Проблемы клеточной кардиомиопластики: результаты проведенных исследований
Результаты проведенных исследований не позволяют определить однозначно преимущественную эффективность восстановления функции миокарда. Подтверждением этому служит работа Sakai et al. (1999). Авторы трансплантировали в миокард три типа клеток: фетальные кардиомиоциты, фибробласты, гладкомышечные клетки. Пересаженные фибробласты способствовали формированию самого толстого рубца, тем самым оказывали наиболее выраженное влияние на процесс ремоделирования левого желудочка, но функцию сердца улучшали незначительно.
Жесткость новообразованного фиброзного рубца может впоследствии уменьшить диастолическое наполнение левого желудочка. Более выраженный прирост функциональных показателей был отмечен после пересадки кардиомиоцитов и гладкомышечных клеток. Причем кардиомиоциты более значимо улучшали функцию миокарда, чем гладкомышечные клетки. Возможно, выявленные различия связаны с потенциальной возможностью активного сокращения и расслабления пересаженных кардиомиоцитов. В то же время гладкомышечные клетки ведут себя пассивно при сокращениях миокарда.
После пересадки клеток в миокард наблюдались структурные перестройки в мышце сердца. Так, введенные в миокард клетки выделяют различные биоактивные вещества: ростовые факторы, цитокины и др. Особенно активны в этом отношении стволовые, в том числе и фетальные, клетки. Основные эффекты от их имплантации выражаются в мощной индукции репаративных процессов в месте повреждения. В свою очередь микроокружение, в которое попадают введенные клетки, также оказывает влияние на их развитие. Так, мезеихимальные стволовые клетки под влиянием микроокружения развиваются в фенотип кардиомиоцитов, однако механизмы этой трансформации остаются неустановленными.
Эмбриональные миоциты в культуре могут трансформироваться в фенотип волокон Пуркинье в ответ на паракринный сигнал. Такому превращению способствовал эндотелин после добавления его в культуральную среду. Кроме того, эндотелиоциты выделяют другие биоактивные вещества (окись азота, натрийуретические пептиды, ростовые факторы и др.), которые в культуре взрослых кардиомиоцитов стимулируют синтез белка, индуцируют миофибриллогенез.
Фетальные кардиомиоциты и гладкомышечные элементы стимулируют ангиогенез, который развивается в толще и вокруг трансплантата. Около привитых клеток-сателлитов кровеносных сосудов было замечено очень немного.
Трансплантированные клетки оказывают значительное влияние на ремоделирование миокарда после инфаркта. По многочисленным данным, улучшаются эластические свойства рубца. Он становится менее ригидным. Усиливается кровенаполнение левого желудочка в диастоле. Снижается интенсивность рубцевания. Трансплантированные клетки также предупреждали дилатацию левого желудочка. Однако ни в одном исследовании не было доказано, что пересаженные клетки замещают собой рубцовую ткань.
Как правило, трансплантированные клетки формировали устойчивые ростки новообразованной ткани, которая интегрировалась с миокардом хозяина в различной степени. При этом наблюдали островки, окруженные рубцовой тканью, или появление щелевых контактов донорских клеток с миокардом реципиента, но активное участие в систоле сократительных по морфологическим критериям донорских клеток однозначно не доказано. Отмечается лишь достоверное улучшение систолических показателей. Для активного участия пересаженных клеток в систоле левого желудочка необходимо соблюдать несколько условий.
Во-первых, клетки должны содержать сократительные структуры.
Во-вторых, между клетками должны присутствовать вставочные диски со щелевыми контактами для проведения потенциалов возбуждения к пересаженным клеткам от кардиомиоцитов хозяина.
В-третьих, должна отсутствовать реакция отторжения.
В-четвертых, пересаженные клетки должны способствовать репарации поврежденного участка, то есть замещать соединительную ткань и формировать полноценную мышечную архитектонику.
Основой слаженной работы миокарда является волоконная геометрия сердечной мышцы. В то же время мышечные волокна пересаженных клеток располагались вдоль короткой (поперечной) оси сердца, повторяя ориентацию, формируемую фибробластами и коллагеновыми волокнами в процессе рубцевания. Предполагается, что такой тип ориентации возникает под влиянием механической равнодействующей, влияние которой аналогично ориентирует незакрепленные введенные клетки, хотя в работе Matsushita et al. (1999) указывается на параллельное расположение трансплантированных кардиомиоцитов и клеток миокарда реципиента.
Следует отметить, что при инъекционном введении клеток определенная часть их (иногда существенная) гибнет от ишемии, поскольку в месте инъекции нет должного уровня васкуляризации, который формируется позже. Так, например, после пересадки изогеииых кардиомиоцитов новорожденных крысят в криоповрежденный крысиный миокард через 18 часов погибало примерно 45 % Трансплантируемых клеток. Пул оставшихся клеток в динамике нарастал довольно медленно, если вводилось 3-10 млн клеток, а при пересадке 10-25 млн кардиомиоцитов их количество в последующем не увеличивалось.
Считается, что причиной этому служит тепловой шок пересаженного материала. Во избежание данного эффекта культура миобластов подвергалась своеобразной «тренировке» перед трансплантацией путем воздействия высоких температур и гипоксии. После пересадки в сердце реципиента такие клетки были более жизнеспособными.
Несмотря на все сложности проблемы и ряд нерешенных вопросов, отсутствие теории механизмов ремоделирующего действия трансплантированных клеток, исследователи считают, что В результате клеточной терапии можно достичь следующего:
1) предупреждения развития постинфарктной аневризмы;
2) ускорения процессов ремоделирования левого желудочка;
3) предотвращения распространения очага некроза;
4) улучшения диастолических свойств миокарда;
5) улучшения нагнетательной функции сердца.
Клинические исследования необходимо проводить параллельно с экспериментальными работами. На основе их анализа изучаются условия заживления ран, отрабатываются оптимальные методы введения клеток в интересующую область сердца, накопления необходимой концепции клеток различными способами, основанными на применении катетера.
Кроме того, управляемое катетером направление клеток к сердцу человека имеет большие преимущества в восстановлении поврежденного миокарда, так как практически безопасно проводится под местной анестезией во время обычной катетеризации. Процедура кратковременная (занимает от 20 до 40 минут), позволяет вводить достаточное количество клеток костного мозга как очищенных, так и неочищенных из пунктата костного мозга. Это дает явные преимущества стволовым клеткам по сравнению с трансплантацией сердца либо терапевтическими методами лечения инфаркта.
Экспериментальные исследования необходимы для определения наиболее оптимального типа клеток костного мозга, пригодного для имплантации в зону инфаркта:
1. либо все мононуклеарные клетки костного мозга, либо отдельные группы, такие, например, как CD34+ или CD34″, CD45″ или АС133+-клетки;
2. анализа дифференциации клеток костного мозга в мышечные клетки, их вклада в процессы восстановления при различных заболеваниях сердца;
3. поражения сердца могут иметь мультифакториальную причину, включая инфаркт миокарда, миокардиты, кардиомиоиатии, сердечные нарушения из-за высокого давления или перегрузок.
Поэтому остается неясным, будет ли иметь терапевтический эффект во всех случаях введение одних и тех же типов стволовых клеток. Следует отметить, что восстановление органа стволовыми клетками в основе своей имеет единый биологический механизм. Перед исследователями стоит задача — найти наиболее практичный и специфический путь лечебного применения стволовых клеток для каждого конкретного заболевания.
В последнее время, кроме фармакотерапии, лечение обширной сердечной недостаточности основывается и на применении нетерапевтических мероприятий.
Все они направлены на то, чтоб:
1. не загружать сердце;
2. гармонизировать электрический и механический показатели систолы и диастолы (вентрикулярная синхронизация);
3. восстанавливать геометрию желудочков за счет уменьшения его размеров (миокардиальная резекция левого желудочка);
4. избавлять от митральной недостаточности.
Все эти меры имеют клиническое ограничение, что подтверждает необходимость поиска альтернативных лечебных мероприятий. В этом плане необходимо применение стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей. Возможно, что комбинация различных лечебных подходов, например, ресинхронизация желудочков вместе с восстановлением миокарда стволовыми клетками, дает наиболее оптимальный эффект.
Таким образом, терапия с помощью стволовых клеток — новое направление в лечении заболеваний сердца. Клинические испытания показали возможность клеточной терапии острого инфаркта миокарда и у людей. Однако многие вопросы все еще остаются нерешенными как в экспериментальной, так и в клинической кардиологии.
Основные клинические проблемы можно сгруппировать следующим образом:
1. увеличение времени выживания пересаженных стволовых клеток в тканях реципиентов;
2. способность стволовых клеток к дифференцировке в миокардиоциты;
3. возможность пересаженных стволовых клеток находить свои оптимальные миокардиальные «ниши»;
4. оптимальное развитие сосудов в окружающих пересаженных клетках гипоперфузионных тканей;
5. способность окружающих тканей реципиента создавать оптимальные условия для зависимой от окружения дифференцировки пересаженных клеток;
6. определение трансплантированных клеток с помощью специфических маркеров;
7. оптимальный временной интервал введения стволовых клеток при сердечно-сосудистых заболеваниях;
8. аритмогенный потенциал имплантированных клеток;
9. адекватные методы определения специфических признаков клеток-предшественников, на основании чего можно было бы оценивать терапевтический эффект трансплантированных клеток;
10. развитие безопасной и воспроизводимой технологии, базирующейся на доставке с помощью катетеров, накопления стволовых клеток с целью восстановления структуры и функции сердечной мышцы.
Все исследования в области клеточной терапии направлены на выяснение истинной терапевтической значимости стволовых клеток в регенерации тканей и функции больного сердца.