Боковой амиотрофический склероз и стволовые клетки

Патофизиология бокового амиотрофического склероза (БАС) достаточно сложна и мало изучена, несмотря на то, что уже десятки лет проводятся многочисленные исследования. Достаточно эффективного метода лечения так и не найдено. Некоторые ученые полагают, что важную роль в восстановлении поврежденных моторных нейронов или даже в создании новых могли бы сыграть стволовые клетки с их способностью дифференцироваться во множество клеточных линий.

Что такое БАС?

БАС, известный также как болезнь Лу Герига, - это прогрессирующее заболевание, которое выражается в постепенном развитии и распространении слабости и атрофии пораженных мышц больного. Подобное состояние приводит к мышечной дисфункции, недееспособности и в конечном итоге к смерти или постоянной зависимости от вспомогательных средств дыхания, что наступает в среднем через 3 года после того, как впервые диагностирована слабость мышц.

Приблизительно у 5%-10% человек с БАС есть родственники с подобным заболеванием. Большинство случаев БАС (90% до 95%) имеют спорадический характер, часто возникая "совершенно неожиданно", но есть редкая форма БАС, которая прослеживается в 3 западных областях Тихого океана: Гуам, полуостров Кии в Японии и западная Новая Гвинея.

Многие этиологические факторы связаны с тем, что процесс истощения остается непонятым и необъяснимым. Факторы, которые запускают цепочку событий, приводящих к смерти моторных нейронов, неизвестны, но во множестве семей, страдающих этим заболеванием, наблюдается наследование по типу аутосомной доминантной мутации. Можно предположить, что измененный ген приводит к выработке токсического вещества, которое и запускает процесс заболевания. Даже у 15%-20% семей, у которых установлен мутировавший ген (дисмутаза супероксида цинка-меди 1 [SOD1]), механизм его действия, ускоряющий начало заболевания, остается неизвестным. Нам также неизвестны причины наступления такого заболевания в разном возрасте и скорости его прогрессирования, связанной со специфическими мутациями гена, так же как и причина неполной заболеваемости (поражено большинство носителей гена, но не все). И еще меньше известно об этиологии заболевания в спорадических случаях западной области Тихого океана.

Прямая причина слабости мышц и их истощения - прогрессивная потеря мышечных моторных нейронов. Бывают поражены нервные клетки, расположенные в спинном мозге или в стволе головного мозга и напрямую связанные с мышцами (нижние моторные нейроны), и в коре головного мозга (верхние моторные нейроны), связанные с нижними моторными нейронами. Также могут быть затронуты нервные клетки и цепочки, которые находятся в передней доле головного мозга (предлобные моторные нейроны).

Ни один способ лечения не может задержать или обратить развитие БАС. Есть рекомендованный FDA метод лечения (рилузол riluzole), который может добавить 2-3 месяца к средней продолжительности жизни больного БАС. Тщательное соблюдение диеты и своевременное применение неинвазивной поддержки дыхания может расширить временные рамки жизни больного еще на 6-12 месяцев.

Что такое стволовые клетки?

Стволовые клетки, известные также как прогениторные клетки, это клетки, которые не прошли дифференцировку и не приобрели специфических функций; они обладают потенциалом самовосстановления, делятся и дифференцируются в специфические типы клеток.[1,2] Их также называют "плюрипотентными" или "недифференцированными" клетками, потому что они могут дифференцироваться и развиваться в различные специализированные клетки. Дифференцировка стволовых клеток во взрослые клетки четко отрегулирована; иначе не могли бы существовать сложные растения или животные, с их множеством взаимосвязанных тканей и органов.

В отличие от стволовых, зрелые или дифференцированные клетки образуют специфические структуры и выполняют определенные функции и во многих случаях теряют способность делиться и размножаться. Злокачественные или "дедифференцированные" клетки отличаются от стволовых и нормальных специализированных тем, что делятся бесконтрольно и несут в себе опасность уничтожения организма.

Дифференцировка стволовой клетки должна включиться, получить нужное направление и выключиться таким образом, чтобы были построены нужные ткани в различных системах органов. Точная регуляция дифференцировки еще более необходима для нейрональных прогениторных клеток, так как эффективная нейрональная функция зависит от установления точных связей и взаимодействий между различными отдельными нейронами и классами нейронов.

Стволовые клетки, включая нервные стволовые клетки, по определению присутствуют в эмбрионах. Стволовые клетки можно найти в пуповинной крови. У взрослых эти клетки находятся в костном мозге и других органах, в которых требуется контролируемое самовосстановление.[1] Было показано, что нейрональные прогениторные клетки также сохраняются у взрослых людей в определенных областях головного мозга рядом с желудочками, где они делятся, дифференцируются, мигрируют и встраиваются в нервные схемы, обеспечивая таким образом процессы текущего обучения и запоминания.

Возможна ли терапия БАС стволовыми клетками?

Стволовые клетки могут помочь пациентам с БАС несколькими способами. По идее, можно вызвать их дифференцировку в нижние моторные нейроны, чтобы они заместили нейроны, погибшие в результате БАС. Возможно, стволовые клетки могли бы спасти умирающие моторные нейроны, восстановив связи этих нейронов с частично денервированной мышцей до того, как она окончательно атрофируется. Еще лучше, если бы удалось вызвать их дифференцировку в верхние моторные нейроны в коре головного мозга и установить их связь с нижними моторными нейронами.

К сожалению, надежды на такую регенеративную роль стволовых клеток у пациентов с БАС не реалистичны из-за непреодолимой на данный момент сложности этой задачи. Более реально ожидать от стволовых клеток, что они смогут поддерживать жизнедеятельность или улучшать выживаемость моторных нейронов.[3] Возможно индуцировать дифференцировку стволовых клеток в поддерживающие клетки, глию или вставочные нейроны, которые могли бы вырабатывать факторы, поддерживающие моторные нейроны или, возможно, стволовые клетки сами могут вырабатывать такие факторы.

О чем говорят имеющиеся данные?

Недавние данные (Clement [4]), полученные на модели химерной генноинженерной мыши, показывают, что моторные нейроны несут мутировавшие гены SOD1, а глиальные клетки несут здоровые гены. По сравнение с нехимерными мышами, у которых в моторных нейронах и во всех глиальных клетках имеются мутировавшие гены SOD1, выживаемость таких мышей лучше. Эти данные говорят о том, что, если здоровые стволовые клетки могли бы попасть в спинной мозг пациентов с БАС, их жизнь также могла бы продлиться. Остается установить, действительно ли механизм, компенсирующий определенную генетическую ошибку, будет применим у пациентов без данной ошибки. Тем не менее, даже если такой терапевтический метод был бы эффективен только у пациентов с врожденным заболеванием, это стало бы большим прогрессом.

В предыдущих экспериментах трансплантация в спинной мозг нейронов, полученных из клеточной линии человеческой тератомы, уменьшила дисфункцию и улучшила выживаемость у G93A SOD1 трансгенных мышей.[5] Более того, продолжительность жизни G93A SOD1 мышей была продлена внутривенным введением человеческой пуповинной крови. Было показано, что клетки мигрировали в спинной мозг и паренхиму головного мозга, продолжая жить в течение 10-12 недель после инъекции. Клетки оказали благотворное влияние, хотя лишь немногие из трансплантированных клеток экспрессировали нейрональные антигены.[6] В другом исследовании было показано, что клетки Сертоли (Sertoli cells) (которые не являются нейрональными стволовыми клетками), имплантированные в спиной мозг SOD1 трансгенных мышей, дали временную защиту расположенным по соседству моторным нейронам. Однако после вскрытия не было найдено живых клеток Сертоли.[7]

Проводились предварительные клинические испытания лечения БАС при помощи аутологичных гемопоэтических стволовых клеток. В одном исследовании трем пациентам интратекально (в оболочку спинного мозга) вводились очищенные клетки CD34+ периферической крови.[8] Через 6-12 месяцев не было обнаружено побочных эффектов, но о клинической эффективности не сообщались. В другом 7 пациентов получили внутриспинальную трансплантацию аутологичных стволовых клеток костного мозга.[9] Малозначительные послеоперационные неблагоприятные эффекты быстро проходили, но сила мышц продолжала уменьшаться. Через 3 месяца, однако, исследователи сообщили о тенденции к замедлению процесса снижения силы в группе проксимальной мышцы нижней конечности у 4 пациентов и небольшому увеличению силы у 2 пациентов. Отсутствие плацебо-контроля и длительного наблюдения в этом исследовании не позволяет сделать заключения об эффективности метода.

Исследования стволовых клеток: этика, экономика, политика и общественное здоровье

Ставился вопрос об этичности проведения исследований на человеке на ранней стадии исследований стволовых клеток,[10] с акцентом на рисках преждевременных клинических испытаний. [11] Сообщения о трансплантации стволовых клеток, проведенных в Китае без рассмотрения независимыми экспертами объективных данных по каждому пациенту до, сразу после и через длительное время после трансплантации, не предоставляют необходимой научной информации для установления безопасности и эффективности этого метода.[12]

"Критически важно, чтобы ученые и клиницисты были осторожны, планируя строго научные исследования, и особенно нужно сосредоточиться на ключевых лабораторных опытах, которые могут предоставить ответы на многие вопросы, которые сейчас стоят перед данным терапевтическим методом ", - писала Люси Бруиджн (Lucie Bruijn), директор по вопросам науки и вице-президент ассоциации БАС. - "Для того чтобы такая терапия была безопасна и имела возможность клинического применения, необходимо, чтобы были изучены свойства и сложности различных стволовых клеток.[13]"

В ответ на ограничение видов исследований стволовых клеток, которые могут получить федеральное финансирование, Американская Академия Неврологии и Американская Ассоциация Неврологии – две лидирующие профессиональные организации неврологов в Соединенных Штатах – выразили уверенность в том, что работы как с эмбриональными, так и со взрослыми стволовыми клетками должны проводиться тщательно и под строгим контролем. Члены этих организаций и общественность обеспокоены соблюдением важных этических норм в исследованиях эмбриональных стволовых клеток.[14]

Есть два круга научных проблем. Во-первых, из-за того, что вероятность успеха какого-либо отдельного исследования достаточно низка, для дальнейшего быстрого развития необходимы параллельные исследования в различных направлениях. Суть исследований - пробы и ошибки, которые выявляют неэффективные направления, таким образом позволяя сосредоточиться на более многообещающих. Между началом научных исследований и клиническим применением метода обычно проходит много времени. Поэтому любая задержка в определении терапевтического потенциала метода приводит к задержке внедрения этого метода лечения. Во-вторых, исключение определенных видов исследований из федерального финансирования может привести к выпадению таких исследований из поля зрения государства и потере контроля над ними, а также к переходу этих исследований в другие страны. А это может причинить ущерб как конкретным пациентам, так и всему сообществу пациентов, клиницистов и ученых.

В ноябре 2004 граждане Калифорнии на референдуме выразили свое согласие на финансирование исследований стволовых клеток, включая исследования эмбриональных стволовых клеток в размере $300 миллионов ежегодно на протяжении 10 лет. С тех пор и некоторые другие штаты (Иллинойс, Нью-Джерси, Мэриленд, Нью-Йорк, Делавэр и Висконсин) рассматривают или намереваются вынести на рассмотрение инициативу финансирования штатом исследований стволовых клеток, чтобы восполнить недостаток федерального финансирования. Причина этого отчасти в желании оставаться в первых рядах в области новых медицинских исследований и остановить "отток мозгов" в те штаты, которые обеспечивают таким работам благоприятные экономические условия.[15] Волновой эффект калифорнийской инициативы, как ожидается, приведет к ускоренному росту исследований стволовых клеток по всей стране.

Вывод

Исследования стволовых клеток дают надежду пациентам с БАС и могут привести к разработке новых методов лечения, замедляющих прогресс заболевания. Но эта надежда должна сочетаться с осторожностью, поскольку изучение стволовых клеток находится все еще на ранней стадии в общем, и отношении в БАС в частности, а также из-за ограниченной эффективности всех фармакологических воздействий на трансгенных мышей и больных с неврожденным БАС. В будущих исследованиях стволовых клеток клиницистам, ученым, а также участвующим в них пациентам, следует уделять пристальное внимание вопросам этики и научной строгости.

Литература:

1. Silani V, Fogh I, Ratti A, Sassone J, Ciammola A, Cova L. Stem cells in the treatment of amyotrophic lateral sclerosis. Amyotroph Lateral Scleros Other Motor Neuron Disord. 2002;3:173-181.
2. Silani V, Cova L, Ciammola A, Polli E. Stem-cell therapy for amyotrophic lateral sclerosis. Lancet. 2004;364:200-202. Abstract
3. Svendsen CN, Langston JW. Stem cells for parkinson disease and ALS: replacement or protection? Nature Med. 2004;10:224-225. Abstract
4. Clement AM, Nguyen MD, Roberts EA, et al. Wild-type nonneuronal cells extend survival of SOD1 mutant motor neurons in ALS mice. Science. 2003;302:113-117. Abstract
5. Garbuzova-Davis S, Willing AE, Milliken M, et al. Positive effect of transplantation of hNT neurons (N Tera 2/D1 cell-line) in a model of familial amyotrophic lateral sclerosis. Exp Neurol. 2003;174:169-180.
6. Garbuzova-Davis S, Willing AE, Zigova T, et al. Intravenous administration of human umbilical cord blood cells in a mouse model of amyotrophic lateral sclerosis: distribution, migration and differentiation. J Hematother Stem Cell Res. 2003;12:255-270. Abstract
7. Rosenfeld J, Hemendinger R, Malik S, Persinski R. Sertoli cells: a novel source of neuroprotective stem cells. Amyotroph Lateral Scleros Other Motor Neuron Disord. 2004;5(suppl2):53.
8. Janson CG, Ramesh TM, During MJ, et al. Human intrathecal transplantation of peripheral blood stem cells in amyotrophic lateral sclerosis. J Hematother Stem Cell Res. 2001;10:913-915. Abstract
9. Marzzini L, Fagioli F, Boccaletti R, et al. Stem cell therapy in amyotrophic lateral sclerosis: a methodologic approach in humans. Amyotroph Lateral Scleros Other Motor Neuron Disord. 2003;4:158-161.
10. Swash M. Stem cell therapy in human ALS. Amyotroph Lateral Scleros Other Motor Neuron Disord. 2003;4:133-134.
11. Silani V, Leigh N. Stem cell therapy for ALS: hope and reality. Amyotroph Lateral Scleros Other Motor Neuron Disord. 2003;4:8-10.
12. ALS Association. Clinical update: stem cell treatments in China. ALS Association. October 24, 2004. Available at: http://www.alsa.org/research/article.cfm?id=518&CFID=312966&CFTOKEN=63185226 Accessed January 5, 2005.
13. Bruijn L. A primer on stem cells. ALS Association. Available at: http://www.alsa.org/research/stem_cells.cfm Accessed January 5, 2005.
14. American Academy of Neurology. American Academy of Neurology and American Neurological Association announce support for embryonic and adult human stem cell research. October 26, 2004. Available at: http://www.aan.com/press/press/index.cfm?fuseaction=release.view&release=235 Accessed January 5, 2005.
15. Clark BE. WisBusiness.com: Thomson warns California may lure Wis. researchers. December 2, 2004. Available at: http://www.wisbusiness.com/index.iml?Article=28010 Accessed January 5, 2005.

По материалам: medscape.com

автор: Carmel Armon

Medscape Neurology & Neurosurgery

Источник: cmbt.su