Стволовые клетки в лечении возрастной макулярной дегенерации | Мошетова Л.К., Абрамова О.И., Сабурина И.Н., Туркина К.И.

Введение

Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) — это гетерогенное клиническое состояние, при котором поражается центральная зона сетчатки или макулярная область, что ведет к стойкому снижению остроты зрения [1, 2]. Поражение макулярной области при этом характеризуется одним или несколькими из следующих признаков: образованием «сухих» или «влажных» друз, изменением пигментного эпителия сетчатки (ПЭС), географической атрофией пигментного эпителия и хориокапиллярного слоя в области центральной ямки сетчатки (фовеа), неоваскулярной или экссудативной макулопатией [3, 4].

На данный момент выделяют две основные формы развития ВМД: медленно прогрессирующая «сухая» форма и быстропрогрессирующая «влажная» или экссудативная форма, сопровождающаяся новообразованием сосудов. Обе формы ВМД с разной скоростью приводят к необратимой слепоте при атрофии ПЭС и фоторецепторов [5]. «Сухая» форма встречается в 85% случаев, а «влажная» форма — в 10–15%.

ВМД является основной причиной слепоты среди пожилых людей, особенно у лиц старше 70 лет. Ежегодно во всем мире регистрируется порядка 600 тыс. новых случаев заболевания [6]. Прогнозируемое количество людей с ВМД в 2020 г. достигнет 196 млн, увеличившись до 288 млн к 2040 г. [7].

Патогенез ВМД

Точная патофизиология ВМД не до конца понятна, существует множество теорий развития данного заболевания, однако результаты продолжающихся исследований расширяют наши знания о болезни и лежащих в ее основе механизмах. Считается, что патогенез ВМД является результатом сложного многофакторного взаимодействия метаболических, функциональных, генетических факторов и факторов окружающей среды [8].

При старении внутриклеточные остаточные тела, содержащие липофусцин, накапливаются в клетках ПЭС. Клетки ПЭС экспрессируют продукты жизнедеятельности, которые обычно удаляются хориокапиллярами, однако по мере того, как дисфункция ПЭС прогрессирует, изменяется и проницаемость мембраны Бруха, что приводит к накоплению экструдированного материала (друз) между двумя слоями. Появление друз может быть одиночным или сопровождаться утолщением коллагеновых слоев мембраны Бруха, дегенерацией коллагена и эластина и ее кальцификацией. Кроме того, было отмечено, что прорежение и истончение хориокапилляров у пациентов с ВМД могут внести свой вклад в снижение и затруднение удаления внеклеточного материала, что приводит к образованию друз [9].

Образование друз как сигнал нарушенной функции ПЭС при дальнейшем прогрессировании приводит к гибели фоторецепторов. Прогрессирующее повреждение мембраны Бруха с активацией фактора роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor — VEGF) способствует росту аномальных сосудов под сетчаткой, которые имеют субретинальные экстравазации и могут кровоточить, прежде чем регрессируют и образуют рубец. Таким образом, визуальный результат любой формы ВМД — это постоянная потеря центрального зрения [10].

В нескольких исследованиях изучали молекулярный путь, лежащий в основе атрофии и потери зрения. Этот путь описывает, что гибель ПЭС способствует потере фоторецепторов и, как следствие, постепенно приводит к потере зрения [11, 12].

Существующее лечение

В настоящее время доступные методы лечения включают в себя медикаментозную терапию с использованием препаратов, защищающих ткани глаза, укрепляющих сосудистую стенку, блокирующих свободные радикалы кислорода или антиоксиданты, возникающие при нарушении окислительно-восстановительных процессов, которые всегда сопровождают развитие дегенерации сетчатки и часто представляют собой одно из главных звеньев ее патогенеза [13]. Консервативная терапия эффективна лишь на ранних стадиях процесса, результаты ее нестабильны — она, как правило, помогает приостановить или замедлить дальнейшую потерю зрения, но не существенно его улучшить. Новые возможности в лечении заболеваний заднего отрезка глаза появились с применением лазерного лечения, комбинированных методов, сочетающих медикаментозное, реваскуляризирующее и метаболическое воздействие на пораженные ткани [14].

Использование анти-VEGF препаратов для лечения пациентов с «влажной» формой ВМД можно считать терапевтическим прорывом, за последнее десятилетие данная терапия стала «золотым стандартом» лечения неоваскулярной ВМД [15].

Однако ни один из ныне существующих методов лечения не может полностью справиться с таким заболеванием, как ВМД. Это говорит о том, что ВМД на данный момент можно считать инкурабельным заболеванием. Альтернативным или дополнительным методом патогенетически обоснованного лечения ВМД может быть такое направление регенеративной медицины, как клеточная терапия.

Регенеративная медицина

Быстрый прогресс в области регенеративной медицины открывает новые возможности лечения тяжелых заболеваний и расстройств, а также инкурабельных заболеваний. Масштабные усилия по разработке такого метода лечения, как заместительная клеточная терапия, уже начали удачно воплощаться в жизнь при таких заболеваниях, как сахарный диабет, паркинсонизм, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз, а также кардиологические заболевания [16, 17].

В организме человека обновление и восстановление тканей зависит от соматических стволовых клеток, и ткани глаза — не исключение [18, 19]. Стволовые клетки обладают внутренней способностью пролиферировать бесконечно, и по определению они способны дифференцироваться практически в любой тип клеток. Стволовые клетки широко классифицируются на (а) тотипотентные стволовые клетки, которые дифференцируются в эмбриональные и экстраэмбриональные ткани, (б) плюрипотентные стволовые клетки, которые образуют эмбриональные ткани (эктодерма, эндодерма и мезодерма) и (в) мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в ограниченное число типов клеток (например, мезенхимальные стволовые клетки) [20].

Орган зрения имеет иммунную привилегированность по сравнению с другими органами в отношении развития и использования данного направления, т. к. иммунный ответ в тканях глаза снижен благодаря механизмам иммунологической толерантности, а в переднем отрезке глаза осуществляется по специфическому типу «иммунного отклонения, связанного с передней камерой». Это позволяет использовать в клеточной терапии не только аутологичные, но и аллогенные клетки, относительно длительно выживающие в организме реципиента без иммунного отторжения [21].

Ранние экспериментальные исследования показали, что стволовые клетки очень совместимы с сетчаткой и способны адаптироваться к мюллеровским, амакринным, биполярным, горизонтальным и глиальным клеткам и фоторецепторам [22, 23]. Например, несколько исследований демонстрировали, что субретинальная трансплантация зеленых флуоресцентных белковых положительных клеток — предшественников сетчатки в дегенеративные реципиенты сетчатки приводит к миграции трансплантированных клеток во внешний ядерный слой, к дифференцировке в иммуногистохимически идентифицируемые клетки фоторецепторов палочек и к улучшению показателей зрачковых световых реакций [24].

Мезенхимальные стволовые клетки

Взрослые стволовые клетки, такие как мезенхимальные стволовые клетки (МСК), являются одним из перспективных типов клеток с высоким потенциалом регенеративных свойств при различных заболеваниях. Из многих источников МСК хорошо известны костный мозг, жировая ткань, пульпа зуба, периферическая кровь, пуповинная кровь, а также печень и легкие плода. Cтволовые клетки, полученные из жировой ткани, особо привлекают внимание ученых [25].

Первоначальные исследования, демонстрирующие выделение клеток-предшественников из тканей глаза взрослого человека и успешную трансплантацию этих стволовых клеток в дегенерирующую сетчатку, вызвали широкий интерес у ученых-офтальмологов и стали толчком к развитию данного направления [26].

Имеются работы по исследованию эффективности стволовых клеток, ассоциированных со стромально-сосудистной фракцией жировой ткани, в лечении «сухой» формы ВМД. В ходе исследования стволовые клетки совместно с тромбоцитами вводились в супрахориоидальное пространство — спустя 6 мес. было получено достоверное улучшение остроты зрения, увеличение чувствительности сетчатки, а также изменения данных оптической когерентной томографии [27].

Не могут не обратить на себя внимания последние достижения в технологии трехмерной (3D) биопечати — с помощью специального принтера можно наносить и наслаивать строительные блоки-биоиндикаторы. МСК были предложены в этой технологии 3D-биопечати для воссоздания сетчатки [28, 29].

Эмбриональные стволовые клетки

Плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), обладая конститутивной способностью дифференцироваться во все типы клеток и обширным миграционным потенциалом, являются идеальными кандидатами для лечения заболеваний сетчатки человека. Результаты последних экспериментальных работ доказывают их уникальные свойства.

Ученые из Китая опубликовали результаты своего исследования, в ходе которого ими была разработана линия клинических ЭСК человека, которые дифференцировались в пигментные эпителиальные клетки сетчатки. Было начато клиническое исследование с участием 3 пациентов с «влажной» формой ВМД, чтобы изучить безопасность и переносимость трансплантации. Суспензию из таких клеток инъецировали в субфовеальный карман после удаления неоваскуляризированной мембраны хориоидеи. Пациенты наблюдались в течение 12 мес., при этом не отмечалось никаких побочных эффектов от трансплантации. Анатомические данные свидетельствуют о возникновении нового клеточного слоя, подобного ПЭС, в ранее поврежденной области, а визуальное и физиологическое тестирование показало ограниченное функциональное улучшение [30].

В марте в рамках Лондонского проекта по лечению слепоты, осуществленного исследователями из Лондонского университета совместно с глазной больницей Moorfields, было объявлено о результатах испытания, в котором у 2 пациентов с ВМД применяли биоинженерный пластырь, содержащий клетки сетчатки, полученные из ЭСК человека [31].
Пластырь с использованием коаксиальных стволовых клеток дифференцировался в ПЭС — монослой клеток, который формирует интерфейс между сетчаткой и кровеносной системой, поврежденный у людей с ВМД. Ученые смогли заменить участок поврежденного эпителия здоровыми клетками путем хирургического крепления пластыря к основанию сетчатки. Оба реципиента хорошо переносили процедуру (так же, как в аналогичном исследовании в Японии) [32]. Однако, в отличие от японского исследования, оба участника исследования Лондонского проекта сообщили об улучшении своего зрения.

Поиск способов облегчения перемещения клеток в необходимое положение, приживления и удержания трансплантированных клеток в желательных тканях для реализации полного регенеративного потенциала, обеспечиваемого стволовыми клетками, увеличения выживаемости и жизнеспособности трансплантированных клеток стал основанием для многих исследований, в т. ч. таких свойств стволовых клеток, которые способны облегчить иммуносупрессивную терапию после их клинической аллотрансплантации [33].

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Программирование дифференцированных соматических клеток путем принудительной экспрессии специфических факторов транскрипции может индуцировать превращение соматических клеток в ЭСК-подобные клетки с плюрипотентными качествами [34, 35].

Было выполнено несколько исследований, демонстрирующих превращение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) в клетки, подобные клеткам ПЭС, обладающие собственной пигментацией, способностью к плотным соединениям, экспрессией специфичного белка ПЭС, а также свойствами сцепления и органичного функционирования с наружными сегментами фоторецепторов [36].
ИПСК от пациентов с пигментным ретинитом были использованы в качестве клеточной платформы для скрининга лекарств, которые могли бы уменьшить вредные последствия точечных мутаций родопсина [37]. А в недавних исследованиях ИПСК были дифференцированы в зрелые ганглиозные клетки сетчатки, способные передавать потенциалы действия [38, 39].

Отечественные достижения регенеративной медицины

Внимание отечественных ученых привлекли собственные прогениторные клетки глаза, обнаруженные в лимбальной области [40]. Успешные результаты конструирования биокератопротезного комплекса из лимбальных мезенхимальных мультипотентных стволовых клеток в эксперименте in vitro дают основания считать предложенную конструкцию пригодной для проведения дальнейших экспериментов in vivo [41].

В настоящее время была предложена технология создания сфероидов, направленная на разработку уникальных репаративных клеточных модулей, поддерживающих функциональный потенциал уникальных клеток лимба, и микротканей для лечения различных патологий как переднего, так и заднего отрезка глаза [42].

Перспективным источником для регенеративной медицины представляются и эпителиальные клетки роговицы, обладающие должной пластичностью и способные культивироваться in vitro, а также являющиеся высокоперспективными в качестве модели для исследования и источника клеток для биоискусственной роговицы [43]. Разработан эффективный способ выделения заднего эпителия (эндотелия) клеток роговицы [44, 45].

3D-клеточные культуры мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток и ПЭС были рассмотрены в качестве эффективного способа лечения, обеспечивающего безопасную и длительную нейропротекцию в лечении нейродегенеративных заболеваний органа зрения [46, 47].

Была разработана успешная технология культивирования МСК с магнитными частицами для субретинального введения [48].

В работе сотрудников отдела травматологии и реконструктивной хирургии ФГБУ «МНИИ ГБ им. Гельмгольца» Минздрава России доказаны безопасность и эффективность интравитреальной, ретробульбарной и супрахорио­идальной трансплантации нейральных стволовых/прогениторных клеток в условиях эксперимента. Авторами на основе результатов комплексных клинических, электроретинографических и гистологических исследований было показано, что супрахориоидальное введение нейрональных и мезенхимальных стволовых клеток в разработанных дозах оказывает нейропротекторное воздействие, наиболее выраженное для функции фоторецепторов и клеток Мюллера после моделирования лазерного повреждения сетчатки кроликов и ретинальной ишемии. На отдаленных сроках трансплантация стволовых клеток способствует ускорению процесса восстановления функции сетчатки.

Заключение

Анализ научной литературы, в которой приводятся результаты исследований, направленных на совершенствование технологий клеточной терапии и регенеративной
медицины, к сожалению, свидетельствует об отставании развития отечественной регенеративной медицины в офтальмологической практике от международных аналогов, что в основном связано с отсутствием необходимого законодательного фундамента. Успешные и результативные исследования стволовых клеток, а также стремительный рост распространенности инкурабельных заболеваний указывают на необходимость устранения данной проблемы.

Сведения об авторах:

¹Мошетова Лариса Константиновна — д.м.н., профессор, академик РАН, заведующая кафедрой офтальмологии,^{ORCID iD: 0000-0002-5899-2714;}

¹Абрамова Ольга Игоревна — аспирант кафедры офтальмологии, ORCID iD 0000-0002-6156-6126;

^2,3 Сабурина Ирина Николаевна — д.б.н., профессор, главный научный сотрудник, заведующая лабораторией, ORCID iD 0000-0003-2014-2535;

¹Туркина Ксения Ивановна — к.м.н., доцент кафедры офтальмологии.^. ORCID iD 0000-0002-4989-7467.

¹ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России. Россия, 125993, г. Москва, ул. Баррикадная, д. 2/1.

²НИИ молекулярной и персонализированной медицины, ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России. Россия, 125284, г. Москва, 2-й Боткинский пр-д, д. 7, корп. 2.

³ФГБНУ «НИИОПП». Россия, 125315, г. Москва, ул. Балтийская, д. 8.

Контактная информация: Абрамова Ольга Игоревна, e-mail: abramovao2019@mail.ru. Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует. Статья поступила 17.07.2019.

About the authors:

¹Larisa K. Moshetova — MD, PhD, Academician of RAS, Head of the Department of Ophthalmology, ORCID iD: 0000-0002-5899-2714;

¹Olga I. Abramova — MD, postgraduate student of the Department of Ophthalmology, ORCID iD 0000-0002-6156-6126;

^2,3Irina N. Saburina — PhD, Professor, Principal Researcher, Head of Laboratory, ORCID iD 0000-0003-2014-2535;

¹Kseniya I. Turkina — MD, PhD, associate professor of the Department of Ophthalmology, ORCID iD 0000-0002-4989-7467.

¹Russian Medical Academy of Continuous Professional Education. 2/1, Barrikadnaya Str., Moscow, 125993, Russian Federation.

²Institute for Molecular and Personalized Medicine. 7, Build. 2, 2^nd Botkinskiy Pass., Moscow, 125284, Russian Federation.

³Institute of General Pathology and Pathophysiology.
8, Baltijskaya Str., Moscow, 125315, Russian Federation.

Contact information: Olga I. Abramova, e-mail: abramovao2019@mail.ru. Financial Disclosure: no author has a financial or property interest in any material or method mentioned. There is no conflict of interests. Received 17.07.2019.