Нейротравма сопровождается гибелью нейронов, дегенерацией аксонов, нарушением коммуникаций в нейронных сетях и контролируемых ими функций. Для предотвращения вторичной дегенерации и поддержания роста нервных волокон представляются перспективными подходы с применением клеточных и молекулярно-генетических технологий. Возможности клеточной терапии широко исследуют в эксперименте для преодоления посттравматических дефектов нервной ткани. В условиях трансплантации клетки должны решать следующие задачи: восстанавливать тканевый матрикс и формировать направляющие пути для роста аксонов, участвовать в процессе миелинизации, оказывать нейропротекторное действие и стимулировать рост аксонов. При этом вряд ли можно рассчитывать на стойкое замещение погибших нейронов.
Трансплантированные стволовые или прогениторные клетки могут экспрессировать нейроспецифические маркеры, например TuJ1 (Nakamura et al., 2005), что не является признаком установления этими нейронами связей с клетками-мишенями и, тем более, восстановления утраченной функции. В этом отношении наиболее надежны данные об экспрессии ферментов, участвующих в синтезе медиаторов, например холинацетилтрансферазы. Трансплантируемые нейральные предшественники преимущественно дифференцируются в глию (Vroemen et al., 2003; Pfeifer et al., 2004). Для глии подобное замещение наиболее вероятно, как это показано в ряде работ с использованием в качестве маркеров белков миелина и меченых трансплантируемых клеток различных типов, например, стромальных клеток костного мозга (Akiyama et al., 2002) или глиальных клеток обонятельных структур (OECs) (Radtke et al., 2003; Sasaki et al., 2004; Li et al., 2007).
Для трансплантации в область повреждения спинного мозга или периферического нерва применяют предифференцированные эмбриональные стволовые клетки (Hendricks et al., 2006), стромальные клетки костного мозга (Hofstetter et al., 2002; Lee et al., 2003; Jendelova et al., 2004; Sykova et al., 2004; Zurita, Vaquero, 2004; Dezawa et al., 2005 и др.), нейральные стволовые и прогениторные клетки (Hill et al., 2004; Cao et al., 2005; Cummings et al., 2005; Mitsui et al., 2005 и др.), OECs (Ramon-Cueto et al., 1998; Radtke et al., 2003; Lopes-Vales et al., 2007 и др.), стволовые клетки кожи (Marchesi et al., 2007). Результаты этих работ указывают на поддерживающее влияние клеточной терапии на восстановление чувствительной и, в меньшей мере, двигательной функции, но выраженность положительного эффекта в большинстве случаев незначительна. В этом отношении наибольший эффект ожидается при трансплантации OECs. Эти клетки продуцируют различные нейротрофические факторы [FGF1 (Key et al., 1996), FGF2 (Chuah, Teague, 1999), NGF, BDNF, GDNF (Woodhall et al., 2000) и GGF2 (Chuah et al., 2000)], компонент внеклеточного матрикса ламинин (Treloar et al., 1996) и молекулы адгезии NCAM (Miragall et al., 1988) и L1 (Kafitz, Greer, 1997). С другой стороны, OECs проявляют признаки астроцитов, вырабатывая глиальный фибриллярный кислый белок (GFAP). Подобный фенотип этих клеток представляется достаточно ценным. По мнению ряда исследователей, OECs могут свободно мигрировать на значительные расстояния в белом и сером веществе мозга, соединительной ткани и сопровождать растущие аксоны через глиальный рубец (Ramon-Cueto et al., 1998). Фенотипические характеристики астроцитов в этой популяции прогениторных клеток дают основание предполагать их более высокую степень выживания при трансплантации в мозг и более выраженную способность, по сравнению с другими клетками, используемыми для трансплантаций, участвовать в формировании оптимального матрикса для роста аксонов. Выбор OECs продиктован также соображениями достаточной адекватности их применения в клинической практике: пригодность для аутотрансплантации и, следовательно, предотвращение иммунологического конфликта, доступность клеток, сравнительно легкая выполнимость, безопасность и низкая инвазивность процедуры забора материала. Эти свойства послужили основанием для рассмотрения OECs как наиболее перспективных для трансплантаций с целью улучшения результатов посттравматической регенерации спинного мозга и стимулировали проведение дальнейших исследований. Именно поэтому OECs посвящено наибольшее количество работ, по сравнению с другими клетками, тестируемыми для трансплантации при травме спинного мозга. Но по мере детальных исследований OECs и сравнения их поведения с клетками других типов на одних и тех же моделях были выявлены негативы. Оказалось, что OECs обладают более низкой способностью к миелинизации, чем шванновские клетки (Li et al., 2007), а миграционный потенциал OECs и их способность поддерживать рост аксонов в спинном мозге реципиента не выше, чем у стромальных клеток костного мозга или фибробластов (Lu et al., 2006). Подобные нежелательные свойства, по-видимому, проявляют и другие клетки, используемые для трансплантации в нервную ткань, но из-за недостаточной изученности поведения подобных клеток они пока не выявлены. Все это указывает на актуальность дальнейших экспериментальных исследований по клеточной терапии неврологических нарушений.
Для повышения эффективности доставки в область повреждения нервной ткани факторов, поддерживающих выживание нейронов и рост нервных волокон, активно исследуют возможности применения генетически модифицированных клеток с трансфицированными генами нейротрофических факторов (BDNF, NT-3, GDNF) (Taylor et al., 2006), эритропоэтина (Lee et al., 2005; Choi et al., 2006) и молекул адгезии (Chen et al., 2005). Вместе с тем, проведены многочисленные исследования по прямой генной терапии, направленной на поддержание выживания нейронов и/или активацию ассоциированных с ростом аксона внутриклеточных сигнальных путей, т.е. без использования клеток в качестве носителей искусственных генетических конструкций (см. обзор Blits, Bunge, 2006).
Терапевтический эффект трансплантируемых клеток прямо пропорционален длительности их пребывания в ткани реципиента. Для увеличения сроков выживания трансплантируемых клеток оправдано применение фармакологических цито- и нейропротекторов. Достаточно перспективным направлением в реализации концепции нейропротекции является встраивание в трансплантируемые клетки малой интерферирующей РНК (siRNA) для деградации мРНК проапоптозных молекул. Оба этих подхода применительно к нейротравме не исследованы совсем. В целом, рассматривая целесообразность применения клеточных технологий для улучшения результатов лечения нейротравмы и риски, возникающие при этом, следует отметить, что в аспекте только доставки биоактивных стимуляторов регенерации с клеточной терапией могут конкурировать другие способы подведения этих факторов, например, при использовании минипомп или наноносителей.
Важным аспектом в стратегии устранения последствий нейротравмы является создание адекватного замещающего матрикса нервной ткани. Актуальным направлением работ по конструированию биоматрикса, поддерживающего процессы нейрорегенерации, является разработка адекватных носителей для трансплантируемых клеток. Эффекты трансплантации клеток в составе трехмерных гидрогелевых носителей на основе синтетических биодеградируемых материалов изучены недостаточно. Появляются первые работы, свидетельствующие об эффективности подобных носителей. При культивировании OECs в трехмерном коллагеновом геле по сравнению с культивированием на подложке из коллагена зарегистрирована более высокая пролиферативная активность клеток и поддержание экспрессии в них нейротрофических факторов NGF и BDNF, а также рецептора фактора роста нервов (NGF) белка р75 (Wang et al., 2006). На первый план выходит проблема адекватных носителей, поддерживающих выживание, пролиферативную активность, способность к миграции и фенотипические характеристики трансплантируемых клеток. В эксперименте для стимулирования нейрорегенерации трансплантируемые клетки чаще всего инъецируют непосредственно в ткань. Однако подобные клетки после проведения процедуры трансплантации достаточно быстро погибают. Так, большинство OECs человека в спинном мозге крысы погибает уже к концу первых суток (Deng et al., 2006). В связи с этим вовсе небезосновательной представляется идея формирования депо, в котором клетки в течение достаточно длительного времени поддерживали бы свой фенотип и могли бы выселяться в прилежащие ткани, стимулируя в них посттравматическое выживание нейронов и рост нервных волокон. Эксперименты в этом направлении c размещением клеток на полимерных гидрогелевых платформах уже начаты. Это стромальные клетки костного мозга на полиметакрилате (Sykova et al., 2006) или погруженные в альгинат неаутологичные генетически модифицированные фибробласты, экспрессирующие BDNF (Tobias et al., 2005). При этом также остается неясным, что эффективнее: введение в гидрогелевый носитель клеток с последующей имплантацией биоинженерного комплекса в область повреждения нервной ткани или непосредственное введение в имплантируемый гидрогелевый носитель стимулятора регенерации, чаще всего нейротрофического фактора, например, BDNF в биодеградирумом полиэфире (Patist et al., 2004), в небиодеградируемом полиметакрилате (Bakshi et al., 2004), агарозе (Jain et al., 2006) или NT-3 в фибрине (Taylor et al., 2006; Tsai et al., 2006). Имплантация биодеградируемого матрикса на основе полиэфиров в комплексе с астроцитами (Deumens et al., 2006) или шванновскими клетками (Hurtado et al., 2006; Moore et al., 2006) улучшает результаты регенерации.
Таким образом, для устранения последствий травмы, для целей нейропротекции и стимулирования регенерации нервных волокон в спинном мозге и периферическом нерве в эксперименте испытывают различные подходы: клеточную терапию, создание биоматрикса и их комбинацию. Эффективность каждого подхода тестируется по множеству конкретных направлений: различные клеточные типы для трансплантаций, генетически модифицированные и немодифицированные клетки, варианты по срокам, количеству и способу введения клеток (непосредственно в область травмы, в кровь, в биоматрикс и др.), применение различных материалов (биосовместимых, биодеградируемых и наноматериалов) и т.д. Для перехода к этапу клинических испытаний следует учитывать еще один немаловажный фактор: положительные результаты, полученные на экспериментальных моделях, часто не воспроизводятся у человека.
Авторы: Челышев Ю.А., Богов А.А., Гельфанд Л.З., Исламов Р.Р., Крылов В.Е., Мухаметзянов И.Р., Нигметзянова М.В., Рагинов И.С., Ризванов А.А., Фомина Г.А. (Казанский государственный медицинский университет, Научно-исследовательский центр Татарстана «Восстановительная травматология и ортопедия»; e-mail: chelyshev@kzn.ru)
Вопросы и комментарии