Использование секретома показано при необратимых нарушениях функций органов и поражениях, сопровождающихся фиброзом. В перспективе он может быть использован при создании тканеинженерных конструкций, протезов и биоматериалов.
В области тканевых технологий основные исследования направлены на создание биоматериалов с заданными свойствами и технологий 3И-биопринтинга. Создание тканеинженерных и органоидных конструкций, имеющих более близкую к нативной ткани морфологию, в перспективе может стать основой для получения искусственных органов человека [18].
Показания для применения методов тканевой инженерии: ожоги, повреждения нервов, костей, кожи, полых органов и последствия операционного (хирургического) вмешательства [18].
Тканевая инженерия работает над созданием двух типов матриксов, позволяющих выращивать органы, структурно и функционально идентичные настоящим органам человека: трехмерных и бесклеточных, а также это направление работает над созданием искусственной лимфоидной ткани, которая поможет людям с врожденными и приобретенными иммунодефицитами и с аутоиммунными заболеваниями [3].
Развитие технологий по конструированию биоматериалов с заданными свойствами обусловлено потребностью в получении матриксов для создания искусственных органов и в транспортной (целевой) направленной доставке лекарственных средств.
Уже сегодня стало возможным создание хоть и слабо, но функционирующей искусственной почки на основе бесклеточного матрикса. На сегодня известно о ряде экспериментов по созданию легких, печени и даже элементарных нейронных цепей мозга. Ведутся исследования биосовместимости и индукции иммунного ответа на разрабатываемые биоматериалы. В этой области уже достигнуты некоторые результаты. Так, бионановолокнистые и инъекционные матриксы для выращивания тканей уже используются в стоматологии. Также в качестве матрикса был протестирован гидрогель PEGDA. Композитные биоматериалы, пропитанные наночастицами серебра и содержащие целлюлозу и хитозан, тестируются в качестве перевязочных материалов для ускоренного заживления ран [1; 17].
3D-биопринтинг, самое молодое направление регенеративной медицины, оформился в самостоятельную отрасль науки в 2006 году благодаря созданию 3D-биопринтера калифорнийской компанией Organovo. С его помощью стало возможным создание органов и тканей со сложно устроенной архитектоникой.
В России основные перспективные направления в области регенеративной медицины были определены научным сообществом совместно с Министерством здравоохранения в соответствии со «Стратегией развития медицинской науки в Российской Федерации на период до 2025 года» и совпадают с мировыми тенденциями в этой области [1].
Стоит отметить, что развитие отечественной регенеративной медицины во многом зависело от наличия законодательной базы, регламентирующей клинические исследования и применение клеточных продуктов и технологий.
В 2017 году вступил в силу Федеральный закон № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах» и началась активная разработка подзаконных актов, что создало условия для развития этой отрасли науки.
В связи с этим наши ученые получили возможность для активации исследований в области клеточных технологий, необходимых для разработки новых методов трансплантации стволовых клеток, создания препаратов на основе продуктов культивирования клеток и создания клеточных систем доставки лекарственных средств к органам-мишеням, генной инженерии и т.д. [1; 3].
В результате того что наука столкнулась с массой неразрешимых социально-этических, научных и технологических проблем, связанных с исследованиями эмбриональных стволовых клеток, векторным направлением стал поиск новых технологий получения специализированных клеток, индивидуальных для любого пациента, из его же биоматериала [4; 13].
Поэтому сегодня ведутся исследования фундаментальных аспектов участия мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в процессах регенерации [12].
Особенностью МСК, объясняющей их широкое применение в клеточной терапии, является очень низкая иммуногенность, что обеспечивает возможность пересадки клеток от практически любого неродственного донора практически любому реципиенту без использования иммуносупрессивной терапии [5].
На сегодняшний день учеными уже достигнуты значимые результаты в изучении и лабораторной апробации регуляторных механизмов дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток [8]. Так, российскими учеными был создан прототип биоматериала на базе высокоочищенных матриксов белков и сбалансированного комплекса регенеративных факторов, секретируемых МСК жировой ткани человека для стимуляции регенерации тканей. Ими также были разработаны различные формы биоматериала в виде геля для инъекций, повязок и плотных мембран [1; 5; 7].
Наибольший интерес представляют мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки (ММСК), выделяемые из жировой, костной и хрящевой тканей, оказывающие проангиогенный, антифибротический, антиапоптический и т.д. эффекты, что определяет широкий спектр их применения [10; 13].
Основным препятствием для развития и внедрения клеточных технологий являются потенциальные риски, прежде всего связанные с отсутствием экспериментально подтвержденной научной базы, поскольку из-за долгого отсутствия в нашей стране не было законов, регулирующих эту область науки. Поэтому они требуют более строгих мер предосторожности при клиническом использовании.
По степени увеличения риска, а, соответственно, и перспектив внедрения в практику, клеточные технологии можно расположить следующим образом:
- лекарственные средства на основе рекомбинантных белков или на основе генноинженерных конструкций и секретом стволовых клеток;
- препараты на основе минимально модифицированных аутологичных клеток пациента, в том числе мезенхимных стромальных клеток из дифференцированных тканей;
- препараты на основе минимально модифицированных донорских клеток;
- препараты из генно-модифицированных клеток.
По соображениям биобезопасности применение клеток с индуцированной плюрипотентностью возможно только в индивидуальной медицине с целью in vitro диагностики особенностей патогенеза заболевания и индивидуального подбора фармакотерапии [6; 10].
Совместно с зарубежными специалистами наши ученые занимаются разработкой и тестированием методов создания бесклеточных матриксов для тканевого инжиниринга.
В 2012 году был открыт Центр регенеративной медицины при Кубанском медицинском университете, который занимается изучением интраторакальных органов и ведет разработки тканеинженерных матриксов сердца, лёгких, диафрагмы и пищевода. Сотрудники института уже получили децеллюляризированные (бесклеточные) матриксы, научились стерилизовать каркасы, не разрушая внеклеточный матрикс, для создания органов с планарной (плоской) пространственной организацией типа диафрагмы, и приступили к поиску клеточной линии, которая, при засеивании каркасов, могла бы дать полноценную тканеиженерную конструкцию [5].
Над созданием биоинженерных эквивалентов для поврежденных органов, доклиническими исследованиями и клиническими испытаниями, биопечатью, моделированием и дизайном биоматериалов работают Первый МГМУ им. И.М. Сеченова, МГУ им. М.В. Ломоносова и ряд других научных и исследовательских институтов (НИИ).
Из наиболее значимых работ последних лет в области клеточной терапии можно выделить первую в мире технологию выращивания костных тканей человека из стволовых клеток [20; 21].
В области создания искусственных органов с применением клеточных технологий российскими учеными разработана технология, позволяющая выращивать искусственную печень. Также наши ученые работают в направлении совместного применения стволовых и иммунокомпетентных клеток с учетом их функционального предназначения [5; 7].
В России успешно осваиваются и новые направления регенеративной медицины. Например, таргетная терапия. В 2016 году была запатентована научно-теоретическая платформа таргетной терапии - «Стратегия фармакологической регуляции внутриклеточной сигнальной трансдукции в регенераторно-компетентных клетках» [22].
Это далеко не все успехи российских ученых в области регенеративной медицины. Однако, несмотря на то что теоретические исследования и клинические испытания идут в активном режиме, перед учеными стоит ряд проблем, делающих достижение целей регенеративной медицины трудновыполнимыми.
К основным причинам, тормозящим развитие направления, можно отнести:
- недостаточное финансирование;
- экономические санкции в отношении фармацевтической промышленности, индустрии и высокотехнологичного медицинского оборудования, которые создают значительный вызов для национальных биомедицинских исследований. При этом внутренний рынок на сегодня не в состоянии обеспечить потребности регенеративной медицины. Для решения проблемы необходимо государственное инвестирование средств в создание крупных корпораций по производству материалов и техники для регенеративной медицины;
- отсутствие инвестиций со стороны российского бизнеса. Это связано с тем, что он ориентирован на извлечение быстрой прибыли. Большинство исследований в сфере регенеративной медицины еще не вышли за пределы стен лабораторий, а сроки клинического внедрения некоторых из них дело будущего;
- разработка технологий не гарантирует постановку препарата на производство;
- длительный срок введения новых терапевтических средств. От фундаментального открытия до выведения на рынок проходит 12-17 лет. При этом только около 10% лекарственных кандидатов доходят до потребителя;
- поздняя диагностика и несовершенство ее методов не позволяют в полном объеме сокращать заболеваемость за счет снятия первичных диагнозов при излечении (восстановление кровоснабжения, иннервации, восстановление секреции инсулина, восстановление функций печени и т.д.);
- отсутствие доступной для специалистов общей базы данных результатов фундаментальных и прикладных исследований, единых стандартов диагностики и информационной системы, куда заносят эпидемиологические данные, данные клинических испытаний и генетических тестирований.
Список можно продолжить, но положение дел от этого не изменится. На урезанном бюджете и минимальном техническом оснащении проводить научные исследования крайне сложно.
Помимо финансово-технической, есть еще одна серьезная проблема. Она лежит в области непосредственно самой науки. Дело в том, что регенеративная медицина, в современном понимании, пришла к нам в уже готовом виде. SD-биопринтинг и тканевая инженерия - это зарубежные концепции, которые реализуют и усовершенствуют наши ученые. Поэтому никаких значимых научных прорывов в этих направлениях ожидать не приходится.
Кроме того, сама идея создания тканеинженерных органов с помощью предложенных технологий подвергается критике со стороны многих ученых. Да, некоторые подвижки при выращивании фрагментов тканей есть, но любой человеческий орган - это многокомпонентная структура, воссоздать которую архисложно. Поэтому большинство разработок тканевой инженерии даже не попадут в клиническую практику. Это не означает, что исследования в этой области бесперспективны. Любой опыт обогащает и дает медицине новые научные открытия.
Еще один из западных трендов - персонифицированный подход. В идеале лучше лечить не болезнь, а человека, но сейчас внедрить его в нашей стране невозможно из-за отсутствия все того же финансирования.
В «Стратегии развития медицинской науки в РФ» перед регенеративной медициной поставлены две разнонаправленные задачи: повысить уровень здоровья населения и при этом снизить затраты на здравоохранение. Первая из них - это в принципе основная задача медицины.
Вторая задача выполнима, если перенаправить финансирование на более актуальные для России разработки в сфере регенеративной медицины, а обеспечение интересных для иностранных коллег совместных разработок в этой области предоставить иностранным инвесторам.
Стоит вспомнить о том, что в основе всех методов регенеративной медицины лежат протеомные исследования и тканевая инженерия, и обратить на них более пристальное внимание. Тем более, что в России накоплен огромный опыт именно в этих областях.
Обратимся к истории. Термин «стволовые клетки» предложил русский ученый А.А. Максимов еще в 1908 году, исследуя процесс кроветворения. Позже его поддержал и развил профессор А.Я. Фриденштейн, доказав наличие других, не только кроветворных, стволовых клеток.
В 60-е годы прошлого века А.Я. Фриденштейн и И. Чертков обнаружили, что большая часть СК сосредоточена в костном мозге. Еще в 1948 году российским эмбриологом Г.В. Лопашовым был разработан метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку тритона.
Кроме того, принципиально новый метод лечения на то время - тканевую терапию и учение о биогенных стимуляторах создал академик В.П. Филатов [23]. Методом круглого стебля для восстановления поврежденных тканей и устранения обезображивающих дефектов, созданным им еще в 1914 году, до сих пор пользуются хирурги во всем мире. Список можно продолжить, и он будет весьма внушительным. Главное, что именно в этой нише Россия может занять лидирующее положение.
Решение проблемы и логичное развитие регенеративной медицины не в том, чтобы искусственно вырастить орган и имплантировать его человеку (своего рода «паллиативное решение проблемы»), а научиться контролировать обновление клеток и регулировать процесс регенерации-репарации внутри человеческого организма.