Схема дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток в клетки со специфическим фенотипом In vitro

Многими исследователями показано, что клоны адипоцитов могут быть на­правлены в сторону остеогенной дифференцировки и формирования костной тка­ни In vitro. Доказано, что полностью дифференцированные хондроциты могут в культуре дедифференцироваться и приобрести остеогенный фенотип. Очевидно, в процессе эволюции возникла такая физиологическая необходимость адаптиро­вать различные ткани, находящиеся в тесном контакте во время формирования и роста органов. Их клетки происходят из единого предшественника; все эти клет­ки — составные элементы одного органа. Такая пластичность клеток в пределах од­ного органа получила название «ортодоксальной» пластичности.

Рядом исследований было установлено, что некоторые клетки-предшественники в различных тканях имеют явно «неортодоксальный» потенциал дифференци­ровки. Они дают начало потомкам клеток тканей, далеко им не родственным. На­пример, костный мозг содержит систематически выделяемые и трансплантабельные миогенные клетки-предшественники; невральные стволовые клетки могут восстанавливать гемопоэз в организме смертельно облученных мышей, клетки костного мозга мо­гут давать начало клеткам головного мозга, печени.

В связи с этим возникает несколько вопросов. Во-первых, происхождение мультипотентных клеток в организме после рождения. Предполагается, что стволовые клетки стромы костного мозга являются членами диффузной системы постнатальных стволовых клеток и в то же время они сосудистые по своей природе. Следовательно, микроциркуляторная часть сосудистой системы может быть хранилищем мультипотентных клеток во многих, если не во всех тканях.

Во-вторых, непонятны механизмы, с помощью которых в раз­ных органах дифференцированные клетки удерживают их мультипотенцию от фор­мирования тератом. В-третьих, неизвестно, насколько самовоспроизведение и мультипотенция присущи клеткам, с которыми производят манипуляции в лаборатори­ях, и насколько эти свойства зависят от таких манипуляций.

Применение стволовых клеток мезенхимы в медицине. Предполагается, что строма всех орга­нов и тканей млекопитающих возникает из общего пула стволовых клеток мезенхимы на стадии органогенеза. У взрослого организма большая часть стволовых клеток сохраняется в строме рых­лой соединительной ткани и костном мозге. Основную часть стромы соединитель­ной ткани и костного мозга составляют более развитые клетки-предшественники.

Предшественники наделены способностью размножаться клонами в культуре In vitro. Более 20 % Вводимых в кровоток клеток-предшественников активно захва­тываются стромой кроветворной ткани и паренхиматозных органов. Имплантация и репопуляция аллогенных стволовых клеток связаны с их низкой иммуногенностью, что объяс­няется отсутствием у них экспрессии генов главного комплекса гистосовместимости (МНС) и наличием ряда иммуносупрессорных белков. Эти свойства стволовых клеток стромы указывают на перспективность их использования с терапевтической целью.

Так, например, к настоящему времени разработан метод получения незрелых клеток стромы из одного биоптата костного мозга. Биоптат дает примерно 100 тыс. очищенных стволовых клеток стромы, затем путем пассажирования из них получают 500 млн. не­зрелых клеток. Эти клетки вводят в кровоток совместно с кроветворными стволовыми клетками для колонизации костного мозга у больных со злокачественными новообразованиями, прошедших радио — и химиотерапию, с целью восстановления пула кроветворных стволовых клеток и стволовых клеток стромы и возоб­новления кроветворения.

Одновременное введение стволовых клеток стромы и гемопоэза значи­тельно повышает эффективность клеточной терапии. Кроме того, отпадает необ­ходимость введения дорогостоящих цитокинов и ростовых факторов, сокращает­ся послеоперационный период восстановления кроветворения, а также смертность от высоких доз облучения и химиотерапии. В настоящее время аллогенные и ауто­генные пересадки стволовых клеток стромы используют для лечения множественной миеломы, апластической анемии, спонтанной цитопении — заболеваний с первичным дефек­том стромы и гемопоэтической ткани.

Трансплантация стромальных стволовых клеток применяется при лечении врожденной хрупкости костей, вызванной дисбалансом остеобластов/остеокластов в костной ткани. Образование костей восстанавливается за счет «химеризации» пула стволовых/предшествующих клеток в костной ткани реципиента. Ростки донорской костной ткани вос­станавливают отсутствующий баланс обновления. Донорские клетки трансплан­тируют на трехмерном керамическом или протеогликановом матриксе с множественными порами. В клинике испытывают применение культуры клеток-предшественников в лечении сложных переломов кости, когда возможности регенера­ции поврежденных костей ограничены. Собственные и аллогенные стромальные стволовые клетки исполь­зуются для формирования «искусственного хряща» в культуре и подсадки его для коррекции суставных хрящей при травмах или аутоиммунных заболеваниях.

Ведутся экспериментальные исследования по изучению возможного примене­ния стромальных стволовых клеток для направленной химеризации мозга и создания здорового пула кле­ток, способных продуцировать соответствующие ферменты для метаболизма ве­ществ с целью предотвращения нарушений метаболизма. Это может значительно упростить подход к клеточной терапии нервной системы, так как исключается не­обходимость в получении аутологичных нервных клеток человека.

Действительно, стромальные стволовые клетки — особая группа постнатальных мультипотентных стволовых клеток. Они представляют собой наиболее доступный источник стволовых клеток для терапии, так как их легко получить, несложно культивировать In vitro и вводить реципиенту.

Стромальные стволовые клетки можно использовать в лечении ряда заболеваний, трансплан­тируя больному аутогенные клетки, подверженные генетическим исправлениям и размноженных в культуре In vitro. При этом исключаются осложнения, вызван­ные ксено — или аллотрансплантатом, а также риск, связанный с прямым введени­ем генетических конструкций на основе вирусных векторов. Для введения генов в стромальные стволовые клетки In vitro используют адено-, ретро-, лентивирусы.

Таким образом, стромальные стволовые клетки представляют собой важный материал для клеточной те­рапии многих заболеваний. Однако, для их успешного применения в клинике, не­обходимо продолжить исследования таких свойств клеток:

1. происхождение,

2. взаи­модействие,

3. способность дифференцироваться и редифференцироваться,

4. их роль в эмбриогенезе, при росте и созревании организма, в возникновении болезней.