Восстановить и оживить. Ширятся возможности тканевой инженерии.

По данным медицинской статистики, не менее чем в 20% случаев, связанных с лечением травм, остеомиелита, врожденных дефектов, атрофии тканей, с операционным удалением опухолей в челюстно-лицевой области, возникает проблема недостатка костной ткани, и требуется остеопластика. Если деформация серьезная, то для ее эффективного исправления не обойтись без материалов с остеоиндуктивным потенциалом, то есть со способностью влиять на рост тканей травмированной кости. До сих пор наиболее успешно хирурги решали проблему с помощью аутокостных (то есть взятых у самого пациента) трансплантатов. Однако забор тканей из других органов — технически сложная и травматичная операция, требующая к тому же участия специалистов из разных областей хирургии. Альтернативой этой технологии может стать использование разрабатываемых сегодня тканеинженерных костных графтов (имплантатов). Такой подход предполагает создание изделия, состоящего из носителя (биологического наполнителя) — каркаса для новой костной ткани и стволовых клеток, которые ее образуют.

Регенеративная медицина нуждается сегодня и в доступном и эффективном методе восстановления утраченной по разным причинам мышечной ткани, который обеспечивал бы полное и функциональное восполнение ее объема. После оперативного вмешательства, к которому прибегают в таких случаях, остаются рубцы. Ученые пытаются решить проблему с помощью клеточных технологий, однако пока процессы создания искомых продуктов находятся в лучшем случае на стадии клинических исследований, и ни один из них не одобрен для применения на практике.

Перспективные решения в этой области готовится предложить команда российских ученых, реализующая на базе Научно-исследовательского института общей патологии и патофизиологии РАН (НИИОПП РАН) проект “Возможности использования стромальных клеток десны в регенеративной медицине”. Междисциплинарное исследование, рассчитанное на четыре года (а при успешном выполнении проекта оно может быть продлено еще на три), осуществляется при поддержке Российского научного фонда (РНФ) командой из разных специалистов. В нее входят ведущие врачи, биологи, генетики и биоинформатики из академических и медицинских организаций страны. Наряду с обладателями научных степеней и званий в рамках проекта на самом современном оборудовании работают начинающие ученые — студенты Первого Московского медицинского государственного университета им. И.М.Сеченова. Одним из значимых итогов этого исследования должен стать первый в России готовый к клиническому применению биомедицинский клеточный продукт, предназначенный для восстановления костной ткани. Кроме того, ученые обещают по окончании проекта представить принципиально новые, не описанные прежде в научной литературе результаты, которые существенно расширят возможности использования тканевой инженерии для реконструкции мышц. 

Цель амбициозная, но вполне реальная: команда исследователей имеет серьезный задел по изучению стромальных клеток слизистой оболочки полости рта, а точнее десны (стромальные клетки — разновидность стволовых клеток — способны дифференцироваться в клеточные элементы “плотных” органов и тканей).

Андрей ПУЛИН — руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной биологии и патологии развития НИИОПП РАН, пояснил, что в данном случае РНФ финансирует разработку замысла, основанного на серьезном научном открытии. 

— Оно принадлежит автору технологии лечения рецессии десны (аномального уменьшения объема ее ткани в области шейки зуба), руководителю отдела регенеративной медицины биотехнологической компании “Институт стволовых клеток человека”, кандидату биологических наук Вадиму Зорину, — уточнил ученый. — Работая с внутриротовыми источниками клеток (слизистой оболочкой, периодонтальной связкой, надкостницей), коллега помещал в чашки Петри первичные клеточные культуры из новых биоптатов (материалов, полученных путем биопсии) десны. Как-то, придя в лабораторию после длинных праздничных выходных, в течение которых образцы оставались без наблюдения, исследователь увидел во всех чашках примерно одно и то же — монослойную культуру с признаками гибели клеток, причиной которой, по-видимому, стали истощение питательной среды и, соответственно, отсутствие возможностей для дальнейшего роста. Казалось бы, все закономерно. Тем не менее присущие ученому научная интуиция, проницательность и наблюдательность подвигли его на тщательное исследование содержимого каждой чашки. И в один прекрасный день его, на первый взгляд, необоснованные старания были вознаграждены. Там, где содержалась культура стромальных клеток десны, Вадим обнаружил потрясающую картину: достигнув монослоя, они начали сплетаться, создавая многоядерные структуры, похожие на мышечные трубочки, образующиеся при слиянии миобластов (клеток, которые при развитии образуют мышечные волокна). Так впервые был обнаружен факт спонтанной дифференцировки (превращения) стромальных клеток десны в миобласты, до того момента никем не описанный.

По словам руководителя проекта, впоследствии эксперимент был многократно воспроизведен с использованием различных методов, подтверждающих мышечную природу обнаруженных клеток. Обобщив результаты, группа ученых подала заявку и выиграла в 2014 году конкурс РНФ на грантовое финансирование дальнейших исследований в области лечения патологий мышечной ткани. Новые данные об источнике клеток с высоким регенеративным потенциалом, полученные в рамках этого проекта, были опубликованы в научных статьях, одна из которых увидела свет в журнале Сell Cyclе и теперь широко цитируется за рубежом, а предложенный авторами подход лег в основу целого ряда экспериментальных работ. 

— Открытый нашим исследователем эффект позволил получать клетки с миогенным потенциалом из легкодоступного и малотравматичного для пациента источника — слизистой оболочки полости рта, то есть из десны, — подчеркнул Андрей Пулин.

Он отметил, что стромальные клетки десны имеют те же основные характеристики, что и стволовые, получаемые из классических источников (костного мозга и жировой ткани), но при этом обладают большей способностью к размножению и образованию колоний. Кроме того, для их забора достаточно операционной манипуляции — биопсии, которая технически легко выполнима. 

— Клеточный продукт, содержащий в себе мышечные клетки или их предшественниц, может быть получен из маленького биоптата десны, размером со спичечную головку. Процедуру способен выполнить любой стоматолог при лечении как взрослого пациента, так и ребенка. С помощь этих клеток можно восстанавливать мышечную ткань после повреждения, без образования рубцов и с полным возобновлением функций, а также высокоэффективно и адресно доставлять генотерапевтические препараты или генетически модифицированные клетки. Таким образом, облегчается задача по поиску действенных терапевтических средств для лечения сложных врожденных заболеваний, к примеру, миодистрофии Дюшенна. Уже в ближайшее время начнется применение трехмерных клеточных культур миобластов и в 3D-печати тканей и органов, — уверен Андрей Алексеевич.

Продолжая разрабатывать при поддержке фонда новый подход в области регенеративной медицины, российские ученые открывают для нее все новые возможности. Исследователи, к примеру, выяснили, что стромальные клетки десны, полученные из прикрепленной ее части, более способны к дифференцировке в клетки костной ткани, а из подвижной — в мышечные. Перед участниками проекта, который начался в 2017 году и будет продолжаться до 2020-го, стоит целый ряд задач по развитию и обеспечению практического применения этого многообещающего подхода. Среди них — разработка способов обеспечения адекватного кровоснабжения трансплантируемых тканеинженерных графтов, изучение их терапевтического и восстановительного потенциала на моделях мышечных травм, получение данных о возможности и перспективности использования клеток десны с миогенным потенциалом для восстановления мышечной ткани на модели инфаркта миокарда. В большом деле все гладко не бывает, однако на вопрос о вероятных препятствиях и затруднениях при реализации проекта его руководитель ответил сдержанно:

— Принципиальных проблем не возникало. Были трудности, но все они, к счастью, преодолены. Иногда мы слишком долго дожидались поступления расходных материалов, и пришлось разработать несколько альтернативных планов исследования с учетом возможных изменений сроков. Нет худа без добра: своевременная и динамичная корректировка схемы эксперимента позволила нам зафиксировать несколько важных фактов, которые не могли быть установлены, если бы мы следовали первоначальному плану.

На сегодняшний день учеными найдена оптимальная концентрация клеток для витализации (оживления) единицы костно-пластического материала, обеспечивающая сохранение жизнеспособности клеток на высоком уровне (больше 80%) в течение длительного времени (24 часа), отработаны условия хранения и транспортировки готовых тканеинженерных графтов и стандартные операционные процедуры для всех этапов их получения в условиях индустриального производства, достигнут еще целый ряд значимых промежуточных результатов.

Массив данных, которыми будут владеть исследователи после окончания проекта, позволит дать полное описание миогенного потенциала стромальных клеток десны как принципиально нового феномена и оценить весь спектр возможностей, открывающийся благодаря их применению для тканевой инженерии. В том числе использование источников продуктивного и жизнеспособного биоматериала и создание более эффективных и менее затратных методов, что в итоге облегчит задачу регенеративной медицины по возвращению пациентов к полноценной жизни. А полученный комбинированный биомедицинский клеточный продукт, соответствующий всем требованиям законодательства, ученые обещают зарегистрировать и вывести на рынок. Это станет заметным вкладом в развитие отечественной биотехнологической отрасли и стимулом к появлению новых наукоемких производств.