Лечение роговицы стволовыми клетками
Инженеры из Шеффилдского Университета (Англия) разработали новую методику лечения глаз стволовыми клетками, которая, по их мнению, поможет естественному восстановлению глаз, поврежденных в результате несчастного случая или болезни. Эта методика сможет помочь миллионам людей по всему миру сохранить и даже восстановить их зрение.
В исследовании, опубликованном в журнале Acta Biomaterialia, группа исследователей описывает новый метод создания мембран с целью имплантации в глаз стволовых клеток, которые имитируют структурные свойства глаза. Эта технология предназначена для лечения повреждений роговицы, которые являются одним из основных факторов, приводящих к слепоте на планете.
Используя комбинацию методов, известных как микростереолитография и электроспиннинг (электроформование), исследователи смогли создать диск из биоразрушаемого материала, который может быть закреплен на поверхности роговицы. Этот диск заполнен стволовыми клетками, которые вскоре размножаются, позволяя организму излечить глаз естественным образом.
«У диска есть наружное кольцо, содержащее карманы, куда помещены стволовые клетки из здорового глаза пациента», — объясняет доктор Илида Ортега Асенцио с Шеффилдского инженерного факультета. «Слой материала вдоль центра диска – тоньше, чем само кольцо, и материал будет биологически распадаться быстрее, позволяя стволовым клеткам разрастись вдоль поверхности глаза для восстановления роговицы».
Основной атрибут диска — ниши или карманы для размещения и сохранности в них стволовых клеток, подобные нишам, существующим вокруг края здоровой роговицы. Стандартное лечение роговичной слепоты включает в себя трансплантацию роговицы или пересадку стволовых клеток в глаз с использованием донорской амниотической оболочки человека в качестве временного носителя для доставки этих клеток к глазу. Для некоторых пациентов такое лечение спустя несколько лет может закончиться неудачно, так как излечиваемый глаз не содержит стволовых клеток, необходимых для текущего восстановления роговицы. Без постоянного восстановления вокруг роговицы образуется белая толстая рубцовая ткань, что влечет частичную или полную потерю зрения. Исследователи спроектировали небольшие карманы, которые встроены в мембрану с целью собрать клетки вместе в этом резервуаре дочерних клеток, чтобы поддерживать в глазу здоровую популяцию стволовых клеток.
«Лабораторные испытания показали, что мембраны поддерживают рост клеток, поэтому следующим этапом является проверка метода на пациентах из Индии, работающих с нашими коллегами в Институте глазных болезней в Хайдарабаде, — говорит профессор Шейла Макнейл. Одним из преимуществ нашей конструкции является то, что мы создали диск из материалов, которые уже используются как биораспадающиеся материалы для создания швов в глазу, — и мы уверены, что они не вызовут проблем в организме».
Лечение роговичной слепоты является особенно актуальной проблемой в развивающихся странах, в которых высок процент случаев химического или травматического поражения глаз, а сложное лечение – такое, как трансплантация или пересадка амниотической оболочки – недоступно для большинства населения.
Эта методика имеет значение также и для более развитых стран – таких, как Великобритания и Соединенные Штаты Америки, — утверждает доктор Фредерик Клейссенс: «Текущие методы лечения роговичной слепоты основываются на донорской ткани для доставки культивированных клеток, что подразумевает наличие банка тканей. Но не у каждого есть доступ к такому банку и абсолютно невозможно полностью устранить все риски переноса болезни при работе с живой человеческой тканью», — говорит он. «При использовании искусственного материала некоторые риски для пациентов будут исключены, и этот материал станет доступным для всех хирургов. Мы также надеемся, что полный цикл лечения с использованием таких дисков будет не только лучше, чем текущие курсы лечения, но, наряду с этим, и дешевле».
Материал подготовлен: Theochem
Источник
Просмотров: 274
Новое исследование, проведенное учеными из Университета Ньюкасла, Великобритания, раскрывает потенциальный революционный метод лечения травм глаз и предотвращения слепоты — путем размягчения ткани, принимающей стволовые клетки, которые затем помогают восстанавливать раны внутри тела.
Команда обнаружила, что простое применение размягчающего ткани фермента коллагеназы предотвращает потерю стволовых клеток роговицы после травмы и может предотвратить потерю зрения пациентами. Это дает надежду почти 500 000 человекам в год, которые теряют зрение из-за химических ожогов, включая кислотные атаки.
Исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications и финансируемое Советом Медицинских Исследований, показывает, что сохранение стволовых клеток роговицы в мягкой среде имеет основополагающее значение для их размножения, самообновления и способности исцелять поврежденные ткани.
Только представьте
Это открытие стало возможным благодаря разработке сложного метода микроскопии, который позволяет визуализировать физические свойства биологических тканей с очень высоким разрешением. Используя эту технологию в сотрудничестве с экспертами в области фотоники из Имперского Колледжа Лондона, команда смогла определить, что ниша стволовых клеток роговицы — область ткани в роговице, где живут стволовые клетки — является гораздо более мягкой средой, чем остальная часть ткани.
Ученые также обнаружили, что отвердение ниши приводит к созреванию стволовых клеток и потере их самообновляющихся и ранозаживляющих свойств.
Д-р Рикардо Говея, научный сотрудник Университета Ньюкасла и первый автор статьи, сказал: «Это исследование демонстрирует потенциально новый способ лечения травм путем изменения жесткости природной среды, в которой мы показали изменения поведения взрослых стволовых клеток. Наш подход к визуализации предоставляет ценный инструмент для анализа живых клеток в роговице, а также для дальнейшего изучения новых методов лечения для восстановления или даже улучшения их функции.»
Новый взгляд на роговицу
Как самый внешний слой человеческого глаза, роговица играет важную роль в фокусировке зрения, но многие процессы, обеспечивающие ее прозрачность и устойчивость к повреждениям, пока не очень хорошо изучены. Как и кожа, роговица покрыта многослойным эпителием, образующим барьер для предотвращения повреждений и вторжения микроорганизмов. Но в отличие от кожи, когда происходит повреждение, эпителий роговицы восстанавливается стволовыми клетками, сгруппированными на периферии ткани, сначала быстро разделяясь в большом количестве, а затем мигрируя к поврежденному месту как созревшие эпителиальные клетки, чтобы запечатать рану.
Однако этот процесс заживления может быть скомпрометирован, когда травмы достигают ниши стволовых клеток. Опубликованное в настоящее время исследование имеет важное значение для разработки новых способов лечения такого рода повреждений.
Директор этого исследования и руководитель лаборатории тканевой инженерии Университета Ньюкасла, профессор Че Коннон, объяснил: «Теперь мы можем доказать, что роговица становится более жесткой при воздействии травм, таких как те, которые вызваны тем, что обычно называют химическими ожогами, и продемонстрировать, что заживление ран нарушается из-за дифференцировки стволовых клеток в ответ на отвердение их, обычно мягкой, ниши, а не потому, что они уничтожены в следствии травмы, как считалось ранее.»
«Это важная разработка в области биологии роговицы, и позволяет нам лучше понять, как работает зрение. Но что еще более важно, оно предоставляет нам новый набор стратегий для лечения глазных заболеваний, которые до сих пор были неоперабельными. Мы называем эти менее инвазивные стратегии Биомеханической Модуляционной Терапией (Biomechanical Modulation Therapies).»
От лабораторного стола до больничной койки
В работе исследователи из Ньюкасла, сотрудничая с учеными из Университета Миссури, США, также разработали «доказывающую концепцию» терапию, чтобы помочь восстановить функцию стволовых клеток роговицы и улучшить регенерацию тканей после химических ожогов глаз.
Используя живые ткани роговицы в качестве модельной системы, команда воссоздала эффекты химических ожогов. После лечения поврежденных, затвердевших участков роговицы с использованием небольших и локализованных доз коллагеназы, размягчающего ткани фермента для восстановления ниши стволовых клеток, она снова стала мягкой и способной поддерживать стволовые клетки и способствовать заживлению. Эта формула коллагеназы уже была одобрена для аналогичных терапевтических применений и Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (US Food and Drug Administration) и Европейским агентством лекарственных средств (European Medicine Agency).
Д-р Говея добавил: «Мы показываем, что местное применение коллагеназы безопасно и эффективно в восстановлении нормальной жесткости роговицы и помогает регенерации тканей, предотвращая дифференцировку и потерю взрослых стволовых клеток после таких травм. Мы были также удивлены, обнаружив, что способность раны заживать не была напрямую вызвана отсутствием стволовых клеток, а скорее из-за окружающей среды, в которой эти клетки подвергаются воздействию. Это действительно делает нашу терапию революционной.»
Ученые считают, что тот же метод может быть применен для смягчения ситуации с нехваткой роговицы, доступной для трансплантации почти 5 миллионами людей, страдающих от полной слепоты из-за рубцов роговицы, вызванных ожогами, рваными ранами, ссадинами или другими заболеваниями. Кроме того, по оценкам, десять миллионов человек во всем мире нуждаются в хирургическом вмешательстве для профилактики слепоты роговицы в результате таких заболеваний, как трахома — инфекционное заболевание глаз, затрагивающее многих людей в развивающихся странах. Существует реальная и насущная необходимость в новых методах лечения этих заболеваний, которые являются простыми и дешевыми.
Ученые намерены и дальше расширять исследования, работая с партнерами по здравоохранению для дальнейшей проверки потенциала этого исследования. Профессор Коннон объяснил: «Наши исследования показывают, что стволовые клетки роговицы растут лучше в более мягких условиях. Теперь мы, опираясь на эти знания, хотим протестировать этот метод у пациентов, используя биомеханическую модуляционную терапию для воссоздания подходящей среды для стволовых клеток роговицы, чтобы дать им возможность расти в организме, когда их первоначальная ниша поставлена под угрозу травмой или болезнью.
«Мы также считаем, что наше исследование имеет отношение к другим научным и медицинским областям за пределами исследований роговицы и может помочь в изучении, диагностике и лечении таких заболеваний, как рак, где отвердение опухоли является известным маркером агрессивного поведения раковых клеток и метастазов.»
Источник: Newcastle University
Дополнительная информация:
Источник
Итальянские стволовые клетки
Александра Брутер, Полит.ру
Значимое событие произошло в феврале в области лечения стволовыми клетками. Раньше в массовой терапии использовались только стволовые клетки крови. Теперь впервые регулирующий орган европейской страны одобрил коммерческое применение другого типа стволовых клеток для лечения больных людей.
Стволовые клетки крови использовались уже давно: пересадка костного мозга, проводимая людям с пролиферативными заболеваниями (раком) крови или людям, – это и есть замещение собственных стволовых клеток крови пациента на донорские клетки. Прогресс этого метода связан, в основном, с двумя вещами: более тщательным подбором доноров и разработкой методик выращивания большого количества стволовых клеток из небольшого. В частности, у донора сейчас берут уже не костный мозг, а кровь из вены, в крови находят стволовые клетки и их размножают.
Клетки крови недолго живут и часто обновляются. Поэтому у стволовых клеток крови пролиферативный потенциал (то есть способность делиться) выше, чем у других клеток, и для них задача интенсивного размножения в культуре была решена раньше всех.
Новый терапевтический метод зарегистрирован под названием Холоклар (Holoclar). Интервью с его автором, итальянкой Грациеллой Пеллегрини опубликовал журнал Nature (Alison Abbott, Behind the scenes of the world’s first commercial stem-cell therapy). Холоклар предназначен для лечения слепоты, возникшей из-за ожога.
На внешней поверхности глаза находится роговица. Она прозрачна, снаружи выпукла, а если смотреть изнутри глаза – вогнута. Роговица играет роль собирающей линзы, на нее приходится примерно две трети всей оптической силы глаза. Роговица частично состоит из живых клеток, а частично из высокомолекулярных белков матрикса: коллагена, ламинина и т.п. Чтобы роговица оставалась прозрачной, гладкой и здоровой, ее клетки должны обновляться. Обновляются клетки за счет деления стволовых клеток, находящихся в специальной нише – лимбе роговицы. Лимб – это тонкая полоса, проходящая по границе роговицы и белковой оболочки – склеры (часто называемой глазным белком).
Рисунок из Википедии – ВМ
Когда лимб поврежден, например, из-за ожога, белок начинает нарастать на роговицу, в роговицу прорастают сосуды, она утрачивает прозрачность, начинается воспаление, и человек в результате может утратить зрение, да и воспаление часто становится хроническим. Поправить положение могли бы стволовые клетки, если бы смогли снова заселить лимб в нужном количестве.
Иногда оказывается так, что не все стволовые клетки погибли, но оставшихся слишком мало, чтобы справиться с задачей. Именно таким клеткам могут помочь врачи. Для успеха авторам методики хватает неповрежденного фрагмента лимба размером 1 на 2 мм (диаметр роговицы равен примерно 10 мм, значит, длина границы, на которой находится лимб, составляет примерно 30 мм, ширина лимба – 1-1,5 мм, то есть достаточно всего нескольких процентов).
Оставшийся неповрежденным фрагмент культивируется на подложке из модифицированного фибрина – полимера, участвующего в свертывании крови и формировании тромба. Фибрин обладает двумя нужным свойствами: он жесткий, то есть, выращенные клетки можно будет на такой подложке перенести в глаз и трансплантировать, и он сам деградирует через некоторое время после трансплантации; для деградации фибрина у организма есть специальные методы, поскольку часто приходится растворять отслужившие свое тромбы.
Подбор среды для выращивания клеток позволяет им размножаться гораздо быстрее, чем они размножались бы в естественных условиях при постоянном воспалительном процессе. Готовым к трансплантации авторы методики считали фрагмент, содержащий 3000 стволовых клеток.
Авторы разработки говорят, что только в Европе каждый год в результате несчастных случаев у них появляется около тысячи новых пациентов: людей, пострадавших от ожогов, но сохранивших часть лимба неповрежденной.
Судьба изобретения складывалась очень непросто. Его авторы – итальянцы, и работали они в Италии. В Италии биомедицинские научные разработки поддерживают мало, и ученым приходилось непросто. Грациелла Пеллегрини и Мишель де Лука начали работать над этой темой еще в 1990 году в Женеве. В 1996 году они перебрались в католический госпиталь в Риме, но там были не слишком заинтересованы в превращении фундаментальных разработок в лекарство для людей, и авторы отправились в Венецию. В 1997 году исследователи опубликовали первые результаты: они применили технологию к первым двум полностью ослепшим пациентам, и к ним вернулось зрение. Хотя на пути к массовому клиническому применению авторы преодолели множество сложностей, они не сдались, хотя многие другие ученые наверняка бы решили, что это занятие не для них, и лучше они переключатся на решение какой-нибудь другой фундаментальной задачи. На вопрос «Почему?» Грациелла Пеллегрини в интервью ответила, что, во-первых, дело в ее итальянском характере, а, во-вторых, она видела, как к людям после 20 лет слепоты возвращается зрение. Как после этого остановиться?
В 2008 году в Модене был организован Центр регенеративной медицины Стефано Феррари, и исследование заканчивалось уже там. В 2010 году было опубликовано уже более масштабное исследование (Rama et al., Limbal stem-cell therapy and long-term corneal regeneration // N Engl J Med., 2010), включавшее 112 пациентов. К 86 пациентам вернулось зрение, еще у нескольких наступили частичные улучшения.
Прежде чем метод лечения стало можно массово использовать, ученым пришлось решить довольно много отдельных задач. В частности, выяснилось, что с области лимба есть разные стволовые клетки, и не каждое их соотношение гарантирует успех при трансплантации. В ходе исследования выяснилось, что нужные стволовые клетки могут быть обнаружены по наличию в них белка p63. Этот белок регуляторный, он запускает синтез в клетке определенных белков и необходим для поддержания клеток в состоянии стволовости. Клетки, в которых этот белок был, оказались необходимы для восстановления зрения. Когда среди пересаживаемых клеток было больше 3% клеток, несущих белок, 78% трансплантаций вели к восстановлению зрения, а, когда меньше 3% – около 11%.
Еще одна задача, на решение которой ушло много времени – это создание подложки для выращивания клеток, обладающей необходимыми свойствами. Первые подложки были слишком хрупкими, и с трансплантацией возникали проблемы.
Примечательна эта история не только с научной точки зрения (с научной точки зрения вопрос решен публикацией 2010 года), а как пример взаимодействия науки и общества.
Здесь науке было что предложить обществу, но вся отрасль находится на такой ранней ступени развития, что механизмы такого предложения вообще не разработаны. Общество хочет быть уверено, что научная новинка и безопасна, и полезна. В 2007 году в Евросоюзе были приняты новые стандарты для разрабатываемых терапевтических методов. Последние семь лет авторы работы провели в непрерывном общении с соответствующими регулирующими органами, доказывая, что их методики безопасны и воспроизводимы – то есть всех больных лечат одинаково. Итальянские ученые – первые, кому удалось преодолеть всю эту процедуру и получить одобрение регулирующих органов на использование своих клеточных технологий. Возможно, их последователям будет легче, но даже для обычных только что разработанных лекарств, представляющих из себя химическое вещество, этот процесс может занять десяток лет.
Хотя Италия и в минимальной степени по европейским меркам поддерживает развитие биотехнологической отрасли, там время от времени происходят довольно знаковые для отрасли события, как положительные, так и отрицательные.
В Италии разворачивается (и, мы надеемся, вошел в заключительную фазу) громкий скандал вокруг фонда Стамина (Stamina Foundation). Фонд был основан доктором Давидом Ваннони в 2009 году и занимался, по сути, шарлатанством, предлагая (естественно, не бесплатно) стволовые клетки как лекарство от всех болезней. В основном они лечили от нейродегенеративных заболеваний мезенхимальными стволовыми клетками. Мезенхимальные стволовые клетки легко получить, например, из жировой ткани. Авторы утверждали, что эти клетки превращаются в нейроны и сами встраиваются в нужные места. Ни безопасность, ни даже эффективность их «лекарств» никогда не была доказана, доктор Ваннони никогда не публиковал ничего похожего в рецензируемых журналах. Но у фонда было много сторонников, организовывались даже демонстрации в поддержку.
В 2013 году под действием научной и медицинской общественности итальянское правительство, наконец, инициировало клинические испытания метода, и в августе 2014 года суд города Турина постановил конфисковать оборудование и клетки из лабораторий Стамины.
Другое событие, связанное с биотехнологией и произошедшее в Италии окрашено положительно. В 1992 году здесь состоялись одни из первых клинических испытаний генной терапии врожденного генетически обусловленного иммунодефицита. Дети, рожденные с такой болезнью, вынуждены жить в полной изоляции и почти стерильных условиях. Любая встреча с инфекцией для них чревата смертью. Испытания оказались успешными.
Портал «Вечная молодость» https://vechnayamolodost.ru
10.03.2015
Источник
