Нейротрансплантология и тканевая инженерия: от пересадки нервных клеток к реконструкции мозга. Журнал "Знать" N 5 2003 г.

Журнал "Знать". Общественно-политический, научно-популярный журнал (для служебного пользования) - периодическое печатное издание, распространяемое по именной номенклатурной VIP рассылке только среди высшего управленческого состава Правительства РФ, руководителей фракций ГД, губернаторов и помощников СФ, Министерств и Ведомств РФ не ниже уровня начальника департамента, а также по именной подписке (тираж по подписке 150 000 экземпляров).

Редакция получила большое количество писем и телефонных звонков от наших читателей, которых крайне заинтересовали наша серия репортажей с директором клиники "НейроВита" профессором Андреем Степановичем Брюховецким посвященных, высоким технологиям в нейротрансплантологии и тканевой инженерии мозга. Мы решили продолжить обсуждение этой интереснейшей научной темы, базируясь на наиболее часто задаваемых вопросах наших читателей.

Ю. А. Сегодня очевидны успехи современной трансплантологии в пересадке органов и тканей. Как соотносится нейротрансплантология и тканевая инженерия с общей трансплантологией и будет ли пересажен мозг человека?

А. С. Большие успехи современной трансплантологии убедительно доказали возможность радикального лечения ряда ранее неизлечимых заболеваний. Однако трансплантация органов, тканей и клеток традиционно развивалась преимущественно в соматической области (пересадка печени, почек, сердца, органокомплексов средостения, трансплантация клеток поджелудочной железы и др.). С одной стороны, мозг, как объект трансплантологии, практически не рассматривался исследователями - трансплантологами из-за сложности и недостаточной изученности его структурно-функциональной организации, отсутствия технической возможности его приживления, а также из-за особенностей его регенерации. С другой стороны, трансплантация целого мозга как органа, является практически не решаемой проблемой не столько по техническим трудностям, сколько по этическим соображениям. Альтернативой трансплантации мозга может стать инженерная пластика ткани мозга, которая позволяет осуществить реконструкцию его отдельных элементов и структур, не нарушая общей целостности мозга как органа управления системами человека.

Феномен пересадки головы технически сегодня не представляет трудностей - это конечно тяжелая трудоемкая сосудистая, микрохирургическая и ортопедическая реконструктивная операция выполненная американскими исследователями на обезьянах. Однако восстановить проводимость спинного мозга до настоящего времени не представляется возможным. Все обезьяны после пересадки головы остаются парализованы. Нами разработана и прошла предклинические исследования искусственная нервная ткань "Сферогель -Э" на базе биодеградируемых полимеров IV поколения с применением стволовых нервных клеток, а также создана искусственная мягкая мозговая оболочка основанная на том же принципе. Проведенные испытания на крысах с иссечением сегмента спинного мозга и применением этих биотехнологий позволили восстановить движения в нижних конечностях. Этот результат настолько обнадеживает, что позволяет в перспективе решить технический вопрос пересадки головного мозга с полным восстановлением функциий

Ю. А. Откуда берет свои истоки нейротрансплантология и тканевая инженерия мозга?

А. С. Свои истоки нейротрансплантология и тканевая инженерия мозга берут из общей трансплантологии, клинической неврологии и нейрохирургии в недрах которых они и зародились. Тканевая инженерия мозга, как наука, стала развиваться последние годы, как раздел трансплантологии. Технологической базой ее стала трансплантация нервных тканей и клеток человеку. Основанием к развитию нейротрансплантологии послужили большие экспериментальные исследования на животных по трансплантации эмбриональных нервных клеток и революционные научно-исследовательские работы А. Бьерклунда с соавторами в Швецком королевском госпитале в 1985 г., когда была доказана практическая возможность приживления трансплантанта коры надпочечника в мозге человека. В дальнейшем последовала целая серия теоретических и практических исследований на животных и человеке по пересадке эмбриональной нервной ткани в мозг человека. Объектом трансплантаций стал не мозг взрослого донора, а нервная ткань и суспензии нервных клеток эмбриона или плода человека и животных.

Ю. А. Почему у нейротрансплантологов выбор пал именно на эмбриональные нервные клетки, а не на взрослые нервные клетки?

А. С. Выбор эмбриональной нервной ткани для клеточных трансплантаций был связан с тем , что было доказана ее способность приживляться и устанавливать синаптические контакты с нейронами реципиента, а возможность трансплантации нервной ткани взрослого донора, даже в эксперименте, резко ограничена. Самое главное преимущество эмбриональной нервной ткани , что она не имеет комплекса гистосовместимости, не распознается как чужеродная и не отторгается в мозге хозяина.

Ю. А. Сколько в мире уже сделано нейротрансплантаций?

А. С. В настоящее время в мире осуществлено более 2000 нейротрансплантаций. Первые фундаментальные научные сообщения по данной проблеме были опубликованы на состоявшемся в Питтсбурге в 1992 году 1 Международном съезде по трансплантации клеток, когда специальная сессия была посвящена пересадке эмбриональных тканей. Представленные на ней результаты внушали растущую уверенность в том , что клетки эмбрионов "вольют свою жизненную силу" в тех, кто страдает некоторыми, ведущими к потере трудоспособности, нервными заболеваниями. Трансплантация эмбриональных клеток и тканей в мозг в настоящее время успешно проводится в Швеции, США, Китае, Японии, России, Венгрии, Сингапуре, Мексике.

Достижения доложенные и опубликованные на конференции Российской Академии Медицинских Наук "Стволовые клетки в практическом здравоохранении" (май 2003 г) показывают высокий научный уровень исследований в отечественной нейротрансплантологии и широкую масштабность и большую социально-экономическую значимость, проводимых национальных исследовательских направлений и научных школ Москвы, Санкт - Петербурга, Новосибирска.

Ю. А. Судя по огромному количеству публикаций в научной и популярной прессе трансплантация стволовых клеток становится не только медицинской проблемой, но и политическим инструментом?

А. С. Сегодня проблема применения эмбриональных стволовых нервных клеток для реконструкции мозга решается не только на уровне научных дебатов, но становится частью политики высокоразвитых государств. Клеточные и генно-инженерные биотехнологии становятся предметом обсуждения законодательных органов и частью стратегической и оборонной политики. В апреле 2000 года на своем заседании Конгресс США, рассмотрев фундаментальные исследования по проблеме клеточной трансплантологии официально разрешил применение эмбриональных стволовых клеток , в том числе и нервных, для лечения пациентов но только за счет частного финансирования. А правительство Великобритании в 2000 году, поддержанное законодателями своей страны, впервые в мире разрешило клонировать эмбриональные стволовые клетки для целей тканевой инженерии с последующим использованием для лечебных целей и открыло их официальное бюджетное финансирование. Таким образом, сегодня проблема развития высоких клеточных и тканевых биотехнологий из разряда научных переходит в разряд общегосударственных и национальных проблем.

Ю. А. Известен ли к настоящему времени точный механизм действия стволовых нервных клеток - являющихся основой нейротрансплантологии?

А. С. Во многом, до настоящего времени, механизм действия трансплантата эмбриональных стволовых клеток нервной ткани остается не ясным. Неизвестно, замещает ли эта ткань мертвые клетки или только помогает восстановлению и регенерации поврежденных, нефункционирующих или слабо функционирующих клеток или тканей, которые еще живы. Нет однозначного ответа на такие принципиальные вопросы: какова вероятность приживления ткани трансплантата в мозге человека, происходит ли пролиферация и дифференцировка трансплантируемых клеток, чем обеспечиваются устанавливаемые связи трансплантата с мозгом хозяина, васкуляризируется ли трансплантат, каковы должны быть объемы пересаживаемой нервной ткани? Почему суспензия нервных клеток эмбриона и плода человека оказывает мощное воздействие на регенерацию поврежденной нервной ткани и запускает механизмы саногенеза?
Тем не менее, сейчас не вызывает сомнения, что в ряде случаев пересаженные эмбриональные клетки не только жизнеспособны в организме-хозяине, но и могут развиваться там, превращаясь в определенные специализированные формы и выделять биологически активные вещества, воздействующие на окружающие ткани мозга. Кроме того, на эмбриональные клетки меньше вероятность иммунного ответа мозга реципиента, так как мозг человека является иммунологически привилегированным органом в этом отношении и практически не дает реакций отторжения данного трансплантата. Благодаря этим свойствам эмбриональные клетки могут быть в высшей степени полезными при лечении заболеваний связанных с дегенерацией тканей (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, мышечная дистрофия, болезнь Хантингтона, мозжечковая дегенерация и др.).

Ю. А. Кем финансируются исследования в области стволовых клеток, какой результат удается добиться уже сегодня у пациентов и как долго могут жить пересаженные клетки в чужом организме?

А. С. Финансируют эти исследования многочисленные биотехнологические фонды и частные компании, но в ряде стран есть и государственное финансирование. Опыт применения трансплантаций эмбриональных клеток в Великобритании (Э. Хичкок из Бирмингемского унивеситета - бюджетные исследования) и в США (Р. Бриз и К. Фрид Колорадского университета, ведущие свои работы за счет частного финансирования и платы пациентов) доказали, что данный метод лечения восстанавливает нормальный уровень активности мозга при нейродегенеративных заболеваниях, способствует восстановлению части утраченных, в результате болезни, функций. Этими авторами доказано, что через 34 месяца выживает только 5 -10% пересаженных клеток, однако этого достаточно, что бы запустить саногенетические механизмы выздоровления. Результаты из Бостонского медицинского центра ветеранов (D. Rebekka et al., 1996 г), также доказали высокую жизнеспособность клеток в мозге хозяина до 23 месяцев после трансплантации.

Ю. А. Какие перспективы могут дать биотехнологии применения нейральных стволовых клеток?

А. С. Установленные научные факты замещения донорскими нервными клетками погибших или дегенеративных нейронов и нейроглиальных элементов открывают перспективы биологического конструирования и инженерии нарушенных тканевых структур. При этом фокус инженерных построений смещается внутрь ткани. Основными элементами конструкции становятся компоненты ткани: структурные элементы - нейроны, соединительно-тканные компоненты - нейроглия, вегетативные и микрососудистые компоненты, нервные волокна, синаптические образования. Этим бионженерная пластика отличается от традиционной хирургической пластики, которая оперирует целыми тканями или их участками. Трансплантация клеток нервной ткани в различных комбинациях явилась первым шагом клинических биоинженерных технологий.
В настоящее время в мире накоплен определенный опыт лечения трансплантацией эмбриональных нервных тканей человека ранее неизлечимых традиционными методами органических заболеваний нервной системы. Определенную эффективность этот метод лечения позволяет добиться при начальных формах органического поражения нервной системы, но в ряде случаев удается получить положительную динамику патологического процесса даже при запущенных формах заболеваний. Получены положительные результаты лечения рассеянного склероза (даже в тех случаях, когда уже не эффективна гормональная терапия), бокового амиатрофического склероза, паркинсонизма, оливо-понто-церебеллярных дегенераций, болезни Пика и Альцгеймера, различных форм мозжечковых атаксий (в том числе и наследственных). Доказана возможность получения удовлетворительных результатов в лечении последствий токсических и алкогольных энцефалопатий с признаками слабоумия). Наиболее перспективными и многообещающими представляются результаты трансплантации эмбриональных нервных клеток после тяжелых травм и ушибов головного и спинного мозга и критических состояниях организма (комы, апалический синдром и др.). Убедительная эффективность метода нейротрансплантаций отмечена в лечении больных с детским церебральным параличем, олигофренией, болезнью Дауна, с расстройствами высших психических функций и двигательных нарушений у сосудистых больных.

Ю. А. Складывается впечатление, что полученные результаты и клинические эффекты нейротрансплантаций и ткакневой инженерии мозга позволяют врачам излечивать самые тяжелые болезни мозга и уже сегодня решены многие загадки мозга человека?

А. С. К сожалению, результаты нейротрансплантаций до настоящего времени не однозначны и не всегда оправдывают возлагаемые на них надежды. Клинические эффекты при некоторых операциях оказались в ряде случаев кратковременны, а иногда сомнительны. Основной фокус современных исследований сосредоточен преимущественно на болезни Паркинсона, так как пути осуществления нейротрансплантаций при этой патологии идут по стандартным нейрохирургическим методикам стереотаксиса. В настоящее время нейротрансплантация вызывает скепсис ряда ведущих неврологов и нейрохирургов, т.к. не позволяет добиться полного излечения больных. Нерешенность и неоднозначность ряда морально - этических и юридических проблем нейротрансплантологии во многом отталкивает новых исследователей от этих работ, что серьезно тормозит развитие этого научного направления. Попытки решения этой проблемы только в рамках приложения ее к традиционной неврологии и нейрохирургии (без учета основных законов и подходов общей трансплантологии, новых трансплантационных технологий ) по-видимому, не позволят добиться существенного прогресса в этой области. Сегодня нейротрансплантация эмбриональных клеток и тканей осуществляется стандартными нейрохирургическими методами (субарахноидальная пункция, в желудочковую систему мозга, непосредственная трансплантация в мозг открытым способом, стереотаксическая трансплантация нервной ткани и др.). При этом зачастую положительный эффект от самой нейротрансплантации лишь незначительно "перекрывает" отрицательное влияния последствий нейрохирургического вмешательства. В ряде случаев, не представляется возможным отдифференцировать, чем обусловлен клинический эффект: самой трансплантацией нервных клеток или рефлекторным раздражением мозга в результате нейрохирургической манипуляции. С другой стороны, объем трансплантируемой нервной ткани даже при стереотаксическом введении трансплантанта значительно меньше или равен объемам операционного повреждения мозговой ткани реципиента. И конечно, одна из главных проблем в этой области проблема гистосовмсестимости. Если изначально клетки не распознаются как чужеродные, то мере их созревания появляется главный комплекс гистосовместимости и возникают проблемы отторжения нейротрансплантата. Хотя стоит отметить, что в ряде случает нейротрансплантат химеризуется и приживается и тогда мы видим "чудеса" восстановления нарушенных функций мозга.

Ю. А. Оказывается область еще только появляется, а количество нерешенных проблем нарастает как снежный ком. Как сегодня решаются проблемы нейротрансплантологии и каневой инженерии в России?

А. С. Несмотря на существующие недостатки клеточной трансплантологии большинство исследователей считают, что данное направление общей трансплантологии необходимо развивать и совершенствовать. В данное время стало очевидным и признано на заседании Президиума Российской Академией Медицинских Наук (май 2001) данная область исследований является одной из самых приоритетных в развитии национальной медицины. С июня 2002 года в нашей стране начата отраслевая программа Российской Академии Медицинских наук " Новые клеточные технологии - медицине" . Вся история развития отечественной и мировой трансплантологии убедительно показывает, что преодоление этих объективных трудностей и недостатков нейротрансплантологии возможно только с разработкой и внедрением новых высоких наукоемких технологий на всех этапах трансплантации.

Ю. А. Мне известно, что вы подготовили и издаете фундаментальный труд в этой передовой научной области

А. С. Мною подготовлена и сдана в типографию монография "Трансплантация нервных клеток и тканевая инженерия мозга при нервных болезнях". В ней мы попытаемся показать как на стыке нейротрансплантологии с разными медицинскими и техническими специальностями рождается принципиально новое направление в современной медицины - клиническая тканевая инженерия органов человека. Изложенные биоинженерные представления о мозге на самом деле универсальны и могут быть использованы для проведения такого рода пластик любого органа человека. Наш небольшой опыт проведения биоинженерной пластики мозга у животных и человека позволяет предположить, что в ближайшем будущем это научное направление позволит отказаться от проведения многих нейрохирургических операций и позволит сделать существующие методы клинической нейробиоинженерии альтернативными пересадке всего мозга или его отделов.

Для тех, кто хочет практически познакомиться с работой уникальной клиники, обращайтесь в Клуб Журнала "Знать".