцироваться и развиваться в различные специализированные клетки. Дифференцировка стволовых клеток во взрослые клетки четко отрегулирована; иначе не могли бы существовать сложные растения или животные, с их множеством взаимосвязанных тканей и органов. В отличие от стволовых, зрелые или дифференцированные клетки образуют специфические структуры и выполняют определенные функции и во многих случаях теряют способность делиться и размножаться. Злокачественные или "дедифференцированные" клетки отличаются от стволовых и нормальных специализированных тем, что делятся бесконтрольно и несут в себе опасность уничтожения организма. Дифференцировка стволовой клетки должна включиться, получить нужное направление и выключиться таким образом, чтобы были построены нужные ткани  в различных системах органов. Точная регуляция дифференцировки еще более необходима для нейрональных прогениторных клеток, так как эффективная нейрональная функция зависит от установления точных связей и взаимодействий между различными отдельными нейронами и классами нейронов. Стволовые клетки, включая нервные стволовые клетки, по определению присутствуют в эмбрионах. Стволовые клетки можно найти в пуповинной крови. У взрослых эти клетки находятся в костном мозге и других органах, в которых требуется контролируемое самовосстановление.[1] Было показано, что нейрональные прогениторные клетки также сохраняются у взрослых людей в определенных областях головного мозга рядом с желудочками, где они делятся, дифференцируются, мигрируют и встраиваются в нервные схемы, обеспечивая таким образом процессы текущего обучения и запоминания. 

Возможна ли терапия БАС стволовыми клетками? 

Стволовые клетки могут помочь пациентам с БАС несколькими способами. По идее, можно вызвать их дифференцировку в нижние моторные нейроны, чтобы они заместили нейроны, погибшие в результате БАС. Возможно, стволовые клетки могли бы спасти умирающие моторные нейроны, восстановив связи этих нейронов с частично денервированной мышцей до того, как она окончательно атрофируется. Еще лучше, если бы удалось вызвать их дифференцировку в верхние моторные нейроны в коре головного мозга и установить их связь с нижними моторными нейронами. К сожалению, надежды на такую регенеративную роль стволовых клеток у пациентов с БАС не реалистичны из-за непреодолимой на данный момент сложности этой задачи. Более реально ожидать от стволовых клеток, что они смогут поддерживать жизнедеятельность или улучшать выживаемость моторных нейронов.[3] Возможно индуцировать дифференцировку стволовых клеток в поддерживающие клетки, глию или вставочные нейроны, которые могли бы вырабатывать факторы, поддерживающие моторные нейроны или, возможно, стволовые клетки сами могут вырабатывать такие факторы. 

О чем говорят имеющиеся данные? 

Недавние данные (Clement [4]), полученные на модели химерной генноинженерной мыши, показывают, что моторные нейроны несут мутировавшие гены SOD1, а глиальные клетки несут здоровые гены. По сравнение с нехимерными мышами, у которых в моторных нейронах и во всех глиальных клетках имеются мутировавшие гены SOD1, выживаемость таких мышей лучше. Эти данные говорят о том, что, если здоровые стволовые клетки могли бы попасть в спинной мозг пациентов с БАС, их жизнь также могла бы продлиться. Остается установить, действительно ли механизм, компенсирующий определенную генетическую ошибку, будет применим у пациентов без данной ошибки. Тем не менее, даже если такой терапевтический метод был бы эффективен только у пациентов с врожденным заболеванием, это стало бы большим прогрессом. В предыдущих экспериментах трансплантация в спинной мозг нейронов, полученных из клеточной линии человеческой тератомы, уменьшила дисфункцию и улучшила выживаемость у G93A SOD1 трансгенных мышей.[5] Более того, продолжительность жизни G93A SOD1 мышей была продлена внутривенным введением человеческой пуповинной крови. Было показано, что клетки мигрировали в спинной мозг и паренхиму головного мозга, продолжая жить в течение 10-12 недель после инъекции. Клетки оказали благотворное влияние, хотя лишь немногие из трансплантированных клеток экспрессировали нейрональные антигены.[6] В другом исследовании было показано, что клетки Сертоли (Sertoli cells) (которые не являются нейрональными стволовыми клетками), имплантированные в спиной мозг SOD1 трансгенных мышей, дали временную защиту расположенным по соседству моторным нейронам. Однако после вскрытия не было найдено живых клеток Сертоли.[7] Проводились предварительные клинические испытания лечения БАС при помощи аутологичных гемопоэтических стволовых клеток. В одном исследовании трем пациентам интратекально (в оболочку спинного мозга) вводились очищенные клетки CD34+ периферической крови.[8] Через 6-12 месяцев не было обнаружено побочных эффектов, но о клинической эффективности не сообщались. В другом 7 пациентов получили внутриспинальную трансплантацию аутологичных стволовых клеток костного мозга.[9] Малозначительные послеоперационные неблагоприятные эффекты быстро проходили, но сила мышц продолжала уменьшаться. Через 3 месяца, однако, исследователи сообщили о тенденции к замедлению процесса снижения силы в группе проксимальной мышцы нижней конечности у 4 пациентов и небольшому увеличению силы у 2 пациентов. Отсутствие плацебо-контроля и длительного наблюдения в этом исследовании не позволяет сделать заключения об эффективности метода. 
Исследования стволовых клеток: этика, экономика, политика и общественное здоровье

Ставился вопрос об этичности проведения исследований на человеке на ранней стадии исследований стволовых клеток,[10] с акцентом на рисках преждевременных клинических испытаний. [11] Сообщения о трансплантации стволовых клеток, проведенных в Китае без рассмотрения независимыми экспертами объективных данных по каждому пациенту до, сразу после и через длительное время после трансплантации, не предоставляют необходимой научной информации для установления безопасности и эффективности этого метода.[12] "Критически важно, чтобы ученые и клиницисты были осторожны, планируя строго научные исследования, и особенно нужно сосредоточиться на ключевых лабораторных опытах, которые могут предоставить ответы на многие вопросы, которые сейчас стоят перед данным терапевтическим методом ", - писала Люси Бруиджн (Lucie Bruijn), директор по вопросам науки и вице-президент ассоциации БАС. - "Для того чтобы такая терапия была безопасна и имела возможность клинического применения, необходимо, чтобы были изучены свойства и сложности различных стволовых клеток.[13]" В ответ на ограничение видов исследований стволовых клеток, которые могут получить федеральное финансирование, Американская Академия Неврологии и Американская Ассоциация Неврологии – две лидирующие профессиональные организации неврологов в Соединенных Штатах – выразили уверенность в том, что работы как с эмбриональными, так и со взрослыми стволовыми клетками должны проводиться тщательно и под строгим контролем. Члены этих организаций и общественность обеспокоены соблюдением важных этических норм в исследованиях эмбриональных стволовых клеток.[14] Есть два круга научных проблем. Во-первых, из-за того, что вероятность успеха какого-либо отдельного исследования достаточно низка, для дальнейшего быстрого развития необходимы параллельные исследования в различных направлениях. Суть исследований - пробы и ошибки, которые выявляют неэффективные направления, таким образом позволяя сосредоточиться на более многообещающих. Между началом научных исследований и клиническим применением метода обычно проходит много времени. Поэтому любая задержка в определении терапевтического потенциала метода приводит к  задержке внедрения этого метода лечения. Во-вторых, исключение определенных видов исследований из федерального финансирования может привести к выпадению таких исследований из поля зрения государства и потере контроля над ними, а также к переходу этих исследований в другие страны. А это может причинить ущерб как конкретным пациентам, так и всему сообществу пациентов, клиницистов и ученых. В ноябре 2004 граждане Калифорнии на референдуме выразили свое согласие на финансирование исследований стволовых клеток, включая исследования эмбриональных стволовых клеток в размере $300 миллионов ежегодно на протяжении 10 лет. С тех пор и некоторые другие штаты (Иллинойс, Нью-Джерси, Мэриленд, Нью-Йорк, Делавэр и Висконсин) рассматривают или намереваются вынести на рассмотрение инициативу финансирования штатом исследований стволовых клеток, чтобы восполнить недостаток федерального финансирования. Причина этого отчасти в желании оставаться в первых рядах в области новых медицинских исследований и остановить "отток мозгов" в те штаты, которые обеспечивают таким работам благоприятные экономические условия.[15] Волновой эффект калифорнийской инициативы, как ожидается, приведет к ускоренному росту исследований стволовых клеток по всей стране. 

Вывод 

Исследования стволовых клеток дают надежду пациентам с БАС и могут привести к разработке новых методов лечения, замедляющих прогресс заболевания. Но эта надежда должна сочетаться с осторожностью, поскольку изучение стволовых клеток находится все еще на ранней стадии в общем, и отношении в БАС в частности, а также из-за ограниченной эффективности всех фармакологических воздействий на трансгенных мышей и больных с неврожденным БАС. В будущих исследованиях стволовых клеток клиницистам, ученым, а также участвующим в них пациентам, следует уделять пристальное внимание вопросам этики и научной строгости.