Применение генной терапии: пренатальная трансплантация кроветворных стволовых клеток, возможность пренатальной индукции
В первом случае в эксперименте на животных показана возможность использования циркулирующих кроветворных стволовых клеток, полученных из крови плода при пункции пуповины и вновь трансплантированных плоду после размножения и трансдукции Ex vivo. Данный метод упреждает прямое воздействие насыщенной конструкции «вектор-ген» на весь плод. Основной недостаток метода состоит в том, что трудно еще получить достаточное количество стволовых клеток плода во время беременности.
При использовании генотерапии In vivo ген, содержащий вектор (вместе с клетками-продуцентами или без них), переносят непосредственно в организм плода, что приводит к трансдукции In vivo кроветворных стволовых клеток плода. Внутриматочное введение генного вектора оказалось возможным в различных модельных системах животных. Технически осуществить генотерапию In vivo намного проще, но следует ожидать более высокого риска, связанного с трансдукцией всей зародышевой линии.
Применение генной терапии всегда сопряжено с вопросами безопасности для организма плода и матери. Всегда есть опасность трансдукции гонадных клеток, которая может привести к генетической трансдукции зародышевой линии. Теоретически возможна также трансдукция соматических или половых клеток матери вследствие трансплацентарной миграции генноинженерной конструкции «вектор-ген». Возможен инсерционный мутагенез в клетках плода, приводящий к функциональному дефекту гена и, как следствие, возникновение «генетического» заболевания или образование злокачественной опухоли.
С учетом изложенного выше, более безопасной можно считать генотерапию Ех vivo, но полностью указанные осложнения устранить нельзя. Можно совершенствовать методы, чтобы свести этот риск к минимуму.
Таким образом, пренатальная трансплантация кроветворных стволовых клеток — перспективный подход к лечению различных врожденных заболеваний. Хотя теоретически на доиммунной стадии развития плод восприимчив к трансплантации стволовых клеток, практически это было применимо только в отношении плодов с иммунологическими дефектами. Предстоит еще изучить физиологию развития иммунной защиты плода, а также ее нарушения при конкретных заболеваниях. Не совсем понятными остаются молекулярные механизмы взаимодействия стволовых клеток и их микроокружение в процессе кроветворного хоуминга в костном мозге плода после трансплантации кроветворных стволовых клеток.
При некоторых заболеваниях единственным способом лечения может быть генотерапия. Еще предстоит преодолеть серьезные препятствия, связанные, в основном, с эффективной трансдукцией кроветворных стволовых клеток и длительной экспрессией гена, а также исключить возможную трансдукцию зародышевых клеток или клеток материнского организма. Эти задачи предстоит отработать в модельных экспериментах на животных, решая параллельно этические вопросы.
В настоящее время на достаточно ранних сроках беременности диагностируются многие врожденные заболевания у плода, в том числе и заболевания лимфатико-кроветворной системы.
Разработаны методы постнатальной терапии некоторых из них путем введения кроветворных стволовых клеток из костного мозга или пуповинной крови. Однако они имеют ограничения, основные из которых возникают из-за трудностей подбора гистосовместимого донора, поражений органов, которые развились еще до рождения, и осложнений, возникших в процессе лечения. Указанных проблем можно избежать в случае пренатального введения кроветворных стволовых клеток. Очевидно, что это один из перспективных путей для успешного лечения генетических заболеваний, включая гематологические, иммунологические и метаболические нарушения.
Определенные успехи достигнуты в пренатальной трансплантации кроветворных стволовых клеток человеку при тяжелых иммунодефицитах. На этапе разработки находится ряд методов, направленных на преодоление неэффективного приживления трансплантированных клеток в организме хозяина. Достижения в области направленного введения генов дают возможность применять генотерапию In utero, что является альтернативой трансплантации аллогенных стволовых клеток.
Исследования, проведенные в конце XX ст., показали, что с помощью постнатальной трансплантации стволовых клеток, полученных из костного мозга или пуповинной крови, можно лечить ряд заболеваний, имеющих генетическую природу: гемоглобинопатии, иммунодефтщиты, болезни накопления. Клинические результаты оказались обнадеживающими, но оказалось, что только в трети случаев для пациентов удается найти донора, совместимого по антигенам главного комплекса гистосовместимости (МНС).
Возникает необходимость иммуносупрессии и отторжения костного мозга реципиента, что влечет за собой заболеваемость, связанную с лечением. Особенно часто возникает неэффективность трансплантата и реакция «трансплантант против хозяина» при трансплантации стволовых клеток неродственного донора. При неудачной трансплантации может произойти усугубление течения наследственной патологии. И, наконец, постнатальная трансплантация стволовых клеток — дорогостоящая процедура.
Теоретически все указанные сложности можно обойти, учитывая особенности становления кроветворной и иммунной систем плода человека в период пренатального онтогенеза. На ранних сроках беременности до окончания I триместра иммунная система плода не может выполнять присущие ей функции. Тимус еще не способен контролировать свои и чужие антигены в процессе положительного или отрицательного отбора. Поэтому чужие клетки распознаются как свои и реакция отторжения не развивается.
Следовательно, нет необходимости в подборе донора по главному комплексу гистосовместимости и применении иммунносупрессивной терапии. До II триместра и далее пространство костного мозга остается незаполненным кроветворными клетками (кроветворение пока протекает в печени плода). Это хорошая предпосылка для размножения популяции донорских клеток костного мозга без предварительной абляции костного мозга реципиента перед трансплантацией.
В этот период меньшая вероятность последствий реакции «трансплантант против хозяина», если она разовьется, и быстрее восстанавливается иммунная система. Возможность пренатальной индукции химеризма установлена при наблюдении за двуплодными беременностями. Естественный химеризм у дизиготных (двуяйцовых) близнецов наблюдается у крупного рогатого скота, приматов, а также у человека.