Лечение дистрофии роговицы глаза стволовыми клетками

Введение

Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) — это гетерогенное клиническое состояние, при котором поражается центральная зона сетчатки или макулярная область, что ведет к стойкому снижению остроты зрения [1, 2]. Поражение макулярной области при этом характеризуется одним или несколькими из следующих признаков: образованием «сухих» или «влажных» друз, изменением пигментного эпителия сетчатки (ПЭС), географической атрофией пигментного эпителия и хориокапиллярного слоя в области центральной ямки сетчатки (фовеа), неоваскулярной или экссудативной макулопатией [3, 4].

На данный момент выделяют две основные формы развития ВМД: медленно прогрессирующая «сухая» форма и быстропрогрессирующая «влажная» или экссудативная форма, сопровождающаяся новообразованием сосудов. Обе формы ВМД с разной скоростью приводят к необратимой слепоте при атрофии ПЭС и фоторецепторов [5]. «Сухая» форма встречается в 85% случаев, а «влажная» форма — в 10–15%.

ВМД является основной причиной слепоты среди пожилых людей, особенно у лиц старше 70 лет. Ежегодно во всем мире регистрируется порядка 600 тыс. новых случаев заболевания [6]. Прогнозируемое количество людей с ВМД в 2020 г. достигнет 196 млн, увеличившись до 288 млн к 2040 г. [7].

Патогенез ВМД

Точная патофизиология ВМД не до конца понятна, существует множество теорий развития данного заболевания, однако результаты продолжающихся исследований расширяют наши знания о болезни и лежащих в ее основе механизмах. Считается, что патогенез ВМД является результатом сложного многофакторного взаимодействия метаболических, функциональных, генетических факторов и факторов окружающей среды [8].

При старении внутриклеточные остаточные тела, содержащие липофусцин, накапливаются в клетках ПЭС. Клетки ПЭС экспрессируют продукты жизнедеятельности, которые обычно удаляются хориокапиллярами, однако по мере того, как дисфункция ПЭС прогрессирует, изменяется и проницаемость мембраны Бруха, что приводит к накоплению экструдированного материала (друз) между двумя слоями. Появление друз может быть одиночным или сопровождаться утолщением коллагеновых слоев мембраны Бруха, дегенерацией коллагена и эластина и ее кальцификацией. Кроме того, было отмечено, что прорежение и истончение хориокапилляров у пациентов с ВМД могут внести свой вклад в снижение и затруднение удаления внеклеточного материала, что приводит к образованию друз [9].

Образование друз как сигнал нарушенной функции ПЭС при дальнейшем прогрессировании приводит к гибели фоторецепторов. Прогрессирующее повреждение мембраны Бруха с активацией фактора роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor — VEGF) способствует росту аномальных сосудов под сетчаткой, которые имеют субретинальные экстравазации и могут кровоточить, прежде чем регрессируют и образуют рубец. Таким образом, визуальный результат любой формы ВМД — это постоянная потеря центрального зрения [10].

В нескольких исследованиях изучали молекулярный путь, лежащий в основе атрофии и потери зрения. Этот путь описывает, что гибель ПЭС способствует потере фоторецепторов и, как следствие, постепенно приводит к потере зрения [11, 12].

Существующее лечение

В настоящее время доступные методы лечения включают в себя медикаментозную терапию с использованием препаратов, защищающих ткани глаза, укрепляющих сосудистую стенку, блокирующих свободные радикалы кислорода или антиоксиданты, возникающие при нарушении окислительно-восстановительных процессов, которые всегда сопровождают развитие дегенерации сетчатки и часто представляют собой одно из главных звеньев ее патогенеза [13]. Консервативная терапия эффективна лишь на ранних стадиях процесса, результаты ее нестабильны — она, как правило, помогает приостановить или замедлить дальнейшую потерю зрения, но не существенно его улучшить. Новые возможности в лечении заболеваний заднего отрезка глаза появились с применением лазерного лечения, комбинированных методов, сочетающих медикаментозное, реваскуляризирующее и метаболическое воздействие на пораженные ткани [14].

Использование анти-VEGF препаратов для лечения пациентов с «влажной» формой ВМД можно считать терапевтическим прорывом, за последнее десятилетие данная терапия стала «золотым стандартом» лечения неоваскулярной ВМД [15].

Однако ни один из ныне существующих методов лечения не может полностью справиться с таким заболеванием, как ВМД. Это говорит о том, что ВМД на данный момент можно считать инкурабельным заболеванием. Альтернативным или дополнительным методом патогенетически обоснованного лечения ВМД может быть такое направление регенеративной медицины, как клеточная терапия.

Регенеративная медицина

Быстрый прогресс в области регенеративной медицины открывает новые возможности лечения тяжелых заболеваний и расстройств, а также инкурабельных заболеваний. Масштабные усилия по разработке такого метода лечения, как заместительная клеточная терапия, уже начали удачно воплощаться в жизнь при таких заболеваниях, как сахарный диабет, паркинсонизм, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз, а также кардиологические заболевания [16, 17].

В организме человека обновление и восстановление тканей зависит от соматических стволовых клеток, и ткани глаза — не исключение [18, 19]. Стволовые клетки обладают внутренней способностью пролиферировать бесконечно, и по определению они способны дифференцироваться практически в любой тип клеток. Стволовые клетки широко классифицируются на (а) тотипотентные стволовые клетки, которые дифференцируются в эмбриональные и экстраэмбриональные ткани, (б) плюрипотентные стволовые клетки, которые образуют эмбриональные ткани (эктодерма, эндодерма и мезодерма) и (в) мультипотентные стволовые клетки, способные дифференцироваться в ограниченное число типов клеток (например, мезенхимальные стволовые клетки) [20].

Орган зрения имеет иммунную привилегированность по сравнению с другими органами в отношении развития и использования данного направления, т. к. иммунный ответ в тканях глаза снижен благодаря механизмам иммунологической толерантности, а в переднем отрезке глаза осуществляется по специфическому типу «иммунного отклонения, связанного с передней камерой». Это позволяет использовать в клеточной терапии не только аутологичные, но и аллогенные клетки, относительно длительно выживающие в организме реципиента без иммунного отторжения [21].

Ранние экспериментальные исследования показали, что стволовые клетки очень совместимы с сетчаткой и способны адаптироваться к мюллеровским, амакринным, биполярным, горизонтальным и глиальным клеткам и фоторецепторам [22, 23]. Например, несколько исследований демонстрировали, что субретинальная трансплантация зеленых флуоресцентных белковых положительных клеток — предшественников сетчатки в дегенеративные реципиенты сетчатки приводит к миграции трансплантированных клеток во внешний ядерный слой, к дифференцировке в иммуногистохимически идентифицируемые клетки фоторецепторов палочек и к улучшению показателей зрачковых световых реакций [24].

Мезенхимальные стволовые клетки

Взрослые стволовые клетки, такие как мезенхимальные стволовые клетки (МСК), являются одним из перспективных типов клеток с высоким потенциалом регенеративных свойств при различных заболеваниях. Из многих источников МСК хорошо известны костный мозг, жировая ткань, пульпа зуба, периферическая кровь, пуповинная кровь, а также печень и легкие плода. Cтволовые клетки, полученные из жировой ткани, особо привлекают внимание ученых [25].

Первоначальные исследования, демонстрирующие выделение клеток-предшественников из тканей глаза взрослого человека и успешную трансплантацию этих стволовых клеток в дегенерирующую сетчатку, вызвали широкий интерес у ученых-офтальмологов и стали толчком к развитию данного направления [26].

Имеются работы по исследованию эффективности стволовых клеток, ассоциированных со стромально-сосудистной фракцией жировой ткани, в лечении «сухой» формы ВМД. В ходе исследования стволовые клетки совместно с тромбоцитами вводились в супрахориоидальное пространство — спустя 6 мес. было получено достоверное улучшение остроты зрения, увеличение чувствительности сетчатки, а также изменения данных оптической когерентной томографии [27].

Не могут не обратить на себя внимания последние достижения в технологии трехмерной (3D) биопечати — с помощью специального принтера можно наносить и наслаивать строительные блоки-биоиндикаторы. МСК были предложены в этой технологии 3D-биопечати для воссоздания сетчатки [28, 29].

Эмбриональные стволовые клетки

Плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), обладая конститутивной способностью дифференцироваться во все типы клеток и обширным миграционным потенциалом, являются идеальными кандидатами для лечения заболеваний сетчатки человека. Результаты последних экспериментальных работ доказывают их уникальные свойства.

Ученые из Китая опубликовали результаты своего исследования, в ходе которого ими была разработана линия клинических ЭСК человека, которые дифференцировались в пигментные эпителиальные клетки сетчатки. Было начато клиническое исследование с участием 3 пациентов с «влажной» формой ВМД, чтобы изучить безопасность и переносимость трансплантации. Суспензию из таких клеток инъецировали в субфовеальный карман после удаления неоваскуляризированной мембраны хориоидеи. Пациенты наблюдались в течение 12 мес., при этом не отмечалось никаких побочных эффектов от трансплантации. Анатомические данные свидетельствуют о возникновении нового клеточного слоя, подобного ПЭС, в ранее поврежденной области, а визуальное и физиологическое тестирование показало ограниченное функциональное улучшение [30].

В марте в рамках Лондонского проекта по лечению слепоты, осуществленного исследователями из Лондонского университета совместно с глазной больницей Moorfields, было объявлено о результатах испытания, в котором у 2 пациентов с ВМД применяли биоинженерный пластырь, содержащий клетки сетчатки, полученные из ЭСК человека [31]. Пластырь с использованием коаксиальных стволовых клеток дифференцировался в ПЭС — монослой клеток, который формирует интерфейс между сетчаткой и кровеносной системой, поврежденный у людей с ВМД. Ученые смогли заменить участок поврежденного эпителия здоровыми клетками путем хирургического крепления пластыря к основанию сетчатки. Оба реципиента хорошо переносили процедуру (так же, как в аналогичном исследовании в Японии) [32]. Однако, в отличие от японского исследования, оба участника исследования Лондонского проекта сообщили об улучшении своего зрения.

Поиск способов облегчения перемещения клеток в необходимое положение, приживления и удержания трансплантированных клеток в желательных тканях для реализации полного регенеративного потенциала, обеспечиваемого стволовыми клетками, увеличения выживаемости и жизнеспособности трансплантированных клеток стал основанием для многих исследований, в т. ч. таких свойств стволовых клеток, которые способны облегчить иммуносупрессивную терапию после их клинической аллотрансплантации [33].

Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки

Программирование дифференцированных соматических клеток путем принудительной экспрессии специфических факторов транскрипции может индуцировать превращение соматических клеток в ЭСК-подобные клетки с плюрипотентными качествами [34, 35].

Было выполнено несколько исследований, демонстрирующих превращение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (ИПСК) в клетки, подобные клеткам ПЭС, обладающие собственной пигментацией, способностью к плотным соединениям, экспрессией специфичного белка ПЭС, а также свойствами сцепления и органичного функционирования с наружными сегментами фоторецепторов [36].
ИПСК от пациентов с пигментным ретинитом были использованы в качестве клеточной платформы для скрининга лекарств, которые могли бы уменьшить вредные последствия точечных мутаций родопсина [37]. А в недавних исследованиях ИПСК были дифференцированы в зрелые ганглиозные клетки сетчатки, способные передавать потенциалы действия [38, 39].

Отечественные достижения регенеративной медицины

Внимание отечественных ученых привлекли собственные прогениторные клетки глаза, обнаруженные в лимбальной области [40]. Успешные результаты конструирования биокератопротезного комплекса из лимбальных мезенхимальных мультипотентных стволовых клеток в эксперименте in vitro дают основания считать предложенную конструкцию пригодной для проведения дальнейших экспериментов in vivo [41].

В настоящее время была предложена технология создания сфероидов, направленная на разработку уникальных репаративных клеточных модулей, поддерживающих функциональный потенциал уникальных клеток лимба, и микротканей для лечения различных патологий как переднего, так и заднего отрезка глаза [42].

Перспективным источником для регенеративной медицины представляются и эпителиальные клетки роговицы, обладающие должной пластичностью и способные культивироваться in vitro, а также являющиеся высокоперспективными в качестве модели для исследования и источника клеток для биоискусственной роговицы [43]. Разработан эффективный способ выделения заднего эпителия (эндотелия) клеток роговицы [44, 45].

3D-клеточные культуры мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток и ПЭС были рассмотрены в качестве эффективного способа лечения, обеспечивающего безопасную и длительную нейропротекцию в лечении нейродегенеративных заболеваний органа зрения [46, 47].

Была разработана успешная технология культивирования МСК с магнитными частицами для субретинального введения [48].

В работе сотрудников отдела травматологии и реконструктивной хирургии ФГБУ «МНИИ ГБ им. Гельмгольца» Минздрава России доказаны безопасность и эффективность интравитреальной, ретробульбарной и супрахорио­идальной трансплантации нейральных стволовых/прогениторных клеток в условиях эксперимента. Авторами на основе результатов комплексных клинических, электроретинографических и гистологических исследований было показано, что супрахориоидальное введение нейрональных и мезенхимальных стволовых клеток в разработанных дозах оказывает нейропротекторное воздействие, наиболее выраженное для функции фоторецепторов и клеток Мюллера после моделирования лазерного повреждения сетчатки кроликов и ретинальной ишемии. На отдаленных сроках трансплантация стволовых клеток способствует ускорению процесса восстановления функции сетчатки.

Заключение

Анализ научной литературы, в которой приводятся результаты исследований, направленных на совершенствование технологий клеточной терапии и регенеративной медицины, к сожалению, свидетельствует об отставании развития отечественной регенеративной медицины в офтальмологической практике от международных аналогов, что в основном связано с отсутствием необходимого законодательного фундамента. Успешные и результативные исследования стволовых клеток, а также стремительный рост распространенности инкурабельных заболеваний указывают на необходимость устранения данной проблемы.

Сведения об авторах:

1Мошетова Лариса Константиновна — д.м.н., профессор, академик РАН, заведующая кафедрой офтальмологии,ORCID iD: 0000-0002-5899-2714;

1Абрамова Ольга Игоревна — аспирант кафедры офтальмологии, ORCID iD 0000-0002-6156-6126;

2,3 Сабурина Ирина Николаевна — д.б.н., профессор, главный научный сотрудник, заведующая лабораторией, ORCID iD 0000-0003-2014-2535;

1Туркина Ксения Ивановна — к.м.н., доцент кафедры офтальмологии.. ORCID iD 0000-0002-4989-7467.

1ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России. Россия, 125993, г. Москва, ул. Баррикадная, д. 2/1.

2НИИ молекулярной и персонализированной медицины, ФГБОУ ДПО РМАНПО Минздрава России. Россия, 125284, г. Москва, 2-й Боткинский пр-д, д. 7, корп. 2.

3ФГБНУ «НИИОПП». Россия, 125315, г. Москва, ул. Балтийская, д. 8.

Контактная информация: Абрамова Ольга Игоревна, e-mail: abramovao2019@mail.ru. Прозрачность финансовой деятельности: никто из авторов не имеет финансовой заинтересованности в представленных материалах или методах. Конфликт интересов отсутствует. Статья поступила 17.07.2019.

About the authors:

1Larisa K. Moshetova — MD, PhD, Academician of RAS, Head of the Department of Ophthalmology, ORCID iD: 0000-0002-5899-2714;

1Olga I. Abramova — MD, postgraduate student of the Department of Ophthalmology, ORCID iD 0000-0002-6156-6126;

2,3Irina N. Saburina — PhD, Professor, Principal Researcher, Head of Laboratory, ORCID iD 0000-0003-2014-2535;

1Kseniya I. Turkina — MD, PhD, associate professor of the Department of Ophthalmology, ORCID iD 0000-0002-4989-7467.

1Russian Medical Academy of Continuous Professional Education. 2/1, Barrikadnaya Str., Moscow, 125993, Russian Federation.

2Institute for Molecular and Personalized Medicine. 7, Build. 2, 2nd Botkinskiy Pass., Moscow, 125284, Russian Federation.

3Institute of General Pathology and Pathophysiology.
8, Baltijskaya Str., Moscow, 125315, Russian Federation.

Contact information: Olga I. Abramova, e-mail: abramovao2019@mail.ru. Financial Disclosure: no author has a financial or property interest in any material or method mentioned. There is no conflict of interests. Received 17.07.2019.