Научные исследования центра клеточных технологий

Крупнейшие достижения молекулярной и клеточной биологии позволили в настоящее время создать научную основу для развития и становления клеточных технологий, а также предпосылки для их внедрения в клиническую практику.

В 2002 г. на заседании Президиумом РАМН утверждена Программа «Новые клеточные технологии – медицине», а 27.03.03 и 20.03.04 в Постановлениях РАМН определены важнейшие современные задачи внедрения методов фундаментальной биологии и медицины, в частности, клеточных и генных технологий при лечении различных заболеваний.

Разработка и внедрение эффективных и доступных способов лечения на основе клеточных технологий, в том числе с помощью устройств искусственного жизнеобеспечения, трансплантации стволовых клеток в Челябинской области потребовало создание необходимой для этого инфраструктуры и объединения научного потенциала медицинской и биологической науки Челябинской области в рамках Центра Клеточных Технологий. Для решения поставленных задач была сформирована Программа научно- практического сотрудничества между Челябинской областной клинической больницей, Южно- Уральским научным центром РАМН (ЮУНЦ РАМН) и Центром Клеточных Технологий при Областной Клинической Больнице (ЦКТ при ОКБ) в области разработки и клинического применения новых медицинских технологий с использованием эфферентных методов лечения, клеточной и тканевой терапии.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ЕЁ РЕШЕНИЯ ПРОГРАММНЫМИ МЕТОДАМИ

Развитие медицинской биотехнологии осуществляется по трем направлениям:

• развитие технологии культуры и тканей,
• разработка новых, эффективных и безопасных биоматериалов,
• создание аппаратов для оптимального функционирования изолированных клеток и тканей вне организма человека.

Биоинженерия и клеточная терапия включают использование живых клеток и биологически активных продуктов в качестве терапевтических устройств, замещающих дефектные органы или ткани. Как правило, тканевую инженерию используют при лечении заболеваний, которые имеют большие прямые или косвенные затраты. Это касается, в частности, заболеваний печени, актуальность изучения которых связана с повседневным ростом заболеваемости при этой патологии и тяжелыми последствиями в виде циррозов, хронических гепатитов, печеночной недостаточности и др. Известная ограниченность, недостаточная эффективность или высокая стоимость существующих методов лечения требует усовершенствования и разработки новых, патогенетически обоснованных способов детоксикации и нормализации обменных процессов. Учет преимуществ и недостатков описанных методов привел к созданию концепции «биоискусственной печени». Новым подходом явилась разработанная профессором Рябининым В.Е. система искусственного жизнеобеспечения - «биоискусственная печень». Результаты экспериментальных и предварительных клинических исследований показали достаточно высокую эффективность этого метода, что проявлялось в увеличении активности процессов детоксикации и нормализации обменных процессов. В настоящее время разрабатываются новые методы экстракорпоральной детоксикации с использованием альбуминового диализа и биореакторов, позволяющих осуществлять длительное экстракорпоральное функционирование гепатоцитов.

Достаточно успешно в нашей стране в качестве эфферентного метода использовалась спленоперфузия. В настоящее время на основе спленоперфузата разработан пептидный препарат «Спленопид», который находит широкое применение при лечении инфекционных заболеваний, лечении рассеянного склероза, онкологических патологий, диабета и др. На кафедре общей и биоорганической химии ЧГМА совместно с лабораторией «Искусственные органы и клетки» ЮУНЦ РАМН впервые были получены экспериментальные и клинические данные о терапевтической эффективности применения спленопида при лечении цирроза печени.

Перспективным также представляется использование в клинической практике других пептидных препаратов из органов и тканей животных - цитомединов и цитаминов. Широкое применение начинают находить фетальные органопрепараты - экстракты клеточного содержимого (от стволовых до зрелых клеток) органов и тканей животных немецкой научно-производственной компании vitOrgan. Действие экстрактов основано на принципе гомологичности или органо­тканевого подобия. За раскрытие механизма этого эффекта, называемого органным тропизмом, американский исследователь Г. Блобель в 1999 году был удостоен Нобелевской премией по медицине.
Успешное внедрение в практику экспериментальной биологии методов длительного культивирования стволовых клеток (СК) и клеток-предшественников различных тканей животных и человека, выделенных из эмбрионов, плодов и взрослых организмов, создали предпосылки разработки технологий заместительной клеточной и тканевой терапии. Эти клетки, в их совокупности, характеризующиеся высоким пролиферативным потенциалом in vitro, обладают способностью дифференцировки в различные клетки органов и тканей человека. Овладение механизмами направленной дифференцировки стволовых клеток и клеток-предшественников in vitro позволит решить проблемы получения донорского материала для заместительных биомедицинских технологий при лечении широкого спектра заболеваний человека.

В настоящее время большое внимание уделяется клеточным технологиям, основанных на трансплантации стволовых клеток, полученных от самого больного. Преимущества этих технологий заключаются в доступности подходящего неиммуногенного клеточного материала (приемлемый источник – костный мозг). Получены экспериментальные данные, указывающие на перспективность применения аутологичных костномозговых стволовых клеток в лечении тяжелых неврологических и сердечно-сосудистых расстройств. Альтернативой трансплантации поджелудочной железы при тяжелых формах сахарного диабета является трансплантация островковых клеток поджелудочной железы плодов и новорожденных: в мире выполнено уже несколько тысяч пересадок. Успешные результаты применения этих клеток в комплексном лечении ИЗСД у взрослых дали основание использовать этот метод в детской диабетологической практике. Следует особо подчеркнуть, что развитие и внедрение клеточных технологий призвано кардинально изменить ситуацию с лечением целого ряда заболеваний, практикуемая медикаментозная терапия которых малоэффективна.

ЦЕЛЬ ПРОГРАММЫ – изучение молекулярных и клеточных механизмов патогенеза различных заболеваний и разработка эффективных и доступных способов лечения с помощью устройств искусственного жизнеобеспечения, трансплантации зрелых, стволовых и фетальных клеток, биоимплантатов, создание необходимой для этого инфраструктуры, объединение научного потенциала медицинской и биологической науки для обеспечения развития фундаментальных и прикладных медико-биологических исследований в области заместительной клеточной терапии, улучшения здоровья населения Уральского региона. Достижение этих целей требует интеграции таких дисциплин как биология развития, клеточная и молекулярная биология, биохимия, физиология, прикладная молекулярная и клеточная биотехнология. Без привлечения к участию в разработке комплексной программы представителей различных биологических и медицинских специальностей практически невозможно создание новейших биомедицинских технологий, заместительной клеточной терапии для их клинического применения.

ЗАДАЧИ ПРОГРАММЫ:

• совершенствование методов выделения и культивирования зрелых, фетальных и стволовых клеток человека и животных,
• изучение возможности направленной дифференцировки стволовых клеток в клеточные компоненты различных органов и тканей;
• создание клеточных и экспериментальных моделей заболеваний человека, перспективных в плане  использования клеточной терапии;
• разработка рекомендаций и положений, регламентирующих применение стволовых клеток для клеточной терапии приобретенных или наследственных заболеваний человека;
• разработка систем искусственного жизнеобеспечения с использованием клеточных технологий и эфферентных методов, их клинические испытания;
• внедрение клеточных технологий в практическое здравоохранение;

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ И КЛИНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ:
Фундаментальные и прикладные аспекты клеточной терапии.

• Изучение функционирования CK, создание специальных культуральных сред, разработка оптимальных условий культивирования этих клеток, обеспечивающие их пролиферацию и дифференцировку.
• Разработка режимов криоконсервации и оценки жизнеспособности клеточного материала.
• Изучение влияния микроокружения на процессы развития CK в культуре при разработке способов направленной дифференцировки этих клеток.
• Исследование молекулярных механизмов действия внутриклеточных индукторов дифференцировки (кардиомиоциты, гепатоциты, нервные, глиальные клетки и др.)
• Проведение модельных экспериментов на животных по трансплантации зрелых, фетальных и CK с целью оценки отдаленных последствий и безопасности использования клеточного материала при создании методов заместительной терапии.
• Трансплантация донорских клеток больным заболеваниями печени и др.
• патологическими расстройствами.
• Трансплантация аутофибробластов в целях эстетической медицины.
• Трансплантация островковых клеток больным с сахарным диабетом.
• Использование в клинической практике органопрепаратов фирмы "VitOrgan".
• Расширенное использование в клинической практике препарата «Спленопид».
• Расширение и завершение существующих разработок заместительной клеточной терапии с использованием стволовых клеток и подготовка предложений к внедрению разработанных технологий в медицинскую практику.
• Использование современных клеточных технологий в аппарате «Биоискусственная печень».
• Разработка и клинические исследования эффективности детоксикационных модулей в эфферентной терапии различных заболеваний. Определение перечня заболеваний и параметров контроля.

ОЖИДАЕМЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:
1. Разработка биомедицинских технологий для применения зрелых, фетальных и стволовых клеток в медицинской практике и подготовка рекомендаций по практическому применению клеточной терапии.
2. Создание систем искусственного жизнеобеспечения типа «Биоискусственная печень» и детоксикационных модулей и их клинические испытания.
3. Повышение эффективности лечения заболеваний при использовании новых технологических и научно-методических подходов.
4. Социальная значимость программы определяется комплексом мероприятий, направленных на существенное улучшение качества медицинской помощи больным с широким спектром терапевтических и хирургических заболеваний.