СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ
Пронина Е.А.1,2, Попыхова Э.Б.1, Степанова Т.В.1, Иванов А.Н.1
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации, Центральная научно-исследовательская лаборатория, Саратов
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Саратов
Открытия, сделанные современной медико-биологической наукой за последние тридцать лет, и бурное развитие технологий способствовали прорыву в области регенеративной медицины, уже несколько лет занимающей лидирующие позиции в науке. Представляя собой комплексную систему научно-исследовательских, практических и биоэтических мероприятий, используя существующие в организме человека механизмы обновления тканей, регенерации и морфогенеза, регенеративная медицина способна адекватно восстанавливать структуры и функции поврежденного органа или ткани.
Таким образом, регенеративная медицина может повысить качество жизни, продлить трудоспособный возраст, снизить затраты на длительное лечение пациентов с хроническими заболеваниями. Поскольку это направление биомедицины довольно молодое, перед ним стоит много задач, над которыми предстоит работать. Прежде всего, это создание фундаментальной научной базы и форсирование исследований в наиболее актуальных векторных направлениях. В статье представлен обзор современных направлений регенеративной медицины в России. Подчеркивается, что дальнейшее развитие регенеративной медицины в нашей стране невозможно без пересмотра и переосмысления подходов и методов в этой области, их актуальности и целесообразности. Необходимо выбрать и развивать наиболее перспективные из этих направлений, которые смогут обеспечить доступность результатов регенеративной медицины.
Ключевые слова: регенеративная медицина, направления, перспективы.
MODERN DIRECTIONS AND PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF REGENERATIVE MEDICINE
Pronina E.A.1,2, Popyhova E.B.1, Stepanova T.V.1, Ivanov A.N.1
1 Saratov State Medical University named after V.I. Razumovsky of the Ministry of Health of the Russian Federation, Central Research Laboratory, Saratov
2 Federal state-funded educational institution of the higher education Saratov State Technical University named after Gagarin Yu. A., Saratov
The discoveries made by modern biomedical science over the past thirty years, and the rapid development of technology have contributed to a breakthrough in the field of regenerative medicine, which for several years has occupied a leading position in science. Representing a complex system of research, practical and bioethical measures, using the mechanisms of tissue renewal, regeneration and morphogenesis existing in the human body, regenerative medicine is able to adequately restore the structure and function of a damaged organ or tissue. Thus, regenerative medicine can improve the quality of life, prolong the working age, reduce the cost of longterm treatment of patients with chronic diseases. Since this area of biomedicine is quite young, it faces many tasks to work on. First of all, it is the creation of a fundamental scientific base and the acceleration of research in the most relevant vector directions. The review of the modern directions of regenerative medicine in Russia is presented in article. It is emphasized that further development of regenerative medicine in our country is impossible without revision and reconsideration of approaches and methods in this area, their relevance and expediency. It is necessary to choose and develop the most perspective of these directions. Those which will be able to provide availability of results of regenerative medicine.
Keywords: regenerative medicine, directions, prospects.
Открытия, сделанные современной медико-биологической наукой за последние тридцать лет, и бурное развитие технологий способствовали прорыву в области регенеративной медицины, уже несколько лет занимающей лидирующие позиции в науке. Представляя собой комплексную систему научно-исследовательских, практических и биоэтических мероприятий, используя существующие в организме человека механизмы обновления тканей, регенерации и морфогенеза, регенеративная медицина способна адекватно восстанавливать структуры и функции поврежденного органа или ткани. Таким образом, регенеративная медицина может повысить качество жизни, продлить трудоспособный возраст, снизить затраты на длительное лечение пациентов с хроническими заболеваниями.
Поскольку это направление биомедицины довольно молодое, перед ним стоит много задач, над которыми предстоит работать. Прежде всего, это создание фундаментальной научной базы и форсирование исследований в наиболее актуальных векторных направлениях.
Целью настоящего обзора является освещение задач и проблем одного из направлений биомедицины, а именно регенеративной медицины.
Как одно из направлений биомедицины, регенеративная медицина сформировалась в конце прошлого века. Термин «регенеративная медицина» впервые был использован в 1992 году профессором Ларри Р. Кайзером в научной статье «Будущее многопрофильных систем». Немного позже, в 1999 году, американский биолог Уильямом Хаселтайн предложил этот термин уже в современном понимании, обосновав его как перспективное направление в области биомедицинских исследований. С этого момента начинается почти двадцатилетняя история развития этого направления, ставшего на сегодня одним из приоритетных [1].
На III Национальном конгрессе по регенеративной медицине, прошедшем в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова в 2017 году, было отмечено, что «в Европе, США и Японии в настоящее время на различных стадиях разработки находится более 1000 продуктов или препаратов, предназначенных для стимуляции регенерации или замены тканей и органов человека [2]. За последние годы количество клинических исследований таких препаратов увеличилось в 4 раза, что говорит о "взрывном" этапе развития регенеративной медицины».
Концептуально регенеративная медицина основана на использовании для восстановления организма его собственных ресурсов.
Регенеративная медицина сформировалась из молекулярно-биологических, клеточных и тканеинженерных разделов, каждый из которых базируется на нескольких научных дисциплинах. Например, тканевая инженерия невозможна без исследований в молекулярно-биологической и клеточной областях, развития биотехнологий, медицинского инжиниринга и т.д. [3].
Перспективными направлениями развития регенеративной медицины считают протеомные исследования, исследования с использованием клеточных технологий, тканевую инженерию, технологии создания биоматериалов, SD-биопринтинг. Кроме того, периодически появляются новые направления [1; 4].
Сегодня во всем мире основным направлением получения знаний в регенеративной медицине является исследование протеома - изучение молекулярных механизмов регуляции дифференцировки, миграции и пролиферации клеток, поиск молекул-регуляторов и определение молекулярных мишеней для стимуляции эндогенного регенераторного потенциала организма [5; 6].
Актуальными были и остаются подходы к лечению различных заболеваний с помощью методов клеточной терапии, направленных на процесс производства организмом новых клеток для замещения старых и нормализации работы имеющихся. Благодаря клеточным технологиям сейчас можно с успехом лечить серьезные заболевания, которые ещё недавно считались безнадёжными, а исследования и медицинские разработки ведутся по самому широкому спектру проблем - от онкологии до косметологии [7-9].
Клеточные технологии - это, прежде всего, стволовые клетки и клетки- предшественники, которые способны поддерживать свою популяцию и превращаться в специализированные клетки с разными функциями. Их можно выделять из различных тканей организма, культивировать, а затем либо вводить в организм, либо использовать для тканевой инженерии. Сегодня ведутся исследования как аллогенных, так и аутологичных классов стволовых клеток [10; 11].
Наиболее перспективны работы с мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками (ММСК), т.к. они находятся практически во всех тканях организма. Чаще всего их выделяют из костного мозга и жировой ткани. Крайне важно изучение влияние ММСК для стимуляции ангиогенеза и нейрогенеза, поскольку регенерация кровеносных сосудов и нервов без них невозможна [12; 13].
Кроме того, исследования жировой ткани показали, что даже без выделения из нее стволовых клеток она обладает регенеративными свойствами. Клинические исследования доказали эффективность введения жира при лечении ряда заболеваний [13-15].
Из стволовых клеток уже получены ткани печени, мышц, роговицы глаза, сердца и других органов, а немецким ученым путем индукции миграции мезенхимальных стволовых клеток к поврежденной ткани удалось стимулировать регенерацию костной ткани с остеопорозом [7; 12; 16].
Одной из основных проблем регенеративной медицины является производство новой крови и иммунных клеток для лечения пациентов с нарушениями иммунной системы и переливания крови [6; 17].
В настоящее время определены сочетания четырех факторов транскрипции, которые позволяют превратить клетки кожи мыши в несколько типов кровяных клеток, и получены из фибробластов миелоидные и лимфоидные клетки, которые функционируют в организме до четырех месяцев [18].
В регенеративной медицине появляются и новые технологии в этой области. Например, митохондриальные технологии, с помощью которых можно влиять на иммунную систему и тем самым на регенерацию тканей. Эти технологии позволяют изучать митохондриальные структуры более детально, чем раньше. Исследования митохондрий помогут понять, какие именно изменения в них ведут к развитию заболеваний [6].
Такие направления, как фемтосекундная хирургия или субклеточная хирургия, позволяют выполнять сложные задачи. Например, разрабатывать «биокаркасы», осуществлять трансфекцию, стимулировать или даже удалять единичные клетки, а также выполнять внутриклеточные хирургические протоколы на уровне отдельных органелл, не убивая при этом клетку [19]. Помимо этого, развиваются направления по созданию: клеточных систем доставки терапевтических препаратов, клеточных продуктов для стимуляции регенерации тканей и органов. Тестируются препараты на основе продуктов культивирования клеток, а также изучаются возможности применения анализа клеточных популяций в целях диагностики патологических состояний организма.
Ведутся исследования по изучению механизмов генетической регуляции дифференцировки стволовых клеток. Наиболее значимым стало перепрограммирование соматических клеток человека в плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки. По мнению ученых, это «произведет революцию в лечении инфаркта миокарда, болезни Паркинсона, рассеянного склероза и травм позвоночника» [9; 11].
Ряд исследовательских центров, расположенных в США и Японии, активно ведут исследования возможности модификации стволовых клеток человека для получения более эффективных биомедицинских клеточных продуктов (БМКП). Ими уже были получены клеточные вакцины из генно-модифицированных стволовых клеток и ведутся дальнейшие исследования по созданию комбинированных препаратов, несущих несколько «терапевтических» генов, изучение новых систем для доставки генетической информации, включая использование вирусных частиц и методов редактирования генома [3; 4].
Открытие биофизических механизмов, влияющих на перепрограммирование, имеет огромное значение для совершенствования методов получения стволовых клеток и для разработки новых биоматериалов. Эти способы являются довольно эффективными и надежными средствами перепрограммирования клеток, которые позволяют избежать проблемы, связанные с генной инженерией [18].
Одно из направлений генной инженерии - таргетная терапия. Ее методики разработаны пока лишь для лечения нескольких видов рака. Они заключаются в возможности блокировки молекул или генов, которые способствуют росту раковых новообразований и метастаз [17].
Существует два типа таргетной терапии:
1) моноклональные антитела, блокирующие специфическую цель на раковых клетках или поставляющие прямо в раковую клетку токсические вещества;
2) лекарственные препараты на основе малых молекул, блокирующих процесс размножения и распространения стволовых клеток.
Уже разработаны таргетные средства для лечения некоторых видов рака [1; 3].
В США и многих странах Евросоюза одним из направлений стратегии развития в области медицины назван персонализированный подход, в который входят методы профилактики, диагностики и лечения, основанные на индивидуальных особенностях пациента. Прежде всего, его генотипе, который уже используется в лечении рака груди, меланомы и некоторых сердечно-сосудистых и других заболеваний. Персонализированная медицина опирается на три базовых компонента. Это большие информационные базы данных о пациентах и симптомах. Диагностика на молекулярном уровне, генетическое секвенирование и дальнейшая индивидуальная стратегия лечения [4].
Эффективной альтернативой стволовым клеткам является использование препаратов, не содержащих стволовых клеток, но обладающих сходным эффектом за счет биоактивных компонентов, входящих в их состав, то есть их секретома [4; 5].
В отличие от клеточных продуктов, секретом стволовых клеток лишен многих рисков: при длительном хранении он не теряет эффективность, при его использовании легче оценить кинетику препарата и риски «отсева», он имеет минимальную трансформацию клеток [5].