Столовите клетки в неврологията

Брой 9/2008

Д-р М. Миленкова, Проф. д-р Ив. Миланов

От дълги години възможността за възстановяване на мозъчната тъкан представлява инте­рес. Доскоро тази идея е разглеждана по-скоро като научна фантасти­ка, отколкото като реално постижи­ма цел. в последните години все по-интересна става темата за транс­плантация на стволови клетки.

Интересът към стволовите клет­ки датира още от 1945 година след бомбардиробките над Хирошима и Нагазаки, но едва през 50-те годи­ни за първи път е осъществено първото клинично приложение на хемопоетични стволови клетки. Около 30 години по-късно е направена първата трансплантация на нервна тъкан при пациенти с Паркинсонова болест, а през 1998 година е демонстрирано съществуването на адултни стволови клетки (стволовите клетки на възрастния организъм), които могат да бъдат използвани като източник на различни видове тъкани. През същата година е получена и първата човешка ембрионална стволово-клетъчна линия.

Стволовите клетки имат няколко характеристики, които ги отличават от всички останали клетки. Те са недиференцирани, имат възможност за самообновяване и могат да се превръщат в разлинни видове тъкани. До момента е известно съществуването на няколко различни видове стволови клетки, които са със специфич­но характеристики и могат да бъдат използвани с различни цели.

Ембрионалните стволови клетки се получават от 4-7 дневен ембрион, изолиран преди момента на имплан­тация. в този стадий от развитието е налице ясно оформена трофектодерма и вътрешна клетъчна маса. Изолираните в този момент от развитието стволови клетки имат потенциала за диференциране във всеки един вид клетка. Ембрионалните стволови клетки са така наречените плурипотентни клетки, от кои­то впоследствие се формират три­те зародишни пласта екто-, мезои ендодерма1. Те могат да преминават през продължително самообновяване, без да претърпят диференциация. Едно от големите преимуществата на ембрионалните стволови клет­ки е, че те не са получени чрез генетична трансформация, което значително улеснява тяхното приложение с научни цели.

Друга разнобидност са герминативните стволови клетки, получени от в-седмичен ембрион, който е претърпял средно между 70 и в 0 деления. Подобно на ембрионалните стволови клетки, герминативните стволови клетки са плурипотентни, но тях­ното използване при клинични изпитания е затруднено, поради множе­ство етични причини. В последни­те години изключително внимание се отдела на стволовите клетки, получени след раждането от пъпна пръв. Така взетата кръв е източник, както на червени кръвни клетки, така и на клетки на имунната сис­тема. Преимуществото на този вид клетки е в значително no-ниския риск от отхвърляне на присадката след трансплантация. За тях се предполага, че притежават известна въз­можност за диференциация в различ­ни видове клетки, но за разлика от ембрионалните стволови и герминативи клетки тези възможности са значително по-ограничени. Тяхната лесна достъпност обаче ги прави под­ходящи за изграждането на банки, които да бъдат използвани от самите донори или от други тъканно-съвместими индивиди.

Адултните стволови клетки представляват голям научен интерес, тъй като те могат да се използват за автоложна трансплантация, при която липсва риск от отхвърляне на присадката.Тяхното приложение не е свързано и с редица етични про­блем и, които пречат на използването на други видове стволови клетки. Основен недостатък на адултните стволови клетки е тяхната мултипотентност, т.е. тяхната невъзможност за диференциране във всички видове клетки и ограничена възможност за самообновяване. Напоследък някои автори допускат, че адултни­те стволови клетки имат потенци­ал за трансдиференциация (превръщане на един вид в друг вид стволова клетка4), но тези данни все още не са напълно потвърдени. Адултните стволови клетки биха могли да бъдат използвани и за така наречения нуклеарен трансфер, при който ядрото на една клетка се прехвърля в неоплодена яйцеклетка с предварително отстранено ядро. Този метод дава възможност за репрограмиране на клетката, при което се наблюдава процес на включване на неактивни дотогава гени. Така получените нови ембринални клетки са идентични с клетката донор на ДНК.

Приложението на стволовите клет­ки в областта на медицината е изключително голямо. Те са подходящи, както за изучаване на условията и факторите, необходими за диференцирането на стволовите клетки в раз­лични видове специализирани клет­ки, така и за in vitro скрининг на раз­лични токсини и лекарства. Те също така могат да допринесат за изясняване на факторите, контролиращи развитието и диференциацията на ембриона в началните стадии от неговото развитие. Експерименти със стволови клетки се провеждат в почти всички области на медицина­та. Обсъжда се възможността им за приложение при миокарден инфаркт и сърдечна недостатъчност, автоимунни заболявания, захарен диабет, цироза, макулна дегенерация и мускулна дистрофия.

В последните години редица учени провеждат опити за използване на стволовите клетки в областта на неврологията. Вече има сигурни данни за съществуването на адултни неврални стволови клетки в определени зони на мозъка (напр. gyrus dentatus), които се считат за наслед­ниц на феталните небрални стволови клетки. Различни автори допускат, че те имат потенциала за диференциация в неврони или глия, но не могат да компенсират тежката мозъчна увреда, която се наблюдава напр. при невродегенерция. В реди­ца опити е доказано, че неврогенезата може да бъде стимулирана „in situ“
чрез инжектирането на фибробластен или епидернален растежен фак­тор. Значима пречка за използването на адултните стволови клетки от една страна е съществуването им само на специфични, трудно достъпни места в мозъка, а от друга ограничените им възможности за диференциация6.

Друга възможност за използване на стволовите клетки при раз­лични неврологични заболявания е трансплантацията на вече диференцирани в in vitro условия неврални клетки, за което обаче е необходи­мо идентифицирането на специфичните трофични фактори, под чието въздействие протича тази диференциация. Напоследък голямо внима­ние се обръща на възможността за приложението на стволовите клети при Паркинсонова болест, множествена склероза, травми на гръбначния мозък, латерална амиотрофична склероза и мозъчен инфаркт. При всички тези заболявания се обсъж­да използването, както на адултни стволови клетки, така и на стволов и клетки от периферна кръв, кос­тен мозък или пъпна пръв, ембрионални стволови клетки, получени след in vitro оплождане и ембрионални стволови клетки, създадени чрез нуклеарен трансфер. Но използването на всяка една разновидност от тези клетки е ограничено, поради множеството изисквания, на които те трябва да отговарят преди да могат да бъдат използвани. На първо място, задължително условие е този вид стволови клетки да имат относително лесна достъпност.Те трябва да могат да се размножават в in vitro условия, да се диференцират 6 жела­ния вид клетка, формирайки чисти култури. Получените клетки трябва да са с добра преживяемост, добро интегриране към невроналните кръгове на приемника и да изпълняват определената за тях специализирана функция.
Клетъчната терапия при Паркинсонова болест започва с първите опити за автоложна транс­плантация на клетки от надбъбрек. Но поради неубедителните данни за положителен ефект върху Паркинсоновата симптоматика този метод е изоставен. По-късно някои автори съобщават за подобрение на Паркинсоновата симптоматика след алогенна трансплантация на фетални клетки от substantia nigra. Те успяват да демонстрират чрез РЕТ също така и убеличаване на фукционалната активност на допаминовите неврони. Постепенно започват да се правят и билатерални фетални транспланта­ции, при които в отворени клинични проучвания е демонстрирано намаление на „off периодите и средния прием на L-dopa3. Досега съществуват само две двойно-слепи, плацебо-контролирани проучвания (едното с продължителност от в години), които отчитат подобрение на Паркинсоновата симптоматика, но демонстрират и появата на инбалидизиращи дискине­зии при около 50 % от пациентите5. Авторите обаче успяват да докажат, че тази интервенция има подобри резултати при млади паркинсоници, че липсата на стандарт при избора на фетална присадка, както и самият начин на трансплантация са може би причините за незадоволителните резултати. Едва в последни­те няколко години стволовите клет­ки започват да се разглеждат като потенциален източник на неврони. Някои автори успяват да изолират стволови клетки от мезенцефалона на гризачи, да стимулират тяхната диференциация до допаминови невро­ни и да демонстрират подобрение на Паркинсоновата симптоматика след трансплантацията на тези невро­ни при гризачи. Други автори съоб­щават за възможността за диференциране на ембрионалните стволови клетки в нормални допамино­ви неврони. Редица автори доказвт, че трансплантацията на ембрионални стволови клетки, подучени след нуклеарен трансфер, води до подобрение на Паркинсоновата симпто­матика при мишки. Но те също така коментират и риска от поява на тератоми след подобна интервен­ция2. Съществуват данни за формирането на нервни клетки в gyrus dentatus. в тази връзка редица уче­ни спират своето внимание върху възможността за стимулиране на мозъчните стволови клетки при хора. Но този метод все още не е достатъчно проучен и липсват убедителни данни за неговата безопасност и ефективност.

В последните години се обсъжда възможността за приложение на стволовите клетки и при множествена склероза. Провежданите опити с мишки показват, че след трансплан­тация на адултни неврални стволови клетки в близост до мястото на увреда тези клетки претърпяват диференциация до олигодендроцитни прогениторни клетки. Други проучвания при гризачи сочат, че трансплан­тацията на адултни нервни стволови клетки има положителен ефект върху хода на заболяването. При множествена склероза са правени и раз­личии опити с ембрионални и стволови клетки, създадени с методите на нуклеарния трансфер. Но въпреки огромният потенциал на стволовите клетки за лечение на множествена склероза, все още не съществуват ясни критерии за неговото провеждане. Не са изяснени редица въпроси относно мястото на имплантация на столовите клетки, стадия на заболяване, при който те биха могли да се прилагат с най-голяма ефективност, а също така липсват достатъчно надеждни методи, чрез които ефектът от подобно лечение би могъл да бъде оценен. в последните години редица автори започват да разглеждат множествената склероза като един вид хематологично заболяване и обръщат внимание на възможността за лечение на множествената склероза чрез имуноаблация с последваща трансплантация на автоложни гранулоцит-колония стимулиращ фак­тор стволови клетки. в различни клинични проучвания е демонстрирано, че при болни с прогресираща форма на МС и EDSS около 7, този вид лече­ние води до стабилизиране на състоянието при около 70 % от пациентите и до различно дълъг, свободен от пристъпи период, като наблюдаваната смъртност е около 7 %7. Преди широкото използване на този метод обаче е необходимо провеждането на рандомизирани контролирани проучвания, които да докажат неговата ефективност и безопасност.

Научен интерес представлява и приложението на стволовите клетки при гръбначно-мозъчни травми. При тях, въпреки увредата на различ­ни видове клетки, в повечето слу­чаи остават определен брой интактни аксони, които са функционално негодни единствено, поради липсата на функционално активни олигодендроцити. Редица автори изследват възможностите за възстановяването именно на тези миелинпродуциращи клетки. Още по-голямо предизбикателстбо представлява изучаването на комбинацията от фактори, които биха могли да стимулират диференциацията на ембри­онални стволови клетки до мотоневрони. Проведените досега проучвания са предимно върху плъхове и всички автори подчертават необходимостта от допълнителни изследвания преди започването на клинични изпитания със стволови клетки при хора.
Поради липсата на ефективно лече­ние за латерална амиотрофична скле­роза се проучват възможностите за приложение на стволовите клетки и при това заболяване. До момента в тази област са провеждани различ­ни опити и в тях авторите успяват да докажат, че инжектирането на ембрионални стволови клетки в гръбначно-мозъчната течност на плъхове води до подобрение на техните двигателни функции. Други автори провеждат експерименти с генно-модифицирани човешки фетални стволови клетки, продуциращи различ­ни трофични фактори, необходими за оцеляване на невроните, увредени при ЛАС.
Въпреки големите възможности на съвременното лечение, много пациенти с мозъчен инфаркт остават с трайни увреждания. в тези случаи приложението на стволовите клетки е още по-голямо предизвикателство, тъй като обхванатите от инфарк­та зони включват различни видов е клетки. съществуват съобщения, че мозъчни клетки на плъхове, преживели инфаркт, се делят и водят до формиране на нови неврони, кои­то обаче са в прекалено малко коли­чество, за да доведат до възстановяване на засегнатите от инфаркта зони. Установено е, че инжектиране­то на растежен фактор bFGF в мозъка на плъхове, преживели инфаркт, е свързано с появата на нови функци­онално активни неврони в хипокампа. Два независими изследователски екипа успяват да докажат, че след трансплантация на човешки фетал­ни стволови клетки в увредени от инфаркт зони при гризачи, стволови­те клетки не само не загиват, а даже мигрират в зоните на увредата.
Подобни проучвания се правят и за болестта на Алцхаймер, за болестта на Хънтингтон, както и за много други неврологични заболявания.

Изключително важно е да се подчертае, че използването на клетъчната терапия за лечение на различ­ни неврологични заболявания е възможно единствено след получаването на убедителни предклинични дан­ни, доказващи ефективността и безопасността на този вид лечение. Нo въпреки необходимостта от про­веждането на редица допълнител­ни изследвания, тези методи дават реалната надежда, че болести, счи­тани в миналото за нелечими ще могат успешно да бъдат лекувани с помощта на стволовите клетки.

Литература

1. Avramova в., Dimova R, Bobev Dr., Bojinova V. Cell therapy in neurological diseas­es. Bulgarian Neurology, 2007, 7,1, 4-7.
2. Bjorklund L., Sanchez-Pernaute R., Chung S., Andersson I, Chen I., McNaught K., et al. Embryonic stem cells develop into functional dopaminergic neurons after trans­plantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci USA., 2002, 99, 2344-2349.
3. Brundin R, Pogarell O., Hagell P, Piccini R, Widner H., Schrag A., et al. Bilateral caudate and putamen grafts of embryonic mesencephalic tissue treated with lazaroids in Parkinson’s disease. Brain, 2000,123,138 0-1390.
4. Mezey E., Chandross K., Harta G., Maki R. and Mc-Kercher S. Turning blood into brain: cell bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow. Science, 2000, 290,1779-178 2.
5. Olanow C., Goetz C., Kordower J., Stoessl A., Sossi V., Brin M., Shannon K., Nauert G., Perl D., Godbold J., Freeman T. A double-blind controlled trial of bilateral fetal nigral transplantation in Parkinson’s disease. Ann Neurol., 2003, 54, 403-414.
6. Peterson D. Stem cells in brain plasticity and repair. Curr. Opin. Pharmacol., 2002, 2,34-42.
7. Su L., Xu J., Ji B., Wan S., Lu C., Dong H., Yu I., Lu D. Autologous peripheralblood stem cell transplantation for sever multiple sclerosis. Int. J. Hematol., 2006, в 4, 3,276-8 1.