Оглавление

Сокращения

Об авторах

Андрей Степанович Брюховецкий — профессор, доктор медицинских наук, ветеран Министерства обороны РФ, полковник медицинской службы в запасе. В настоящее время является генеральным директором АО Клинический госпиталь «НейроВита». Врач-невролог высшей категории, вице-президент Международной ассоциации нейровосстановления (International Association of Neurorestoratology), член редколлегии ряда научных журналов: «Гены и клетки», Journal of Translational Neuroscience and Clinics, Journal of Neurorestoratology. С 1996 по 2002 г. руководил лабораторией высоких технологий НИИ трансплантологии и искусственных органов им. В. И. Шумакова Минздрава России. С 2003 по 2013 г. был координатором научной отраслевой программы РАМН «Новые клеточные технологии — медицине». С 2002 по 2006 г. возглавлял кафедру клеточной восстановительной медицины ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский университет им. Н. И. Пирогова». С 2012 по 2015 г. — руководитель Центра биомедицинских технологий ФГБУ «Федеральный научно-клинический центр» ФМБА России. Автор 210 публикаций в рецензируемых российских и международных научных журналах, 12 научных монографий в области регенеративной медицины, неврологии, онкологии и 12 глав в коллективных монографиях, а также автор 20 патентов РФ, 5 международных заявок PCT и патента США.

E-mail: neurovita-as@mail.ru.

Михаил Аркадьевич Шурдов — биолог и биофизик. В настоящее время крупный российский предприниматель, председатель Правления и главный акционер группы компаний «Чебоксарский электроаппаратный завод» (ЧЭАЗ), председатель Правления АО Клинический госпиталь «НейроВита». В 1975 г. закончил Новосибирский государственный университет, получив диплом физика со специализацией «квантовая оптика и радиофизика», принял предложение остаться стажером-исследователем в том же вузе. С 1975 по 1990 г. прошел все ступени научного работника: стажер-исследователь, инженер, младший научный сотрудник, научный сотрудник. В 1985 г. в Институте биофизики СО АН СССР (г. Красноярск) защитил диссертацию и стал кандидатом биологических наук. Автор 1 научной монографии, более 30 научных публикаций и 15 патентов РФ. Меценат, финансирующий на собственные средства более 22 научных проектов в электротехнике, медицине и биологии.

E-mail: neurovita@mail.ru.

Людмила Юрьевна Гривцова — кандидат медицинских наук, доктор биологических наук, сертифицированный врач лабораторной диагностики, аллергологии и иммунологии. В настоящее время является заведующей отделом лабораторной медицины, заведующей лабораторией клинической иммунологии МРНЦ им. А. Ф. Цыба — филиала НМИЦ радиологии Минздрава России (г. Обнинск). Закончила Московскую медицинскую академию им. И. М. Сеченова в 1996 г. С 1996 по 2018 г. прошла все ступени научного сотрудника в ведущем онкологическом центре страны — ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина»: от младшего научного сотрудника до ведущего научного сотрудника и руководителя отдела. Автор более 150 научных публикаций в российских и зарубежных журналах, индекс Хирша 7 (российская информационная база); автор 5 патентов РФ; действующий член редколлегии журналов «Онкогематология» и «Иммунология гемопоэза», член Ассоциации онкологов России и Общества специалистов по поддерживающей терапии в онкологии.

E-mail: grivtsova@mail.ru.

Игорь Степанович Брюховецкий — доктор медицинских наук, профессор. В настоящее время является главным врачом Медицинского центра ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет» (г. Владивосток). В 2001 г. окончил Владивостокский ГМИ, лечебный факультет. В 2002 г. прошел клиническую интернатуру по специальности «неврология», в 2002–2004 гг. — клиническую ординатуру по специальности «психиатрия», в 2005–2008 гг. — очную аспирантуру по специальности «неврология». В 2008 г. защитил кандидатскую диссертацию по теме «Механизмы регенерации спинного мозга при трансплантации обкладочных нейроэпителиальных клеток в биополимерном коллагеновом матриксе», в 2017 г. в г. Санкт-Петербурге защитил докторскую диссертацию по теме «Взаимодействие стволовых и опухолевых клеток на модели глиобластомы». Неоднократно проходил международные стажировки в университетах Лозанны (Швейцария), Монпелье и Сорбонны (Франция), Комо (Италия). Автор более 100 публикаций, из них индексируемых Web of Science за последние 5 лет — 37, из которых 9 в изданиях Q1–Q2. Основные направления деятельности: молекулярная, трансляционная, регенеративная и репродуктивная медицина; разработка биомедицинских препаратов для персонифицированной терапии опухолей головного мозга.

E-mail: bruhovetsky@mail.ru.

Игорь Станиславович Долгополов — доктор медицинских наук, профессор, врач-онколог высшей категории. В настоящее время работает проректором по научной работе в ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России. Окончил в 1994 г. Московскую медицинскую академию им. И. М. Сеченова, ординатуру на кафедре детских болезней. Работал врачом — детским онкологом, старшим и главным научным сотрудником отделения трансплантации костного мозга в НИИ Детской онкологии и гематологии РОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН, заведовал онкологическим отделением клиники «НейроВита» (г. Москва). В 1999 г. защитил кандидатскую, в 2004 г. — докторскую диссертации по специальности «онкология». Автор более 60 печатных работ в российских и зарубежных журналах, более 100 тезисов; соавтор глав в национальных руководствах и нескольких коллективных монографиях. Является научным руководителем 4 кандидатских диссертаций, автором нескольких патентов на изобретения. Проходил стажировки и обучение в клиниках и научных лабораториях Франции, Германии, США. В 2021 г. избран на должность заведующего кафедрой педиатрии ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет» Минздрава России. Член экспертного совета Благотворительного фонда Константина Хабенского; почетный донор России.

E-mail: irdolg@rambler.ru.

Олег Игоревич Пак — врач-нейрохирург высшей категории, кандидат медицинских наук, доцент. В настоящее время является проректором по медицинским вопросам ФГБОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет» (г. Владивосток). Родился в г. Тойтепа (Узбекистан, Ташкентская область). Там же закончил школу с золотой медалью и поступил в Среднеазиатский медицинский педиатрический университет в г. Ташкенте. После III курса переведен во Владивостокский государственный медицинский институт, где закончил педиатрический факультет в 1994 г. Работал в разных медицинских учреждениях г. Владивостока врачом-нейрохирургом. Был заведующим отделением нейрохирургии, ортопедии и травматологии ГАУЗ «Краевой клинический центр специализированных видов медицинской помощи». Был более 7 лет бессменным главным врачом Медицинского центра ДВФУ. В 2005 г. защитил кандидатскую диссертацию. Неоднократно стажировался и проходил курсы повышения квалификации в Южной Корее, США, Великобритании, Германии, Австрии, Чехии, Японии.

E-mail: o.pak@mail.ru.

Валерий Евгеньевич Шевченко — доктор биологических наук, профессор. В настоящее время является ведущим научным сотрудником лаборатории онкопротеомики НИИ канцерогенеза ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр (НМИЦ) онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России, которую он возглавлял более 20 лет. Закончил биологический факультет Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова и прошел все ступени научной карьеры от младшего сотрудника до руководителя лаборатории онокопротеомики ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России. Ведущий специалист страны в области протеомных и постгеномных исследований в онкологии. Автор более 200 научных публикаций в российских и зарубежных журналах, 10 патентов РФ; действующий член редколлегии журнала «Биотерапия», член Ассоциации онкологов России.

E-mail: vshev@nm.ru.

О рецензенте

Георгий Людомирович Менткевич — доктор медицинских наук, профессор, онколог и гематолог высшей категории. Закончил педиатрический факультет 2-го Московского государственного медицинского института им. Н. И. Пирогова. Прошел все ступени научной карьеры от научного сотрудника до заместителя директора НИИ детской онкологии и гематологии ФГБУ «НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина» Минздрава России. Первым в стране начал проводить успешные трансплантации костного мозга и гемопоэтических стволовых клеток у детей с гемобластозами. Эксперт мирового уровня и ведущий специалист страны в области трансплантации костного мозга в национальной онкологии. Учредитель Благотворительного фонда «Настенька» для лечения детей с детской онкологией и гематологией. Проходил стажировки и обучение в ведущих детских онкологических клиниках и научных лабораториях США и мира по трансплантации костного мозга. Автор более 150 научных публикаций в российских и зарубежных журналах, 10 патентов РФ; действующий член редколлегии журналов «Детская онкология», «Педиатрия», член Ассоциации онкологов России.

Предисловие

Читать книги проф., д.м. н. А.С. Брюховецкого, а тем более их рецензировать — это сложная задача, особенно для специалиста, концентрирующегося в своей научной и практической деятельности на какой-то одной или нескольких связанных между собой проблемах. С моей точки зрения, это представление относится в полной мере к книге, которую представили авторы А. С. Брюховецкий и к. б. н. М.А. Шурдов, для обсуждения: «Гемопоэтическая стволовая клетка в патогенезе болезней цивилизации, ее диагностические возможности и биотерапевтический потенциал». В написании книги принимали участие признанные эксперты, каждый в своей области, такие как д. б. н. Л.Ю. Гривцова, проф., д.м. н. И.С. Долгополов, проф., д.м. н. И.С. Брюховецкий, к.м. н. О.И. Пак, проф., д.б. н. В.Е. Шевченко. Каждый из них внес весомый вклад в практическое наполнение монографии результатами своих работ и своим представлением о состоянии проблемы, которой они занимаются и в которой они, безусловно, являются авторитетами. Я думаю, что эти главы и разделы будут полезны специалистам, которые занимаются сходными направлениями и хотят в максимально короткий срок получить конкретную информацию о современном состоянии интересующей их проблемы. В первую очередь я бы отнес это к главам, освещающим клинические вопросы трансплантации ГСК и описывающим функционал ГСК.

Важным фрагментом монографии является концепция автора о фатальных болезнях цивилизации и роли ГСК в развитии и возможностях диагностики, коррекции, лечения этих состояний. Честно говоря, я не понимаю, почему сердечно-сосудистые заболевания исключены из этого списка. Для меня проблема звучит в несколько иной плоскости, и я бы говорил как об эволюционном характере изменений самого человека как вида (под воздействием множества генетических и эпигенетических факторов), так и о множестве факторов, воздействующих на конкретного человека с момента его зарождения и на протяжении всей его жизни. Даже на примере вирусных инфекций мы можем с уверенностью говорить, что репертуар окружающих нас вирусов существенно меняется: исчезают и мутируют старые, появляются и мутируют новые организмы. При этом этот процесс может происходить достаточно быстро и спонтанно. У людей это происходит медленнее. Однако целый ряд факторов оказывает влияние на течение того или иного заболевания. Когда я начинал работать детским онкологом, считалось, что саркома Юинга не дает метастазов в центральную нервную систему. Правда, все пациенты погибали, как правило, в течение года от начала заболевания. По мере улучшения результатов лечения более 70% пациентов стали выздоравливать, но у некоторых из них развились метастазы в ЦНС. Это очень примитивный и, возможно, некорректный пример, указывающий, как внешнее воздействие меняет наше представление о течении заболевания. Также хорошо известно, что некоторые вирусные инфекции меняют свою клиническую картину с течением времени. Современные технологии по секвенированию генома позволяют документировать эту изменчивость. У разных этнических групп структура злокачественных заболеваний различная. Интересно, как будет меняться спектр опухолевых заболеваний у людей по мере увеличения числа смешанных браков, а ведь это точно произойдет через какое-то время, только значительно медленнее, чем в случаях с мутациями вируса.

Также у меня вызывает сомнение утверждение, что на основании иммунофенотипа ГСК возможна ранняя, доклиническая диагностика целого ряда заболеваний. Этот комплекс работ нуждается в серьезном подтверждении.

Безусловно, важным разделом монографии являются главы, посвященные освещению вопросов потенциального взаимодействия ГСК и опухолевых клеток. Представлены данные исследований по миграции ГСК in vitro как на клеточных линиях, так и на лабораторных животных с моделями опухолей. Подробно приведены данные лабораторных исследований по изучению возможных механизмов взаимодействия ГСК с глиобластомой у лабораторных животных. Эти разделы монографии, а также глава, освещающая различия в протеомике стволовых и опухолевых клеток, наверняка могут заинтересовать ученых, специализирующихся в изучении фундаментальных механизмов канцерогенеза.

Перспективным направлением изучения роли ГСК в процессе старения организма посвящена одна из глав монографии. Старение ГСК с возрастом точно происходит, и уже сейчас существуют убедительные данные, свидетельствующие о большом потенциале ГСК в замедлении этого процесса.

Последние главы монографии посвящены возможностям создания биомедицинских клеточных продуктов с программированными свойствами. Как неспециалисту в этой области, мне трудно оценивать их научную значимость. С точки зрения клинициста, внедрение этих продуктов в практику будет сопровождаться огромными трудностями с точки зрения подбора пациентов, формирования исследовательских групп, длительности планируемых исследований и, в общем-то, отсутствия интереса у фармакологических компаний и профильных министерств в проведении таких исследований. Развитие этих технологий также сдерживается принятым законом о работе с БМКП в РФ. К сожалению, многие считают, что этот закон стоит также на пути внедрения в лечебную практику персонифицированной клеточной терапии (на основе клеток пациента), которая подтвердила свою эффективность и безопасность при целом ряде тяжелых заболеваний и используется (или использовалась) в рутинной практике ведущих мировых и российских клиник уже более 20 лет. По всей видимости, и эта монография может этому способствовать; настало время для начала процесса научной дискуссии с целью совершенствования имеющегося законодательства по использованию клеточных технологий в персонифицированной медицине.

Таким образом, мне представляется, что рецензируемая монография может быть интересна широкому спектру специалистов в разных областях, каждый из которых может найти для себя что-то полезное и много моментов для возможной критики авторов в интерпретации имеющихся научных знаний.

В заключение мне бы хотелось повторить цитату, используемую авторами для характеристики состояния проблемы и принадлежащую Альберту Энштейну, который сказал: «Как много мы знаем и как мало мы понимаем», — и это здорово подходит к описанию феномена гемопоэтической стволовой клетки.

Также мне хотелось бы для читателей, у которых многие разделы монографии могут вызвать вопросы или желание прокомментировать изложенную информацию, с согласия авторов привести адреса электронной почты, по которым они могут это сделать: neurovita@mail.ru, bruhovetsky@mail.ru.

Доктор медицинских наук, профессор Г. Л. Менткевич

Введение

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) — это, пожалуй, самые удивительные и самые загадочные клетки в организмах млекопитающих и человека. Они локализованы в нишах красного костного мозга и являются фундаментальной основой всей системы кроветворения (гемопоэза) и иммунной системы (иммунопоэза) организма эукариот, а также родоначальниками и предшественниками всех клеток периферической крови организма у животных и человека. Составляя основу красного костного мозга, имеющего общий вес 1,5 кг, ГСК производят за жизнь человека более 6 т клеточной массы клеток крови. Одна ГСК способна дать сотни триллионов клеток периферической крови и всех клеток иммунной системы человека. Помимо кроветворных функций, ГСК является главной управляющей и регуляторной клеточной системой в организме человека и животных, на которую ориентируются все остальные клетки организма и беспрекословно подчиняются ей в здоровом организме человека и млекопитающих. ГСК является как бы «мамой» всех клеток крови, а также «камертоном» и «дирижером» в ансамбле всей иммунной и кроветворной системы организма человека. Именно эти клетки определяют окончательную судьбу всех пострадавших клеток в организме человека и вершат судьбу большинства тканеспецифических стволовых и прогениторных клеток в организме, направляя их по пути программной клеточной гибели или восстановления и регенерации. ГСК способна заменить собой любую клетку в организме, стать на ее место и трансформироваться в эту клетку, выполняя все ее функции. Сенсацией в клеточной и молекулярной биологии стали возможности трансформации ГСК в нейральные стволовые клетки (НСК), нейроны, микроглию, астроциты и олигодендроциты и замещения ими зон повреждения почти во всех тканях организма. И наоборот: НСК способна стать ГСК в условиях отсутствия или недостатка собственных ГСК в организме. Но именно управляющие (регуляторные) возможности ГСК стали научным откровением для большинства ученых и показали фантастические возможности этих клеток в биоуправлении и регенерации поврежденных органов и тканей. Это связано с тем, что эти клетки имеют самый медленный клеточный цикл в организме человека (360 дней) и млекопитающих. В соответствии с математической теорией систем, для всех остальных 256 типов известных соматических клеток и тканеспецифических стволовых клеток организма эукариот, они являются управляющими и регуляторными. Как давно известно, «в любом системном процессе управляющей является самая медленная фаза» (Винер, 1964). Поэтому судьба всех клеточных систем организма в условиях нормы подчиняется регуляторным сигналам ГСК и управляется ими. Таким образом, несмотря на то что ГСК являются основным источником формирования миллиардов клеток крови и всей иммунной системы организма человека и родоначальником всей системы кроветворения у человека и млекопитающих, их роль в биологическом администрировании и биоуправлении гомеостаза, гемопоэза и иммунопоэза в организме является определяющей и системной, и это признается большинством ученых в мире. Таким образом, ГСК является основным системообразующим элементом всей кроветворной и иммунной системы человека, и их повреждение как на уровне генома, так и на постгеномных уровнях во многом определяет весь спектр современных фатальных болезней цивилизации.

С момента открытия ГСК американским ученым российского происхождения проф. гистологии А. А. Максимовым и первых его сообщений в 1908 г. в Берлине на конгрессе гематологов об уникальной роли ГСК в процессе кроветворения, кровообращения и иммунных реакций организма всё вокруг этой клетки было окутано мистикой, тайной и недопониманием их роли в организме человека у ученых во всем мире. Как часто бывает в большой науке, величайшее фундаментальное открытие проф. А. А. Максимова прошло как-то буднично и практически незамеченно для научного мира, и понадобилось почти полвека, прежде чем о нем снова вспомнили и стали использовать это открытие в практических целях — для трансплантации костного мозга. А. А. Максимов первым в мире предложил свое видение схемы кроветворения у человека, где во главе всей клеточной иерархии стояли ГСК, и его гениальное предвидение и новое понимание роли этих клеток позволило объяснить терапевтические эффекты трансплантации костного мозга, которая стала революционным методом лечения рака и целого ряда аутоиммунных заболеваний в сер. 60-х гг. прошлого века. Но главное достоинство и великое преимущество ГСК перед всеми существующими технологиями лечения сегодня в том, что благодаря трансплантации собственных ГСК при гемобластозах после высокодозной химиотерапии удалось практически в 95% излечить рак у детей и добиться остановки целого ряда тяжелых аутоиммунных заболеваний и еще целого ряда гематологических и онкологических заболеваний.

Центральная и ключевая роль ГСК в процессах кроветворения и иммунопоэза в норме определила их важнейшее место при возникновении и патогенезе патологических процессов при большинстве болезней цивилизации, являющихся основной причиной смертности населения в мире в настоящее время. Именно новое понимание роли и значения ГСК в генезе большинства болезней цивилизации сподвигнуло авторов написать эту книгу, в которой мы попытались изложить свою авторскую точку зрения на роль и место этих клеток в патогенезе онкологических, аутоиммунных и нейродегенеративных заболеваний. Мы впервые попытаемся показать роль ГСК в патогенезе почти всех нейродегенеративных процессов и показать эти болезни не как болезнь пострадавшего нейрона головного или спинного мозга (болезнь моторного нейрона при боковом амиотрофическом склерозе или болезнь накопления патологических белков в корковых нейронах при болезни Альцгеймера или других синусопатиях), а как постгеномную (преимущественно протеомную) болезнь собственной ГСК. Наш подход кардинально отличается от существующих точек зрения и научных подходов к этим смертельным заболеваниям в мире, и именно поэтому читателю будет интересно ознакомиться с нашим альтернативным мнением по данной проблеме.

Термин «болезни цивилизации» возник совсем недавно, в конце XX в., и стал в наши дни широко распространенным в медицине. Мировая поисковая система Google на запрос о болезнях цивилизации дает 9480 тыс. сайтов, в которых очень глубоко и серьезно обсуждается эта проблема. Под болезнями цивилизации в настоящее время понимают заболевания человека, связанные с духовным неблагополучием, нарушением морально-нравственных норм и механизмов адаптации к неблагоприятным факторам антропогенно измененной среды в условиях стремительного роста научно-технического прогресса (Агаджанян и др., 2003). Столь витиеватое научное определение болезней цивилизации приводится на большинстве сайтов на эту тему и обозначает созданное самим человечеством в процессе научно-технического прогресса необратимое изменение экологии окружающей его природы, приводящее к ответному неблагоприятному и уничтожающему воздействию загрязненной природной среды на отдельно взятого человека и общество в целом. Болезни человека всегда были тесно связаны с природными условиями его проживания и цивилизационными рисками, которым подвергались люди в определенные этапы истории человечества. Вся история более двухтысячелетнего существования человечества представляет собой определенные периоды и эпохи зарождения, развития, расцвета, надлома, разложения и исчезновения цивилизаций от естественных катастроф, военных поражений или внутренних конфликтов. Стадии надлома и разложения цивилизации сопровождаются, как правило, увеличением числа заболеваний, характерных для каждой эпохи. Однако смена цивилизаций на ранних этапах существования человечества, несмотря на глобальные эпидемии тяжелых инфекционных заболеваний и разрушительные войны, уносящие миллионы жизней людей, никогда ранее не угрожала основам жизни человечества на Земле и фундаментальным основам цивилизации, как это происходит сегодня. В настоящее время человечество стоит на грани собственного выживания и вымирания. Как утверждают ведущие эксперты в этой области знаний (Агаджанян и др., 2003), на современном этапе перехода западной цивилизации в постиндустриальное пространство люди столкнулись с реальной возможностью самоуничтожения человечества, поскольку преобразующая сила общественного производства стала сравнима по мощи с неуправляемыми природными процессами и катастрофами. В связи с этим человечество встало перед необходимостью решения таких глобальных мировых проблем, как предотвращение мирового глобального потепления, недопущение мировой термоядерной войны, прекращение гонки вооружений среди развитых и развивающихся государств, изучение космоса и недопущение выведения в космос оружия массового поражения, охрана здоровья и ликвидация наиболее опасных заболеваний, установление неблагоприятных последствий научно-технической революции (НТР) и экологического кризиса. Проявлениями последнего являются изменения, угрожающие естественной основе жизни человека и негативно воздействующие на развитие общества: опасность изменения генетического фонда, недостаточная энергетическая, ресурсная и продовольственная обеспеченность, демографический дисбаланс, растущая загрязненность окружающей среды. Два самых крупных источника кислорода — тропические леса и Мировой океан — находятся под угрозой исчезновения и необратимого загрязнения, что, несомненно, скажется на здоровье всей мировой популяции людей.

В Индийском океане плавают острова из неразлагаемых производственных отходов и бытового мусора размерами в десятки километров, которые привели к необратимому изменению флоры и фауны океанов и морей. Австрийский зоолог и специалист в области экологии К. Лоренц (1991) считает подобные действия человечества общественным психическим заболеванием, «коллективным помешательством» и связывает эти факты с тем, что люди, «опьяненные своими технологическими победами», делают глупости, прилагая технические средства к живой природе и разрушая таким образом основы собственной жизни и существования цивилизации.

В связи с таким глобальным и губительным комплексом негативных явлений для населения мира, их всемирным масштабом, актуальностью и динамизмом экологических проблем возникает опасность перерастания экологического кризиса в экологическую катастрофу вселенского масштаба. Сегодня населению планеты Земля предоставлен выбор: либо разумное управление дальнейшим социальным прогрессом, либо гибель цивилизации. Проблема выбора стратегии человеческой деятельности попадает в разряд жизненно важных мировых опций для выживания всего человечества. Результатом развития индустриального общества явилась потеря человечеством инстинкта самосохранения. Разные проявления современного кризиса индустриального и постиндустриального общества выглядят как симптомы медленного «наркотического» вползания человечества в необратимые самоубийственные процессы самоуничтожения и саморазрушения самих устоев его жизни. Ресурсоемкость основанного на научной технологии стиля жизни превышает естественные ограничения нашей среды обитания. Практиковать этот стиль жизни можно лишь за счет других живущих на Земле людей и за счет потомков. В настоящее время так живут почти 13% населения Земли. Они поглощают ок. 70% невозобновляемых ресурсов и выбрасывают такую же долю загрязняющих веществ.

Мы понимаем, что мы не политики и не экологи и вряд ли сами сможем изменить или остановить столь существенный вред здоровью человечества, нанесенный неблагоприятной мировой экологией, но мы врачи и биологи, и мы можем предложить биомедицинские технологии для того, чтобы профилактировать основные болезни цивилизации, чтобы выявлять их на ранней стадии, до появления клиники, и чтобы увеличить продолжительность жизни человека, несмотря на его разрушение мировой экологии. Как ни ортодоксально это звучит, но фундаментальной научной основой, базовой технологией и основным специализированным инструментом для ультраранней диагностики, профилактики и лечения БЦЧ может стать именно собственная ГСК человека. Наш многолетний опыт экспериментального и клинического применения ГСК показал, что эти клеточные системы человека как системообразующие элементы кроветворной и иммунной систем организма человека почти всегда, с одной стороны, подвергаются воздействию неблагоприятных экологических факторов окружающей среды, а с другой стороны, обусловлены морфологическими изменениями, происходящими в организме человека. Оказалось, что не столько генетические, сколько постгеномные (протеомные, транскриптомные, метаболомные и секретомные) нарушения в клетках и тканях определяют возникновение, течение и смертельный исход БЦЧ.

Заболевания цивилизации человека, связанные с результатом развития индустриального общества: «экономикой дымных труб», информатизацией, социальными изменениями, радиационной ситуацией на планете, лечением лекарственными препаратами, а также с порочными наклонностями, — выходят на первый план здоровья населения всей планеты. Формально первопричина всех болезней цивилизации лежит в дисбалансе отношений человека с природой. Наукой еще не раскрыта вся специфика биологических основ существования человека, однако накоплено много фактов о наследственности и изменчивости его признаков. Например, ослабление сопротивляемости человеческого организма болезням и как следствие увеличение количества мутаций и генетических дефектов в 2,5 раза за последние 30 лет стали причиной необратимых эпигенетических модификаций и постгеномных изменений клеток в организме человека.

Не подлежит сомнению тот факт, что медицина оказала особое влияние на судьбу человечества. Во многом благодаря ее заслугам существенно изменилась демографическая ситуация. Побеждены заболевания, порождавшие массовые инфекционные эпидемии (чума, натуральная оспа). В результате открытия новых терапевтических методов (антибиотиков, противовирусных препаратов, молекулярно-нацеленных противоопухолевых препаратов и т.д.) значительно увеличилась продолжительность жизни людей. Найдены способы лечения болезней, считавшихся прежде неизлечимыми. Однако на смену побежденным болезням приходят новые, более жестокие и изощренные по форме, мимикрирующие, стремящиеся обмануть иммунную систему.

К группе болезней цивилизации относят патологии сердечно-сосудистой, нервной, иммунной, пищеварительной, эндокринной систем. Из них сердечно-сосудистые, онкологические, легочные болезни и сахарный диабет прочно заняли ведущие места среди причин смертности, инвалидности и временной нетрудоспособности у населения всего мира. Что же заставляет выделять эти заболевания в отдельную группу? С начала XX столетия уровень заболеваемости болезнями цивилизации стал расти в геометрической прогрессии. Сегодня мы очень много знаем об этих болезнях, но абсолютно не можем их своевременно диагностировать и не можем лечить данные заболевания.

Однажды Альберт Эйнштейн произнес ставшую крылатой фразу: «Как много мы знаем и как мало мы понимаем!» Надеемся, что данная монография продемонстрирует эту неопровержимую аксиому, высказанную одним из гениев человечества в сер. 60-х гг. прошлого века, и покажет, что мы действительно располагаем очень большим количеством важных знаний и инновационных технологий, которые могут быть использованы совсем в новом качестве, в новом научном контексте и с новыми стратегическими целями и тактическими задачами, если у нас будет новаторское понимание существующей проблемы и будет альтернативная теория, объясняющая по-новому давно известные научные факты о болезнях цивилизации.

В этой книге мы попытаемся сделать ревизию старых научных представлений об этиопатогенезе основных фатальных заболеваний цивилизации и под напором полученных знаний последних двух десятилетий ХХI в. и собственных экспериментальных научных фактов попытаемся изменить существующие традиционные научные взгляды специалистов — онкологов, неврологов, иммунологов и кардиологов на механизмы возникновения, диагностики и течения целого ряда фатальных (смертельных) онкологических, нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваний человека. Также мы попытаемся на собственном материале показать и доказать, что большинство смертельных болезней цивилизации человечества не являются болезнями определенных тканеспецифических клеток организма, как это общепризнанно в современной медицине, а являются нозоспецифичным проявлением системной постгеномной болезни аутологичной гемопоэтической стволовой клетки (ГСК) организма больного и ее потомков. Также в этой книге мы попытаемся доказать читателям, что такое широко известное и неизлечимое нейродегенеративное заболевание, как боковой амиотрофический склероз (БАС, или его другое название — болезнь двигательного нейрона, БДН), лишь на поздних стадиях заболевания является болезнью моторного нейрона, а изначально это протеомное заболевание собственной ГСК человека, полученное в результате различных этиологических факторов данной болезни. Мы установили (Брюховецкий, Гривцова, 2019), что изначально это заболевание обусловлено специфичными изменениями протеомной структуры ГСК, а повреждение моторного нейрона головного и спинного мозга и болезнь моторного нейрона — это не причина болезни, а ее следствие. И это новое знание открывает принципиально новые горизонты для терапии этого неизлечимого в настоящее время и смертельного заболевания. Новый взгляд на патогенез этого заболевания с позиций протеомики ГСК позволяет предложить универсальное лечение, способное остановить эту страшную болезнь на время или даже полностью. Аналогичная ситуация и с широко известным аутоиммунным заболеванием под названием сахарный диабет I типа, которое не должно сводиться исключительно к болезни ß-клеток поджелудочной железы, а является, на наш взгляд, первично патологией протеомной структуры ГСК, обуславливающей гиперреактивность собственных ГСК пациента, и только затем аутоагрессивные иммунокомпетентные клетки крови приводят к повреждению ß-клеток поджелудочной железы. Далее, основываясь на этом механизме постгеномных изменений ГСК, мы покажем возможности ранней диагностики и молекулярно-нацеленной терапии болезни Альцгеймера, системной корковой атрофии и других нейродегенеративных заболеваний цивилизации!

Другими словами, в этой книге была предпринята попытка, используя уже хорошо известные знания и существующие или незначительно модифицированные нами биомедицинские технологии иммунологии, онкологии, неврологии, трансплантологии, клеточной биологии, молекулярной биологии и клеточной инженерии, показать, как на основании нового теоретического понимания неразрешимой научной проблемы формирования канцерогенеза, нейродегенерации и аутоиммунного процесса можно сформулировать принципиально новый и достаточно универсальный методологический и научно-практический подход к действительно ранней молекулярно-биологической диагностике и персонализированному лечению основных фатальных болезней цивилизации. Мы считаем, что такие смертельные и неизлечимые заболевания цивилизации, как рак и другие злокачественные онкологические заболевания (гемобластозы, лимфопролиферативные болезни, меланома, мультиформная глиобластома и т.д.), нейродегенеративные болезни (болезнь Альцгеймера, деменция, болезнь Паркинсона, БАС, БАС-деменция и т.д.) и аутоиммунные заболевания (сахарный диабет I типа, миокардиодистрофия, системная красная волчанка, ревматизм, рассеянный склероз и др.), имеют общее биологическое патогенетическое начало в изменении геномно-постгеномной структуры ГСК больного человека и эта общая биология разновекторных повреждений протеомной структуры ГСК при этих заболеваниях лежит в основе формирования базовых патологических иммунных механизмов этих болезней, понимание которых позволит получить принципиально новый и прорывной результат в персонализированной медицине и науках о жизни. ГСК как родоначальница всех клеток иммунной системы и системы кроветворения в организме человека может стать ключом к молекулярно-биологической диагностике этих заболеваний и инструментом к их полному излечению, если основываться на имеющихся и получать новые постгеномные знания о патологии структуры протеома ГСК человека.

Эта научная монография посвящена не столько объяснению и доказательству фундаментальной роли патологии собственной ГСК и ее потомков в организме человека в формировании практически всех основных видов (онкологических, аутоиммунных, эндокринных и нейродегенеративных) смертельных болезней цивилизации человечества, сколько в демонстрации нового понимания причинно-следственных механизмов возникновения и течения этих заболеваний у человека. Мы в результате собственных протеомных исследований установили и показали, что именно патоспецифические белковые изменения в постгеномной (транскриптомной, протеомной, метаболомной и секретомной) структуре ГСК являются определяющими в судьбе тканеспецифических клеток в организме человека и определяют вектор развития того или иного фатального заболевания цивилизации. Понимание постгеномных механизмов процессов, произошедших в аутологичных ГСК, может обеспечить возможность ультраранней диагностики и эффективной терапии основных смертельных болезней человеческой цивилизации. Сегодня эти болезни смертельны и неизлечимы, и, возможно, во многом это связано с нашим ошибочным пониманием причинно-следственных отношений в развитии и динамике патогенетических процессов при этих болезнях и той роли, которую в них играют собственные ГСК и их потомки.

Исторически и традиционно сложилась клиническая ситуация, что основными фатальными болезнями цивилизации занимаются врачи разных специальностей. Опухолями и раком занимаются исключительно онкологи и гематологи, нейродегенеративными заболеваниями — исключительно неврологи и психиатры, а аутоиммунными заболеваниями — преимущественно кардиологи, ревматологи, иммунологи, неврологи, эндокринологи, дерматологи, ЛОР-специалисты, офтальмологи и врачи еще самых разных специальностей. Поэтому общей точки зрения на патогенез этих заболеваний нет и в принципе быть не может. Каждый из специалистов считает, что именно повреждение специализированных органных высокодифференцированных тканеспецифических клеток у пациента с этими заболеваниями является ведущим и центральным в клинической картине болезни и определяет ее клиническую манифестацию. Так, современные ревматологи убеждены, что причиной ревматоидного артрита, полимиозита и системной красной волчанки являются патологические процессы в специализированных клетках соединительной ткани. Эндокринологи отдают приоритет при тиреоидите повреждениям специализированных клеток щитовидной железы, а при сахарном диабете I и II типов — повреждению β-клеток поджелудочной железы. Неврологи убеждены, что большинство неврологических болезней цивилизации связаны с вовлечением в патологический процесс высокоспециализированных клеток мотонейронов при боковом амиотрофическом склерозе, с повреждением дофаминергических нейронов в стриопаллидарном отделе головного мозга при болезни Паркинсона, а при болезни Альцгеймера у пациента страдают преимущественно нейроны коры головного мозга и т. д. Онкологи убеждены, что проблема возникновения их заболеваний связана с развитием канцерогенного процесса в различных клетках организма человека. При этом роли иммунной системы в развитии этих заболеваний никто из вышеперечисленных специалистов не отрицает и уделяет ей важнейшее значение в патогенезе заболевания. Никто не отрицает, что в результате всех болезней цивилизации в цитоплазме и ядре специализированных клеток накапливаются патологические белки: при злокачественных новоообразованиях (ЗНО) это онкоспецифические белки, при нейродегенеративных заболеваниях также накапливается огромное количество тканеспецифических белков (таупатии, синусопатии и т.д.), и эти болезни даже стали классифицировать как болезни накопления. При этом ни один из узких врачей-специалистов не готов признать очевидный факт: что органоспецифическое и (или) тканеспецифическое повреждение высокодифференцированных клеток и тканей манифестирует только тогда, когда большая часть органа уже безвозвратно пострадала. Так, в ряде случаев, при высокой пластичности нервной ткани, может быть повреждено более 70–80% нейронов, а клинической манифестации заболевания не отмечается. Но ведь эта фатальная болезнь появилась не вчера, она тянулась годами, и мы были просто неспособны ее диагностировать и остановить на ранних этапах ее формирования. Основоположник сосудистой хирургии Рене Лериш совместно с ученым-морфологом Клодом Бернаром при описании вегетативной жизни тканей еще в 1915 г. в книге «Этюды сосудистой хирургии» обращал внимание на это несоответствие степени морфологического повреждения тканей и клиники и предполагал, что в будущем будут найдены инструменты ранней диагностики асимптомных морфологических изменений в тканях и органах человека при бессимптомном течении болезни. Мы полагаем, что подобным инструментом, о котором говорили эти великие ученые, могут стать фенотипические особенности ГСК и молекулярно-биологический анализ мембранной поверхности экспрессии антигенов на ГСК. Именно изучение постгеномных характеристик ГСК и ее потомков при целом ряде фатальных болезней цивилизации стало фундаментальной молекулярно-биологической основой, которая позволила объединить нам эти, казалось бы, несопоставимые смертельные болезни цивилизации в единый континуум болезней и увидеть системные закономерности, их между собой объединяющие. На первый взгляд кажется, что между этими тяжелыми и неизлечимыми заболеваниями не может быть в принципе ничего общего. Это болезни из т.н. разных врачебных специальностей и разных классов болезней, систематизируемых по Международной классификации болезней Х пересмотра (МКБ-10). Но это именно то обстоятельство, что не позволяет их диагностировать на самом раннем этапе и найти способ вылечиться от них.

Давайте посмотрим на эти фатальные болезни современного человечества с общетеоретических и общесистемных позиций и обобщим имеющиеся знания. Во-первых, долгое время считалось, что все онкологические болезни, эндокринные заболевания, нейродегенеративные болезни и аутоиммунные болезни — это болезни специализированных высокодифференцированных клеток различных тканей и органов. Онкологические заболевания обусловлены появлением онкологических клеток определенной ткани, содержащих онкоспецифические белки этой ткани, где локализована опухоль; а нейродегенеративные заболевания являются болезнями накопления нейроспецифических белков в нейронах различной локализации (тау-белков в корковых нейронах при болезни Альцгеймера и системной корковой атрофии, FUS-белков и TDP-43 при боковом амиотрофическом склерозе или телец Леви в нейронах стриопаллидарной зоны мозга при болезни Паркинсона и т.д.). Другими словами, было общепризнанно, что эти болезни всегда определены патогенетическими изменениями дифференцированных тканеспецифических клеток различных органов и тканей. Именно поэтому для ранней диагностики этих заболеваний применяют исключительно молекулярные маркеры, характерные для распада клеток определенной ткани, и молекулярные маркеры этих болезней, которые всегда тканеспецифичны. Уже с конца 2000-х гг. появилась новая концепция возникновения рака и утвердилась новая научная точка зрения: что рак — это генетическое заболевание ядра тканеспецифической стволовой клетки (Заридзе, 2004). То есть в основе этих болезней лежит генетическое и постгеномное повреждение ядра недифференцированной незрелой стволовой клетки (СК) или клетки-предшественники (КП). Сегодня роль повреждения тканеспецифических СК также отмечена и при целом ряде аутоиммунных и нейродегенеративных болезней (Брюховецкий А. С. и др., 2018). Во-вторых, как мы отметили ранее, во всех этих пострадавших клетках этих тканей идет накопление патологических белков: онкоспецифические белки накапливаются в опухолевых клетках при раке и почти при всех злокачественных онкологических заболеваниях (меланоме, глиобластоме, саркоме и т.д.); при нейродегенеративных болезнях — тау-белки накапливаются в клетках коры при болезни Альцгеймера и системной корковой атрофии, FUS- и SOD1-белки накапливаются при БАС-деменции и при БАС, тельца Леви накапливаются при болезни Паркинсона; и при всех аутоиммунных заболеваниях в пострадавших тканеспецифических (нервной ткани, соединительной ткани, эндокринных органов и т.д.) клетках идет накопление патологических белков. Эта особенность вышеуказанных болезней также стала их важным диагностическим маркером. Почти все нейродегенеративные болезни стали называть болезнями накопления патологических белков. Но почему-то только нейродегенеративные болезни называются болезнями накопления, а при остальных заболеваниях этот факт протеомного накопления патологических протеинов широко известен, но якобы не является фундаментальным и определяющим. В-третьих, системообразующим фактором возникновения этих заболеваний является их полиэтиологичность, когда под воздействием одних и тех же факторов экзогенной и эндогенной среды (травмы, стрессы, психогении, пищевые отравления, бактериальные и вирусные инфекции, хронические интоксикации ядами и лекарствами, возрастные изменения и т.д.) формируется нарушение гемато-тканевого барьера, происходят выход лейкоцитов в поврежденные специализированные ткани, эксайтотоксический стресс специализированных клеток, а также приход тканеспецифических стволовых регионарных клеток и затем ГСК и гемопоэтических прогениторов. Это приводит к локальному асептическому воспалению в тканях и к первичным и вторичным иммунным реакциям в них, к включению механизмов врожденного и приобретенного иммунитета. Это абсолютно закономерная физиологическая реакция иммунологической защиты организма на действие экзогенных или эндогенных антигенов, и, как правило, нормальная иммунологическая реакция завершается восстановлением гомеостаза и внутриклеточного баланса. Этому учили нас наши преподаватели в высших медицинских учебных заведениях на учебных циклах нормальной и патологической физиологии и патологической анатомии. Нашими великими предшественниками в изучении каждой из этих болезней были предложены и описаны блестящие механизмы иммунной защиты от бактериальных, вирусных, микотических и онкологических антигенов, а также антигенов из простейших микроорганизмов. Почему же тогда совершенные механизмы инфекционной иммунологии, блестяще работающие при инфекционных и вирусных заболеваниях, не работают так же эффективно при фатальных заболеваниях цивилизации?

Это связано с тем, что в целом всё, что написано в области современной иммунологии, в том числе механизмы стимуляции и активации иммунитета, касается преимущественно инфекционной иммунологии. Основными инструментами в инфекционной иммунологии являются здоровые клетки врожденного и приобретенного звеньев иммунной системы человека, которые вырабатывают определенные гуморальные факторы и количественные параметры клеточно-гуморальных звеньев, создающие иммунологические ответные реакции на антигены, отработанные годами человеческих эпидемий от инфекционных и вирусных болезней, четкие механизмы иммунологического первичного и вторичного ответа и т. д. А также они представлены здоровыми ГСК и гемопоэтическими прогениторными клетками. При аутоиммунных, нейродегенеративных и онкологических заболеваниях мы столкнулись с качественно новой иммунологией. Мы условно определили ее как «иммунологию болезней цивилизации».

Вот посмотрите, например, основные и фундаментальные отличия иммунного ответа на патологический антиген при опухоли от ответа при инфекции:

1. Любая стимуляция собственных резервов иммунокомпетентных клеток человека при опухолях неспособна полноценно обеспечить противоопухолевую функцию его иммунной системы и обеспечить требуемую элиминацию избыточного количества опухолевых клеток (ОК), как при инфекционных заболеваниях.

2. Нет системного и скоординированного реагирования иммунной системы на избыточное количество ОК или реакция парадоксальная и редуцированная; нет первичного и вторичного иммунного ответа на онкогены (Аг).

3. Нет наработки специфичных антител (Ат), а АТ стимулируют рост опухоли.

4. Нет продуктов взаимодействия онкогена (Аг) с антителом (Ат) в виде циркулирующих иммунных комплексов (ЦИК), а также фиксации их в тканях и тканевого повреждения.

5. Нет достаточной генерации цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ).

6. Слабая киллерная реакция эффекторных клеток врожденного иммунитета на ОК вследствие иммунотолерантности.

Иммунная система распознает опухоль только тогда, когда она состоит из> 10⁹ ОК. Такая же парадоксальная реакция отмечается при аутоиммунных и нейродегенеративных заболеваниях. Сначала иммунная система в них отвечает формированию первичного и вторичного иммунного ответа, который становится гиперреактивным, и собственные клетки начинают разрушать дифференцированные клетки. Но здесь мы не будем останавливаться на этом подробно, мы к этому еще вернемся далее в тексте книги.

Сегодня очевидно, что при большинстве болезней цивилизации человек как вид не имеет специализированной системы борьбы с раком, нейродегенеративным заболеванием и с аутоиммунными нарушениями, например такой, какая у него есть при инфекционных (бактериальных и вирусных) заболеваниях, т.е. в геноме его клеток отсутствует программа противоопухолевой, аутоиммунной и нейродегенеративной защиты от этих фатальных болезней. У человека не существует специфичных межклеточных и тканевых системных программных механизмов иммунного реагирования на избыточное появление опухолевых клеток (> 10⁵ ОК, но <10⁹), как при инфекции, и иммунный ответ слабый и появляется, когда количество ОК> 10⁹. Но при этом он успешно живет достаточно длительное время, пока не «доживет до своего рака» или не «дотянет до своей болезни Альцгеймера». Оказывается, многие годы организм блестяще справляется с большинством неблагоприятных факторов окружающей среды и способен противостоять им. С чем это связано? Мы считаем, что это связано с его ГСК, которые с возрастом значительно уменьшаются в количестве, и с их структурной протеомной перестройкой под воздействием неблагоприятных факторов окружающей среды и нарушений внутреннего гомеостаза. Мы попытаемся доказать в этой книге, что большая часть болезней цивилизации обусловлена истощением собственных ресурсов ГСК в организме и развитием постгеномных, преимущественно протеомных заболеваний собственных ГСК человека.

Уклонение клеток от иммунного надзора — это проявление общей иммунотолерантности ГСК и гемопоэтических клеток-предшественников (ГКП) онкологического больного, а гиперреактивность иммунной системы при аутоиммунных и нейродегенеративных заболеваниях — это все разные стороны повреждений протеомной структуры ГСК. По-видимому, в одном варианте при основных болезнях цивилизации только полная замена пострадавших ГСК на аллогенные иммуносовместимые донорские ГСК позволит остановить эти заболевания. А в другом варианте только искусственное редактирование генома ГСК и их потомков — иммунокомпетентных клеток (ИКК) может обеспечить возможность запрограммировать противоопухолевое иммунное гиперреагирование на избыточное появление ОК или иммунное гипореагирование ГСК и их потомков при аутоиммунных и нейродегенеративных заболеваниях. Основными кандидатами для редактирования генома ИКК должны стать аутологичные ГСК и ГКП пациентов. При невозможности редактирования генома ИКК являются инструментами иммунотерапии. Очевидно, что для онкологического пациента могут быть осуществлены молекулярно-генетический подбор аллогенных ИКК, модификация собственных ИКК и дополнительное лекарственное расширение (цитокины, хемокины и т.д.) противоопухолевых возможностей ИКК.

Иммунология болезней цивилизации, как мы ее обозначили ранее, другая и отличается от иммунологии инфекционных болезней не только количественными характеристиками клеток и гуморальных факторов во время иммунных ответов, скоординированностью и системностью их реагирования, а принципиально другими качественными характеристиками изменения белковой структуры ГСК и их потомков. Клеточные и гуморальные факторы как врожденного, так и приобретенного иммунитета находятся в количественном балансе при большинстве болезней цивилизации и практически не отличаются от нормы, но их качественные параметры (геномно-протеомная структура) и функции этих клеток отличаются от здоровых клеток кардинально.

Уже более 20 лет наша научно-исследовательская группа активно изучает биологическую природу ГСК человека, ее потенциальные возможности в нейрорегенерации, восстановительном лечении и онкологической практике, и мы достаточно широко применяем их в системе комплексного лечения целого ряда неврологических, онкологических и нейроонкологических заболеваний. В 2005 г. Росздравнадзор выдал, а в 2006 г. продлил нам первое в мире регистрационное удостоверение на новую медицинскую технологию «Способ применения гемопоэтических стволовых клеток для лечения последствий травматической болезни головного и спинного мозга у человека». Ранее мы запатентовали эту технологию и уже более 17 лет применяли ее в клинической практике с хорошей эффективностью для лечения посттравматических заболеваний у более чем 18 тыс. пациентов со всего мира.

Но только спустя 17 лет нашего использования ее в онкологической и неврологической клинике к нам пришло принципиально новое понимание того, как работают эти клетки и какие возможности для диагностики они открывают перед врачами, и в этой книге мы хотим поделиться с читателями нашими соображениями и полученными результатами.

Книга написана достаточно стандартно для научной монографии. Состоит из введения, основных глав, раскрывающих возможности использования ГСК для диагностики и лечения, и заключения. Основным достоинством книги мы считаем возможность описать потенциал применения ГСК как в целях диагностики большинства фатальных заболеваний, так и в целях предложенной нами технологии создания специализированных БМКП на основе клеточно-инженерной линии аутологичных ГСК, полученных путем перепрограммирования соматических клеток негемопоэтического ряда (фибробластов, адипоцитов, нейронов, нейроглиальных клеток) с использованием технологии химической индукции малыми молекулами.

Авторы выражают большую благодарность сотрудникам своих подразделений медицинских учреждений, активно участвовавшим на различных этапах научных исследований по этой научной тематике, а также коллективу клинического госпиталя «НейроВита».

Все замечания и предложения читателей по поводу данной книги просим высылать на электронную почту по адресам: neurovita-as@mail.ru, bruhovetsky@mail.ru и irdolg@rambler.ru.

Авторы

Глава 1. Стволовые клетки — мистерии жизни?! (соавт. д.б.н., к.м. н. Л.Ю. Гривцова)

На протяжении многих десятков лет в мире присуждаются высшие премии за передовые и новаторские исследования в науке, медицине и биологии. Одной из таких самых престижных мировых премий за выдающиеся достижения в области биологии и медицины является Нобелевская премия. Однако, как это ни покажется странным, среди ее престижных номинантов нет (за исключением японских исследователей К. Такахаши и C. Яманака (Takahashi, Yamanaka, 2006) ученых, посвятивших свою жизнь изучению стволовых клеток (СК).

Что же собой представляют таинственные стволовые клетки? Почему их открытие сначала было не замечено научным сообществом, а затем, почти через 100 лет, привело к революции в биологической науке и глобальному научному прорыву в медицине, с одной стороны, а с другой стороны, послужило глубокому расколу в научных представлениях и в понимании их роли в биологии и медицине между различными мировыми научными школами ученых и клиницистов?

Почему сегодня именно СК рушат фундаментальные догмы биологии и медицины и целые школы академических ученых отводят им центральное место во всех системообразующих и фундаментальных процессах организма эукариот? Почему большая часть мировых ученых считает СК биологическим фундаментом жизни и основой регенерации органов и тканей млекопитающих, птиц и человека, а с другой стороны, отдельные, высокопрофессиональные мировые ученые заявляют, что СК — это фантом, главная мистификация и «мировой блеф» современной науки? И этих необъясненных «почему», связанных с понятием «стволовые клетки», сегодня так много, что сам этот термин стал жить своей независимой жизнью как в науке и средствах массовой информации, так и в нашем обществе.

Очевидно, что сегодня о СК знает каждая домохозяйка и имеет о них свою собственную точку зрения. Спросите любого политика и политтехнолога, что такое СК, и вы получите исчерпывающий ответ, зависящий от того, какую из вышеперечисленных точек зрения на СК он занимает. Будущее применения СК достаточно туманно и неопределенно. В одних случаях будущее наук о жизни различными мировыми учеными связывается с перспективой «выращивания из СК органов и тканей человека» (Сухих и др., 2020), а также они рассматриваются как средство «продления продолжительности жизни» и «улучшения качества жизни человека и всего человечества» (Брюховецкий А. С., 2003, 2021). В других случаях термин «стволовые клетки» стал синонимом шарлатанства, обмана и лженаучности. Он стал «токсичен» как для целого поколения ученых и врачей, так и просто для людей, работающих в науке и находящихся вне ее. Многие обыватели очень боятся лечения стволовыми клетками, т.к. миф о том, что они вызывают рак и другие злокачественные опухоли, стал неотъемлемой частью «информационной ауры» вокруг СК.

И все же у значительного большинства современных мировых ученых термин «стволовые клетки» стал перспективным символом современного научного прогресса и новых горизонтов в науке вообще и в биологии и медицине в частности. Возможно, парадоксы терминологии СК связаны с неординарной историей их открытия и с глобальными методологическими ошибками их первоначального клинического применения и использования в медицине. Сам термин «стволовые клетки» в настоящее время представляется крайне неоднозначным.

И все же что такое стволовые клетки, согласно классическому научному представлению? Это гетерогенная популяция наивных недифференцированных клеток, находящихся на вершине иерархической лестницы необратимых клеточных дифференцировок. Такая точка зрения оказала влияние на то, как сейчас проводятся исследования стволовых клеток (СК), и объясняет то, чего мы можем от них ожидать в практическом смысле. Немного переиначивая вышесказанное, можно утверждать, что СК — это гетерогенная популяция недифференцированных клеток, которые присутствуют на эмбриональной и взрослой стадиях жизни и дают начало дифференцированным, зрелым тканеспецифическим клеткам, строительному материалу органов и тканей организма. В послеродовом периоде и в течение зрелой жизни немногочисленные тканеспецифические стволовые клетки (СК взрослых, СКВ, adult stem cells) обнаруживаются в различных органах и системах и играют важную роль в восстановлении органа после повреждения.

Основными характеристиками СК являются самообновление и самоподдержание (способность к интенсивному размножению с сохранением небольшого пула исходно недифференцированных клеток), из чего вытекают такие их свойства, как клональность (обычно возникающая из одной клетки) и мультипотенциал, или мультипотентность (способность дифференцироваться в разные клеточные типы). Следует учитывать, что клональность СК не имеет отношения к патологической клональности. Термин определяет их особенность формировать клон нормальных (не патологических) клеток с практически схожими свойствами. Эти свойства могут отличаться у различных СК. Например, эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), полученные из бластоцисты, обладают высокой способностью к самообновлению и значительным дифференцировочным потенциалом, в то время как у тканевых СК возможности самообновления и дифференцировки ограничены тканеспецифическими рамками потенциала этих клеток.

Вместе с тем постепенно накапливаются факты, заставляющие нас менять парадигму наших представлений относительно СК. Например, в некоторых исследованиях предполагается, что интестинальные стромальные клетки могут заменить СК, обновляющие слизистую оболочку кишечника (Теттех и др., 2016); подтверждением тому также являются работы С. Яманаки (Takahashi, Yamanaka, 2006), демонстрирующие возможность программирования дифференцированных клеток в подобие стволовых клеток. Такая пластичность предполагает, что «стволовость» может не ограничиваться какой-то одной определенной популяцией клеток, и побудила некоторых биологов более глубоко задуматься над вопросом, что такое СК на самом деле.

Традиционные представления о СК возникли в результате исследований кроветворной ткани в костном мозге, где клетки крови образуются у взрослых. Однако в конце 1970-х гг. Рэй Скофилд (R. Schofield) предположил, что «стволовость» на самом деле зависит от взаимодействия гемопоэтических стволовых клеток (клеток, которые дают начало другим клеткам крови) с микроокружением, в котором они находятся (Schofield, 1978). Хотя это долгое время отрицалось, важность этой «ниши» в настоящее время все более признается: гемопоэтические стволовые клетки не могут быть поняты вне их контекста, что может объяснить трудности с их получением, размножением и сохранением in vitro.

Наконец, новые технологии, позволяющие проследить зарождение клеток, еще больше поставили под сомнение наше понимание биологии СК, поскольку исследования показали, что не каждая отдельная гемопоэтическая СК (ГСК) является полипотентной (дискутируется в работе: Hass et al., 2021; Хасс и др., 2018), их компартмент, как и предполагалось, также иерархически гетерогенен (Гривцова, 2020). Кроме того, не гемопоэтические стволовые клетки, называемые мультипотентными предшественниками, могут поддерживать производство кроветворных клеток в течение длительного периода времени (Sun et al., 2014).

Это лишь некоторые из примеров, иллюстрирующих потенциальное разнообразие этих клеток. Накопление таких противоречивых фактов относительно СК привело к двум противоположным взглядам: СК может быть либо дискретной популяцией клеток со стабильными свойствами, количество которых ограничено на протяжении жизни (Чертков, Дризе, 1998), либо состоянием клетки, свойством, которое приобретается в определенном контексте (Клеверс, Уотт, 2018; Зипори, 2004). Эти вопросы остаются предметом дискуссий по настоящее время. Более того, в статье On the origin of the term «stem cell» в журнале Cell Stem Cell до сих пор также обсуждается вопрос о первоисточнике самого термина «стволовая клетка» (Ramalho-Santos, Willenbring, 2007).

Исторические аспекты. Происхождение термина «стволовая клетка», зарождение учения о стволовых клетках

История термина «стволовая клетка» начинается с конца XIX в. Тогда этот термин возник в контексте двух основных вопросов эмбриологии: непрерывности зародышевой плазмы и происхождения кроветворной системы. Теодор Бовери (Boveri, 1887) и Валентин Хакер (Hacker, 1892) использовали термин «стволовая клетка» для описания клеток, призванных дать начало зародышевой линии. Параллельно Артур Паппенхайм (Pappenheim, 1896, 1907, 1908a, 1908b; Pappenheim, Ferrata, 1910), Александр Максимов (Maximow, 1908, 1909), Эрнст Нейман (Neumann, 1868) и др. использовали его для описания предполагаемого прародителя клеток системы крови.

Термин «стволовая клетка» появляется в научной литературе еще в 1868 г. в работах выдающегося немецкого биолога Эрнста Геккеля (Haeckel, 1868). Геккель, главный сторонник теории эволюции Дарвина, нарисовал ряд филогенетических деревьев, представляющих эволюцию организмов, имеющих общего предка, и назвал эти деревья Stammbaume (по-немецки — «фамильные деревья» или «стволовые деревья»). При этом Геккель использовал термин Stammzelle (по-немецки — «стволовая клетка») для описания одноклеточного организма-предка, из которого, как он предполагал, произошли все многоклеточные организмы (Haeckel, 1868, 1874). В пересмотренном, 3-м издании своей «Антропогении» (Haeckel, 1877) Геккель совершил один из своих характерных скачков от эволюции (филогения) к эмбриологии (онтогенез) и предложил, чтобы оплодотворенная яйцеклетка также называлась стволовой клеткой. Таким образом, Геккель применил термин «стволовая клетка» в двух смыслах: как одноклеточный предок всех многоклеточных организмов и как оплодотворенная яйцеклетка, которая дает начало всем клеткам организма.

Вильсон (Wilson, 1896) еще в 1-м издании своей книги «Клетка в развитии и наследственности» предположил существование стволовых клеток, обеспечивающих поддержание сперматогенеза.

Использование термина «стволовая клетка», относящегося к отдельной клетке эмбриона, способной давать начало более специализированным клеткам, можно найти позже в этом столетии. Центральная дискуссия в эмбриологии конца XIX в. вращалась вокруг теории Августа Вейсмана о непрерывности зародышевой плазмы (Weismann, 1885). А. Вейсман предположил, что зародышевая плазма, которая передавалась от одного поколения к следующему, была разделена на ранних стадиях эмбрионального развития на специализированные клетки (зародышевые клетки), которые отличались от зрелых клеток остальной части тела (соматические клетки).

Вдохновленные теорией Вейсмана, Теодор Бовери и Валентин Хакер задались целью идентифицировать самые ранние зародышевые клетки в эмбрионах животных, которые, предположительно, будут нести зародышевую плазму. Т. Бовери проследил клеточные линии нематоды Ascaris и изобразил их в виде древовидных диаграмм, которые он, так же как и Геккель, назвал Stammbaume (Boveri, 1892a, 1892b). Тогда (Boveri, 1887, 1892a, 1892b) Теодор Бовери пришел к выводу, что эти ранние зародышевые клетки сохранили полный набор хроматина, чтобы передать неповрежденный генетический материал следующему поколению, в поддержку теории Вейсмана. В 1892 г. при исследовании цикла развития ракообразных циклопов В. Хакер идентифицировал большую клетку, которая стала интернализованной при гаструляции (Hacker, 1892). Он наблюдал, как клетка, которую он также назвал стволовой клеткой, подверглась асимметричному делению клеток и что одна из дочерних клеток стволовой клетки дала начало мезодерме, в то время как другие дали начало зародышевым клеткам. В. Хакер описывает стволовые клетки как клетки, которые позже, в процессе развития, производят ооциты в гонаде (Там же). В этих ранних исследованиях термин «стволовая клетка» относился к тому, что мы сегодня называем зародышевой линией.

Четыре года спустя Эдмунд Б. Уилсон популяризировал термин «стволовая клетка» на английском языке, рассмотрев работу Хакера и Бовери в своей книге «Клетка в развитии и наследовании» (Wilson, 1896). Еще в 1-м ее издании Уилсон предположил существование СК, обеспечивающих поддержание сперматогенеза.

Книга Э. Б. Уилсона стала настольной книгой целого поколения эмбриологов и генетиков начала века; учитывая широкую читательскую аудиторию и влияние книги Уилсона, ему обычно приписывают изобретение термина «стволовая клетка» (Майеншайн, 2003; Шостак, 2006). Но Э. Б. Уилсон использовал термин «стволовая клетка» только в отношении специализированной материнской клетки зародышевой линии, подобно Т. Бовери и В. Хакеру.

В то же время исследователи кроветворной системы все время задавались вопросом, существует ли общий предшественник различных типов клеток крови. Применение методов окрашивания Пола Эрлиха (Ehrlich, 1879) позволило выявить и описать различные линии лейкоцитов. Изучая строение клеток крови, исследователи разделились на два лагеря. Дуалисты не верили в существование стволовой клетки, общей для всех кроветворных линий, считая, что миелоидные и лимфоидные клетки получены из клеток-предшественников, находящихся в различных кроветворных тканях, костном мозге и лимфатических железах или селезенке соответственно. Напротив, согласно унитарной модели кроветворения, существовала клетка, которая представляла собой общего предка эритроцитов, гранулоцитов и лимфоцитов. Последователи унитарной теории были готовы ввести термин, отражающий потенциал развития такой клетки.

Для описания общего предшественника кроветворной системы использовались различные термины. В 1868 г. было высказано предположение (Нейман, 1868), что большая часть кроветворения происходит в костном мозге. Однако лимфатическая система исторически была первой тканью, которой предписывали кроветворную активность (Мюллер, 1844). Поскольку именно лимфоциты, отличаясь от эритроцитов и гранулоцитов размером, цветом и зернистостью, напоминали незрелые клетки с активностью предшественников, то клетки, предложенные в качестве общих предшественников, описывались как поливалентные большие лимфоциты (Паппенгейм, 1908b), настоящие большие лимфоциты (Максимов, 1908), негранулярные недифференцированные лимфоциты (Шаков, 1908) или лимфоидоциты (Паппенгейм, 1908a). Другие используемые термины включали первичные блуждающие клетки (Саксер, 1896), гемато- или гемогоны (Моллиер, 1909; Паппенгейм, 1907), гемобласты (Паппенгейм, Феррата, 1910) и гемоцитобласты (Zoja, 1910). Среди первых, кто начал использовать термин «стволовая клетка» для общего предшественника клеток крови, были Александр Максимов (Maximow, 1908), Вера Данчаков (Dantschakoff, 1908), Эрнст Нейман (Neumann, 1912).

Однако именно ученому русского происхождения Александру Максимову приписывают (Fliedner, 1998; Лихтман, Уильямс, 2006) изобретение термина в 1909 г. (Максимов, 1909). Справедливости ради необходимо отметить, что термин «стволовая клетка» можно найти в более ранних публикациях в области кроветворения. При этом о роли русского ученого Александра Александровича Максимова в появлении терминологии «гемопоэтической СК» следует остановиться особо.

В 1903 г. был объявлен конкурс на замещение должности профессора кафедры гистологии и эмбриологии Императорской военно-медицинской академии. Конференция академии (ученый совет) избрала его руководителем кафедры. С этого момента на кафедре начинаются активные научные исследования в области гистогенеза крови и соединительной ткани. Доведя гистологическую технику до искусства, используя лишь метод изучения переходных форм, ему удалось проследить основные этапы гистогенеза соединительных тканей и крови у различных животных как в эмбриональном, так и в постнатальном периоде. Выводы, сделанные им, свидетельствовали в пользу того, что все клетки крови развиваются из одного предшественника, который имел вид лимфоцита. Впервые он сформулировал это положение в статье, опубликованной на немецком языке в 1909 г.: «Лимфоцит как общая стволовая клетка разнообразных элементов крови в эмбриональном развитии и постфетальной жизни млекопитающих». В этой работе проф. А. А. Максимов впервые в отечественной науке использовал термин «стволовая клетка». Следует заметить, что автор использовал термин Stammzelle в своей пионерской работе на немецком языке (от der Stamm — ствол). Соответствующий глагол со значениями «порождать», «происходить», «иметь начало» хорошо известен в немецком и английском языках. Абсолютной заслугой А. А. Максимова является то, что он выдвинул положение о стволовых клетках во взрослом организме, в частности о стволовой клетке крови.

Еще в 1896 г. Паппенгейм использовал стволовую клетку для описания клетки-предшественника, способной давать начало как красным, так и белым кровяным клеткам (Паппенгейм, 1896). Из-за ограничений экспериментальных методов, доступных в то время, дебаты о существовании общей гемопоэтической СК продолжались в течение нескольких десятилетий, пока окончательные доказательства не были представлены работой Джеймса Тилля, Эрнеста Маккалоха в 1960-х гг. (Беккер и др., 1963; Тилль, Маккалох, 1961; Тилль и др., 1964).

Таким образом, вначале термин «стволовая клетка» был использован в конце XIX в. в контексте фундаментальных вопросов эмбриологии — непрерывности зародышевой плазмы и происхождения системы крови. Демонстрация существования гемопоэтических стволовых клеток (Там же) показала, что эти клетки являются стволовыми клетками-прототипами — клетками, способными к почти неограниченной пролиферации (самообновлению) и к образованию специализированных клеток (дифференцировке). Так зародилось учение о стволовой клетке.

Интерес к столовым клеткам неслучаен. Их уникальные способности к самообновлению, самоподдержанию и дифференцировке (данные свойства в литературе иногда объединяют единым термином «стволовость») делают их притягательным объектом для многих отраслей и в первую очередь для недавно сформировавшегося направления — регенеративной медицины.

Кроме прикладного аспекта применения стволовых клеток, реализуемого лишь частично, несомненно значимо изучение биологии стволовых клеток для фундаментальной науки. Знания о механизмах самоподдержания и дифференцировки стволовых клеток важны для понимания основополагающих процессов как при норме (от эмбриогенеза до старения), так и в случае патологии (канцерогенез, ряд неопухолевых, но фатальных болезней).

Многообразие стволовых клеток

Тканевые СК взрослых — малочисленная популяция, до недавнего времени труднодоступная для изучения, но благодаря вектору, заданному Александром Яковлевичем Фриденштейном, было начато исследование данной неоднозначной популяции стволовых клеток (Фриденштейн и др., 1970). Именно советский ученый-медик, гистолог, гематолог, иммунолог, чл.-корр. АМН СССР и РАМН А. Я. Фриденштейн впервые описал и экспериментально подтвердил существование в костном мозге и лимфоидных органах стволовых стромальных клеток, получивших впоследствии международное название мезенхимальные стромальные (стволовые) клетки (МСК).

Мезенхимальные стволовые клетки являются пристальным объектом изучения в течение последних десятилетий. МССК присутствуют во всех органах и тканях. Как в экспериментальных, так и в клинических исследованиях установлен потенциальный терапевтический эффект МССК или их производных продуктов. Относительная простота их выделения, способность к клоногенному росту, дифференцировке в культуре и мультипотентность определяют их как один из ключевых объектов регенеративной медицины при различных клинических состояниях.

Количество исследований, посвященных им, в последнее десятилетие растет в геометрической прогрессии (Samsonraj et al., 2017). МССК участвуют в многих принципиально значимых процессах, таких как дифференцировка и пролиферация клеток, ангиогенез (васкулогенез), регуляция воспалительных процессов или контроль окислительного стресса (Vizoso et al., 2019). Многочисленные доклинические исследования МССК или их секретомных продуктов показали терапевтическое воздействие на ключевые патологические процессы, связанные с изменениями внутреннего гомеостаза (Lalu et al., 2016; McIntyre et al., 2016; He, 2018; Riecke et al., 2015; Galipeau, Sensebe, 2018). МССК обладают независимой от реципиента иммунной функцией и могут оказывать антимикробный эффект (Alcayaga-Miranda et al., 2017). Клинические исследования применения МССК I и II фаз подтвердили положительный профиль безопасности при различных показаниях, включая иммунологические, костные, сердечные или нейродегенеративные расстройства (Nery et al., 2013). Проведены даже клинические испытания III фазы в отношении купирования реакции «трансплантат против хозяина», лечения болезни Крона, инфаркта миокарда и цирроза печени (Samsonraj et al., 2017). Примечательным фактом в этом контексте является то, что никем не сообщалось о каких-либо серьезных осложнениях или о неблагоприятных эффектах после трансплантации МССК (Zhang, He, 2019).

Важным для клинического применения МССК стал 2018 г., когда Европейское медицинское агентство (EMA) впервые одобрило использование клеточного продукта на основании MСК. Клиническое исследование фазы III NCT01541579 показало статистически значимое улучшение при лечении сложных перианальных фистул у пациентов с болезнью Крона с применением МСК, полученных из жировой ткани (darvadstrocel, ранее Cx601) (Panes et al., 2016). В сентябре 2018 г. компания Mesoblast объявила о положительных результатах своего исследования III фазы (NCT02336230) применения аллогенных костномозговых МССК (remes-temcel-l) у детей с острой РТПХ, рефрактерной к стероидам.

Не исключено, что 2019 г. может стать началом терапевтической эры MССК (Hoogduijn, Lombardo, 2019): впервые была проведена МССК-терапия острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), связанного с COVID-19 (Golchin et al., 2020). Однако в контексте МССК и инфекций более обоснованным будет их применение для лечения последствий (легочные фиброзы, ишемии), и многие вопросы еще требуют решения, а именно отбор доноров, источник МСК, сбор клеток, условия культивирования, количество пассажей и количество вводимых МСК, а также хранение.

Также необходимо четко определить биомаркеры стратификации прогностической эффективности, дозировки и способ введения для каждого конкретного показания.

Серьезный барьер для клинического применения МССК — их функциональная неоднородность, которая зависит от происхождения МССК (первичной биологической ниши), от состояния доноров (возраст, заболевания или неизвестные факторы). Возможно, что на свойствах МСК, их окончательном фенотипе, а соответственно, на направлении дифференцировки отражаются и условия их культивирования (сигналы субстрата, внеклеточного матрикса, количество кислорода).

Пионерскими в этом направлении можно считать работы российских исследователей еще в 2000-х гг. (Цыб и др., 2004), продемонстрировавших возможность получения культуры МССК с высокой клоногенной активностью, способных к дифференцировке в кардиомиобласты. Был показан их регенеративный потенциал в отношении восстановления миокарда, поврежденного химиотерапевтическим воздействием у лабораторных животных. При этом репаративные процессы в наибольшей степени усиливались через 4 нед. от момента введения культуры МСК. Через 1 мес. от трансплантации полученных кардиобластов у реципиентов отмечалось снижение проявлений оксидативного стресса. Эти данные абсолютно однозначно показали, что терапевтический эффект введения несингенных МССК проявляется стимуляцией пролиферации как клеток сердечной мышцы, так и клеток стромы и приводит к восстановлению нормальной гистологической структуры миокарда. Пусковыми в каскаде последовательных регенеративных событий являются изменения, происходящие в периваскулярной зоне миокарда, что, возможно, обусловлено «трофическим воздействием» введенных МССК на резидентные стромальные клетки-предшественники реципиента; это приводит к улучшению микроциркуляции и усилению ангиогенеза. Данные подтверждают существование «трофического эффекта» МСК, т.е. влияние факторов, секретируемых МССК в процессе культивирования (секретом). Эти экспериментальные исследования были подтверждены в клинической практике и повторены в зарубежных многоцентровых исследованиях при ишемической кардиомиопатии (Hare et al., 2012).

Достижение существенных клинических эффектов возможно только в случае создания «управляемых» (не изменяющих направление дифференцировки) гомогенных клеточных культур МСК. Принципиально важными фактами в выработке стратегии получения культуры МССК являются источник их выделения и выбор в пользу аутологичных или аллогенных клеток.

Наиболее изученными и охарактеризованными, по литературным данным, на настоящий момент являются МСК, полученные из костного мозга. В качестве известных источников МССК описаны жировая ткань (Aust et al., 2004), периферическая кровь (He et al., 2007; Smiler et al., 2008), легких, синовиальных жидкостей, периоданальных лигаментов, мышечной ткани (Griffiths et al., 2005; Tuli et al., 2003; Fan et al., 2009; Gay et al., 2007; Jackson et al., 2010).

Изучается потенциал МСК, полученных из плаценты, клеток пуповинной (плацентарной) крови и клеток пупочного канатика и дентальной пульпы (In’t Anker et al., 2004; Miao et al., 2006; Corrao et al., 2013; Erices et al., 2000; Mareschi et al., 2001; Seo et al., 2004; Shi, Gronthos, 2003).

Изучение различных источников получения МССК продемонстрировало целый ряд отличий в их биологических свойствах, протеомном и транскриптомном профилях (Elahi et al., 2016; Kwon et al., 2016; Davies et al., 2017; Chen et al., 2015). Установлены различия в способности формирования клеточных колоний, отличия в мембранном иммунофенотипе (т.н. сурфактоме), в мультилинейной дифференцировке и в паракринных функциях (Billing et al., 2016; Sakaguchi et al., 2005; Rider et al., 2007; Hass et al., 2011; Maleki et al., 2014).

Выявлены некоторые преимущества использования аллогенных МССК перед аутологичными, однако клинический эффект тех и других сопоставим (Trounson, McDonald, 2015; Monsarrat et al., 2016; Atoui, Chiu, 2012; Steinert et al., 2012; Hare et al., 2012).

Важно, что благодаря иммунологической толерантности аллогенные МССК рассматриваются как «универсальные донорские клетки», что определяет существенные преимущества их использования в клинической практике, в т.ч. у онкологических больных.

Экспериментальное изучение влияния МССК в модели сочетанной трансплантации МССК и гемопоэтических стволовых клеток показало эффективность восстановления кроветворения при использовании сублетальных доз циклофосфана (Pavlov et al., 2018; Павлов и др., 2018). На экспериментальных моделях показаны эффективность и безопасность применения МССК в отношении миодистрофий различного генеза (Agrba et al., 2018; Агрба и др., 2018; Гривцова и др., 2020).

В настоящее время продолжается углубленная работа по изучению возможности применения МССК при кардиотоксичности у онкологических больных, серьезного побочного эффекта применения препаратов антрациклинового ряда, обуславливающего повышенный риск заболеваемости и смертности от сердечно-сосудистой патологии у онкологических больных. Современные фармакологические методы лечения кардиомиопатий различного генеза хотя и позволяют замедлять развитие дисфункций миокарда, но имеют ограниченную эффективность у пациентов с терминальной стадией болезни. Многие исследователи полагают, что единственным радикальным способом лечения этой патологии является трансплантация сердца (Dergilev et al., 2020; Дергилев и др., 2020). Достаточно серьезными препятствиями к трансплантации являются нехватка доноров и высокая стоимость операции. Наиболее изученным и привлекательным является применение МСК.

В экспериментальных исследованиях (Grivtsova et al., 2020) было показано, что у животных, получивших МССК до начала введения антрациклинов (доксорубицин 5 мг + МССК до начала введения доксорубицина), зафиксирована нормализация гистоархитектуры мышечной ткани и активация пролиферативной активности стромальных клеток, что свидетельствует о положительном влиянии превентивной трансплантации МССК человека на активацию репаративных процессов в миокарде при антрациклиновой кардиомиопатии. Для этого необходим собственный клеточный биобанк как необходимая инфраструктура для разработки и внедрения клеточной терапии на основе мезенхимальных стволовых клеток в комплексном лечении антрациклиновой кардиотоксичности. (Обзор литературы и данные: Там же.)

По данным многих исследователей, именно сочетание кардиомиобластов и недифференцированных МССК дает наибольший регенеративный эффект (Shudo et al., 2014; Zuppinger et al., 2000; Yoshida et al., 2018).

Получены положительные результаты системных трансплантаций кардиомиобластов и недифференцированных аутологичных и аллогенных МССК костномозговых МССК при проведении комплексной терапии поздних лучевых поражений сердца, развившихся у 16 пациенток после дистанционной лучевой терапии по поводу лимфомы Ходжкина (ЛХ) или рака молочной железы (РМЖ). В результате установлено, что клеточная терапия значительно улучшала эффективность лекарственного лечения, которое ранее было единственным способом терапии лучевых поражений жизненно важных органов. Клинический эффект такой комплексной терапии уже в первый год наблюдения за пациентками проявлялся в уменьшении степени выраженности сердечной недостаточности и улучшении качества жизни больных при отсутствии прогрессирования основного заболевания (лимфома Ходжкина и рак молочной железы) (Kursova et al., 2017; Курсова и др., 2017).

Продемонстрированы возможность, безопасность и эффективность применения костномозговых МССК при язвенном колите и болезни Крона. Установлено, что комбинированная клеточная и антицитокиновая терапия болезни Крона с перианальными поражениями достоверно способствует более частому и длительному закрытию простых свищей по сравнению с антибиотиками (иммуносупрессорами) (Knyazev et al., 2016; Князев и др., 2016; Knyazev et al., 2017; Князев и др., 2017). Также показано, что трансплантация МССК способствует поддержанию более длительной клинической ремиссии у больных с люминальной формой болезни Крона по сравнению с группой больных, страдающих язвенным колитом (Knyazev et al., 2017; Князев и др., 2017; Knyazev et al., 2016; Князев и др., 2016).

Идентификация инициальных МССК чрезвычайно затруднена в силу их малочисленности в тканях, один из возможных путей решения проблемы — применение различных видов клеточной селекции на основании мембранного иммунофенотипа клеток. Использование мембранных антигенов в качестве таргета отбора определяет возможность получения достаточно гомогенной клеточной культуры.

К настоящему моменту установлено, что большинство МССК клеточной культуры экспрессируют эндогликан (CD105), Thy-1 антиген (CD90) и CD73. Данные маркеры признаны Международным обществом клеточной терапии в качестве основных антигенов для идентификации большинства типов МСК. Однако и это не может считаться окончательной рекомендацией ввиду не абсолютной их специфичности в отношении наиболее ранних популяций МСК; экспрессия данных антигенов присутствует на кроветворных (CD105) и эндотелиальных клетках различных этапов дифференцировки (CD90, CD105, CD73).

Типичным для МССК считается отсутствие экспрессии на мембране общелейкоцитарного антигена CD45, маркера стволовых клеток CD34, антигена, специфичного для В-клеток CD19, маркеров, ассоциированных с клетками миеломоноцитарной природы CD14, CD11b, а также антигена главного комплекса гистосовместимости II класса (HLA-DR).

Таким образом, с практической точки зрения возможность терапевтического использования МССК достаточно широка. Мультипотентный потенциал МССК является многообещающим в отношении использования для восстановления трофики тканей и органов даже у кардинально пролеченных онкологических больных на фоне проведения системной комплексной химиолучевой терапии, в частности при кардиомиопатиях и при лучевых повреждениях.

Особое место в лечении неврологических заболеваний занимают нейральные стволовые клетки (НСК) и нейропрогениторные клетки. В определенных специализированных участках головного мозга млекопитающих, в частности в гиппокампе, эпидермальной области или вентрикулярной либо субвентрикулярной зоне, осуществляется выработка пролиферирующих нейральных ПК (НПК). Нейрогенез, происходящий во взрослом мозге, был идентифицирован во многих организмах, начиная от грызунов и заканчивая приматами и людьми. Нейральные ПК обладают способностью к пролиферации и могут дифференцироваться в специфические типы нейронов и нейроглии, что делает их пригодными для привлечения в сферу регенеративной медицины. Нейральные ПК располагаются преимущественно в субвентрикулярной зоне взрослого человеческого мозга, что указывает на то, что головной мозг млекопитающего может производить самоисцеление через механизм рекрутинга эндогенных НПК в случае повреждения или дегенерации. В пределах нервной системы астроциты проявляют значительную гетерогенность (неоднородность), и некоторые классы астроцитов были продемонстрированы как еще один источник НПК (Брюховецкий, Хотимченко, 2019). Помимо существенной вариабельности, которая может наблюдаться в линиях НПК по причине недостатка стандартизации, в соответствии с организмами, в которые трансплантируется этот вид клеток (НПК), различные линии НПК могут проявлять себя разнонаправленным и отличным образом, что помогает объяснить, почему миграция не всегда происходит.

Последние годы определенное место в экспериментальных и клинических исследованиях лечения нервных болезней стали занимать НПК, происходящие из индуцированных полипотентных СК или при помощи трансдифференциации. Нейральные СК и ПК, наделенные аутологичными свойствами, могут быть также получены с помощью стратегий по извлечению индуцированных полипотентных СК или методов трансдифференциации из соматических клеток, например фибробластов, в результате чего возможно избежание этических проблем, связанных с разрушением эмбрионов. Ученым удалось успешно произвести индуцированные полипотентные СК, или НСК, из разнообразных организмов, в т.ч. людей, а индуцированные полипотентные СК, или индуцированные НПК, переносящие информацию о заболевании, также были добыты из фибробластов пациентов. Нейральные ПК, полученные от доноров с патологиями, могут способствовать и ускорять скрининг лекарственных веществ и персонализированной медицины. Кроме того, данные категории НПК не связаны с проблемой отторжения трансплантируемого материала, хотя для клинической осуществимости подобных трансплантаций необходимо преодоление других крупных препятствий, имеющих отношение к безопасности и эффективности.

Особое место в типологии СК занимают клетки, добываемые при помощи методов партеногенеза, ядерного перемещения (трансфера) соматических и измененных соматических клеток, которые схожи по строению с эмбриональными стволовыми клетками (ЭСК). Ограничения, встречающиеся при использовании в клеточной терапии ЭСК человека, подтолкнули ученых к разработкам других пригодных источников клеток, с применением при этом тех же самых подходов, что и при выработке ЭСК человека. Благодаря достижениям в области репродуктивной биологии методы партеногенеза и ядерного переноса (трансфера) клеток применяются для разработок новейших типов СК, в частности партеногенетических СК или линий ядерного переноса ЭСК. Прибегая к подобным стратегиям, можно конструировать линии мультипотентных СК, напоминающих по своему строению ЭСК. Деривативные производные ядерно перемещенных ЭСК теоретически могут с иммунологической точки зрения соответствовать ядерному донору. Тем не менее, несмотря на запрет данного технического приема, перед применением подобных типов СК по-прежнему возникает этический вопрос, связанный с возможностью продуцирования поддающегося имплантации эмбриона, способного к полноценному развитию. В этой связи метод измененного ядерного переноса (трансфера) смог эволюционировать в более приемлемую альтернативу клонированию, поскольку клетки генетически создаются таким образом, чтобы они могли генерировать дефектные трофобласты и тем самым препятствовать и сдерживать имплантацию эмбрионов.

В целях излечения неврологических болезней при помощи нейральных клеток, происходящих из ЭСК человека, было проведено большое количество доклинических исследований, продемонстрировавших эффективность на животных моделях, варьирующихся от грызунов до приматов. Типы клеток, применяемые в данных работах, включали НПК и терминальные дифференцированные нейральные клетки. Как говорилось выше, МССК также обладают свойствами, которые позволяют им дифференцироваться в клетки, схожие по строению с нейральными клетками, поэтому они играли позитивную роль в улучшении функционирования, будучи трансплантированными в животные модели неврологических заболеваний (Брюховецкий А.С., 2003; Брюховецкий, Хотимченко, 2019).

Нейральные стволовые клетки (НСК), происходящие из других типов полипотентных СК, также подтвердили свою функциональность в доклинических работах. Например, глиально-обогащенные НПК, происходящие из человеческих индуцированных полипотентных СК, были трансплантированы в модели грызунов с боковым амиотрофическим склерозом, опосредованным мутантной супероксиддисмутазой-1. Эти пересаженные клетки затем смогли преобразоваться в астроциты и увеличить жизненный цикл мышей-реципиентов, что указывает на эффективность НСК и глиальных прогениторов, происходящих из индуцированных полипотентных СК человека, при клеточной терапии бокового амиотрофического склероза (Брюховецкий А. С., 2020).

В животных моделях повреждения спинного мозга рестриктированные глиальные клетки-предшественники человека и астроциты на их основе были способны выживать при пересадке в область травмированного спинного мозга, мигрировать в ростральном и каудальном направлениях в область примыкающего белого вещества. При этом данные клетки экспрессировали целый ряд фенотипических маркеров, в т. ч. GFAP (Брюховецкий А. С., 2019). Таким образом, применения одних лишь эмбриональных астроцитов недостаточно для стимулирования функционального восстановления через механизм аксональной регенерации на длительных расстояниях, что предполагает необходимость комбинирования клеточной трансплантации и иных терапевтических интервенционных мер, таких как использование нейротрофинов, cAMP, хондроитиназы. Тем не менее, принимая во внимание значительную неоднородность глии, следует заметить, что не все виды астроглии функционируют одинаковым образом при терапии неврологических расстройств. Как Olig2⁺клетки-предшественники, извлекаемые из ЭСК человека, так и Olig2^– соответственно, могут быть дифференцированы в астроглиальные клетки. Однако при пересадке в крысиную модель ишемического инсульта астроглия Olig2⁺ выявляла некоторые отличия от Olig2^– и смешанных популяций астроглии и приводила к значительному прогрессу функции обучения и памяти крыс с ишемическим инсультом, что свидетельствует о функциональной гетерогенности клеток-предшественников глии.

Однако наиболее изученными, в силу более широкой возможности клинического применения, являются гемопоэтические стволовые клетки (ГСК), которые дают начало всем кроветворным росткам (эритроидным, гранулоцитарным, мегакариоцитарным, лимфоидным, моноцитарным) и поддерживают гемопоэз в стабильном состоянии на протяжении всей жизни человека. Характерными чертами этих клеток, как и всех СК, являются способность к самоподдержанию, пролиферации и дифференцировке (Чертков и др., 1998; Kondo, 1997). Именно пониманию, что такое ГСК, будет посвящена следующая глава этой книги, а все последующие главы монографии покажут их роль в организме и терапевтический потенциал этих удивительных клеток.