Регенеративная медицина что это такое
Что такое регенеративная медицина
Несколько десятков лет назад возможность компенсировать функции утраченных органов или полностью заменить их казалась казуистикой. За десятилетия медицина продвинулась так далеко, что уже активно обсуждаются полное избавление человека от заболеваний и продление жизни. Регенеративная медицина получила не только признание, но и большие инвестиции вкупе с государственной поддержкой.
Регенерация как возможность сохранения здоровья
Человеку свойственна регенерация. До 11 лет организм способен восстановить утраченный кончик пальца, на протяжении всей жизни — заживлять повреждения мягких тканей и переломы.
Ее задача — научить стволовые клетки дифференцироваться в специализированные, которые полностью восстановят функцию утраченных органов.
Исторические факты
Впервые этот термин был использован в 1992 г. Леландом Кайзером. Он описал медицину будущего и возможность избавления от хронических заболеваний.
Дальнейшие опорные моменты развития отрасли можно представить следующим образом:
Сегодня вопросы восстановления регенерации изучаются во всех развитых странах мира.
Работает свыше 2000 научных центров, открытия разной степени важности регистрируются практически ежедневно.
Что такое регенеративная медицина
Регенеративная медицина — новый метод лечения, способный восстановить целостность разрушенных болезнью или травмой органов при использовании стволовых клеток животного или человека.
Направление располагается на стыке биологии, генной инженерии и практической медицины. В ближайшие годы отрасль может полностью изменить жизнь людей, избавив их от хронических и неизлечимых патологий, продлив им молодость.
Классы стволовых клеток
В зависимости от источника получения, начальные клетки можно классифицировать следующим образом:
Также возможно подразделение клеток (и, соответственно, способа трансплантации) на аутологичные и аллогенные. Критерий классификации — принадлежность организму.
Аутологичные
Представляют из себя собственные клетки человека. При аутологичной трансплантации они изымаются, хранятся некоторое время, а затем возвращаются. Чаще трансплантируются гемопоэтические и сердечные клетки, используемые для лечения дегенерации миокарда.
Аллогенные
При аллогенной трансплантации в роли донора и реципиента выступают разные люди.
Основными источниками при этом являются:
Аллогенная трансплантация всегда сопряжена с рисками. Современная регенеративная медицина смогла снизить вероятность отторжения с 70-90% до 10-50%.
Виды стволовых клеток
В зависимости от потентности (способности производить другие типы клеток), клетки бывают:
Несмотря на разнообразие, широкое практическое применение в медицине нашли только мультипотентные. Они и служат предметом большинства научных исследований.
Типы мультипотентных стволовых клеток
Мультипотентные клетки подразделяются на:
Мультипотентные клетки содержат фактор роста и могут модулировать воспалительную реакцию, способны самостоятельно переходить в ткани. Поэтому они привлекают внимание травматологов, проктологов и общих хирургов всего мира.
Жировая ткань в регенеративной терапии
Жировая ткань — второй по важности источник мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК).
Жировое депо имеет массу преимуществ по сравнению с костным мозгом. Среди них:
Клетки жировой ткани перед введением в организм требуют тщательного и длительного выделения и культивирования в питательных средах.
Их использование без предварительного выращивания не оправдано.
Применение регенеративной медицины для лечения заболеваний
Отрасль реализует себя, когда остается мало шансов не только на выздоровление, но и на сохранение жизни. Основными пациентами являются лица с онкологическими и наследственными патологиями, орфанными болезнями.
Все чаще технологии регенеративной медицины используют для эстетических и косметологических целей. Они позволяют устранить дефекты после массивных операций и травм.
Диабет
Стволовые жировые клетки могут быть внедрены в печень. После трансплантации они начинают делиться и вырабатывать инсулин — основной гормон поджелудочной железы.
Печень компенсирует эндокринную функцию панкреатической железы, позволяя облегчить течение сахарного диабета или вылечить его. На сегодня исследования выполнялись только на грызунах.
Гепатология
ММСК костного мозга оправдали себя при использовании с целью запуска регенерации клеток печени. Технология позволяет полностью восстановить функцию гепатоцитов при тяжелых формах печеночной недостаточности (жировом гепатозе, циррозе).
Сердечно-сосудистые болезни
Пересадка юных клеток из сердца свиньи позволяет устранить дегенеративные изменения миокарда человека после перенесенной ишемии. Технология основана на идентичности свиного и человеческого сердец и ждет исследований на людях. Способ позволит вылечить неподдающуюся медикаментозной терапии аритмию или сердечную недостаточность.
Глазные болезни
Регенерация используется для устранения врожденных и приобретенных дефектов роговицы глаза. Технология применяется в целях терапии ожогов и рубцов (после тяжелых травм и инфекционных заболеваний) роговицы.
Нервные болезни
Опыты на крысах и мышах демонстрируют способность эмбриональных клеток возвращать подвижность парализованным конечностям. В экспериментах ученые вводили их грызунам прямо в спинной мозг. Методика ждет признания и исследования на людях. Она поможет бороться с остаточными явлениями после инсульта.
Ортопедия и травматология
Сегодня медицина уже способна искусственно создавать протезы хрящей и суставов, выращивать их внутри организма. Для этого применяются аутологичные регенеративные концентраты. Опробовано восстановление тканей не только опорно-двигательного аппарата, но и внутреннего уха и глаза.
Стоматология
Медикаменты на основе аллогенных фибробластов и кератиноцитов человека, бычьего коллагена могут быть введены в ткани челюстно-лицевой области. Данный метод восстанавливает целостность мягких тканей десны и челюстей без лоскутных пересадок.
Косметология
Плазма, обогащенная тромбоцитами, и мезенхимальные клетки используются для избавления от признаков старения кожи. После их введения запускаются процессы регенерации, синтеза коллагеновых и эластиновых волокон. Кожа становится гладкой и эластичной, мелкие морщины разглаживаются.
Уретропластика
Использование трансинженерных систем для запуска регенерации уротелия позволяет полностью восстановить проходимость протоков мочевыделительной системы и функцию эпителия. Направление применяется для устранения дефектов эпителия, полученных в ходе поражения конкрементами, инородными телами или опухолью.
Облысение
Ученые научились внедрять клонированные волосяные фолликулы в очаги облысения волосистой части головы. Затем в зоне вмешательства выполняется стимуляция, запускается рост волос. Можно полностью излечить наследственное облысение, которое не реагирует на лечение.
Лидеры в области регенеративной медицины
Рынок находится на этапе зарождения, выделить лидеров пока сложно. Аналитики прогнозируют быстрый рост объема инвестиций всех компаний, расположенных преимущественно на территории США.
Спрос на донорские органы
Сегодня в мире спрос на донорские органы чрезвычайно высок. Например, только в России ежегодно требуется свыше 18 000-25 000 трансплантаций органов. Однако только 5-10% больных получают необходимую помощь.
Направление тормозится ввиду этических и моральных аспектов, которые в некоторых странах установлены на законодательном уровне.
Вопросы морального характера
Дифференцированные стволовые клетки помогают побороть рак и заболевания крови, но их количество и области внедрения ограничены. Наиболее ценным источником считаются эмбрионы, однако юридические и моральные нормы не позволяют добывать из них клетки в неограниченном количестве. Большинство исследований пока ограничиваются организмами животных.
Доступные аптечные препараты
Для лечения большого числа патологий выпускаются такие препараты:
Рынок медикаментов расширяется рекордными темпами. Сейчас свыше 5 000 препаратов проходят регистрацию.
Медицинские учреждения
Научно-исследовательские центры и организации практической медицины расположены по всему миру. Большая их часть сосредоточена на территории Европы и Северной Америки. В России функционирует свыше 45 структур, занимающихся изучением и внедрением в лечебную работу последних достижений медицины в области регенерации.
Перспективы лечения стволовыми клетками
Медицина уже способна избавить человека от цирроза или последствий инфаркта миокарда, восполнить грубые дефекты после травм или операций, компенсировать пороки развития внутренних органов, вновь подарить сенсорные функции.
Отрасль имеет большие перспективы развития и ставит перед собой запредельные задачи (достижение абсолютного здоровья и бессмертия, избавление от страданий), которые скоро могут стать реальностью.
Прогнозы на ближайшее будущее
По оценкам ученых, направление будет стремительно развиваться. Уже через 5-10 лет последуют открытия, которые перевернут традиционное понимание человеческого существования.
Главное — создать условия для доминирования науки, привлечения инвестиций. Это невозможно без строго государственного регулирования и поддержки.
Регенеративная медицина и клеточные технологии
Морские звезды могут отрастить новые тела, акулы — зубы, ящерицы — конечности. Однако человек на такое еще не способен. С целью восстановления поврежденных органов и тканей, лечения тяжелых заболеваний и сохранения молодости появились технологии регенеративной медицины, которые развиваются рекордными темпами и уже дают впечатляющие результаты.
Что такое регенеративная медицина
Это особый метод терапии, позволяющий восстановить поврежденные или пораженные болезнями ткани при помощи стволовых клеток человека и животных. Методика появилась около 25 лет назад и активно развивается.
Регенеративная медицина объединяет достижения практической медицины, генной инженерии и биологии.
Ученые считают, что она сможет полностью изменить жизнь людей в будущем.
Когда применяются методы регенеративной медицины
Направление применимо при заболеваниях и травмах, когда шансы не только на выздоровление, но и на выживание низки, когда иные методы лечения уже исчерпали себя. Это онкологические, наследственные и орфанные заболевания. Они часто затрагивают детей и людей среднего возраста.
Направление может применяться и в эстетических или косметологических целях (с целью устранения дефектов после травм и опухолей).
Последние достижения
Регенеративная медицина постоянно развивается: разрабатываются все новые методы лечения и коррекции общего состояния, восстановления поврежденных и утраченных органов. Разработки бывают неудачными, но далеко не всегда.
Гепатология
Лечение больных с тяжелыми формами печеночной недостаточности (циррозом, жировым гепатозом) — одно из ключевых направлений медицины. На экспериментальных моделях оказались эффективны технологии длительной восстановительной регенерации пораженных гепатоцитов при использовании мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) костного мозга.
Также с высокой эффективностью опробованы выделенные из печени белковые факторы и инженерные тканевые конструкции билиарного тракта.
Диабет
Исследования обнаружили, что среди клеток жировой ткани имеются те, которые могут делиться и вырабатывать инсулин после пересадки в печень. Опыты проводились на грызунах. В результате печень брала на себя функцию поджелудочной железы и не просто облегчала течение сахарного диабета I и II типов, но и полностью избавляла человека от данного заболевания.
Сердечно-сосудистые болезни
Опробована методика пересадки стволовых клеток из работоспособного сердца свиньи для устранения деструктивных изменений миокарда после инфаркта.
Ввиду того что сердце свиньи аналогично по строению таковому у человека, появился шанс опробовать технологию на людях. Направление позволит устранить симптомы аритмии или сердечной недостаточности при длительном течении ишемической болезни сердца или несвоевременно оказанной помощи при инфаркте миокарда.
Облысение
Наследственное облысение до сих пор не поддается терапии. Активно проводятся исследования, основанные на клонировании волосяных фолликулов с их последующим внедрением в облысевшие области головы. Затем в зоне воздействия проводится стимуляция роста волос.
Нервные болезни
Эксперименты на грызунах показали, что даже парализованные конечности ввиду поражения нервных тканей позвоночника снова могут стать подвижными. В опытах ученые вводили мышам и крысам эмбриональные клетки в нервные ткани. В скором времени начнутся испытания методики на людях.
Глазные болезни
Внедрение стволовых клеток в роговицу позволяет устранить многочисленную группу врожденных и приобретенных дефектов. Технология разработана и с успехом применяется для лечения посттравматических и постинфекционных рубцов роговицы, ожогов.
Уретропластика
Дефекты многослойного эпителия мочевыделительных путей, полученные в ходе поражения опухолью или инородными телами, конкрементами, под влиянием пороков формирования и развития, поддаются терапии.
Трансинженерные системы показали высокую эффективность при использовании в целях регенерации пораженного уротелия. Медицина позволяет полностью восстановить проходимость протоков и функциональную активность эпителия.
Косметология
Для устранения морщин и других признаков старения кожи активно применяются не только плазма, обогащенная тромбоцитами, но и стволовые клетки. После внедрения в кожу они запускают процессы клеточной регенерации, синтез коллагеновых и эластиновых волокон. Кожа становится гладкой и эластичной, мелкие морщины разглаживаются.
Стоматология
Тканевая инженерия внедрена и в челюстно-лицевую хирургию. Препараты на основе аллогенных кератиноцитов и фибробластов организма человека и бычьего коллагена уже одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством медикаментов и пищевых продуктов (FDA).
Подобные препараты позволяют восстановить целостность тканей десны и челюстей без использования травматичных лоскутных пересадок.
Клеточные и тканевые технологии
Сейчас уже доступны такие методы генной терапии, как выращивание и клонирование отдельных тканей, частей и даже целых органов. Создание новых участков может происходить как внутри, так и вне тела человека. При этом риск отторжения минимален.
Биопринтинг (3D-печать) органов и тканей
Печать органических 3D-моделей основана на послойном построении трехмерных структур биологических тканей. На первом этапе принтер печатает материал с учетом разнообразия тканей в клеточном строении. Затем модель помещается в инкубатор, где в течение короткого периода выращивается.
3D-биопринтинг уже опробован. Изготовлены ткани кожных покровов, сердца и кровеносных сосудов, костей.
Выращивание органов
В основе направления лежит использование трехмерных структур клеток для выращивания «зачатков» органов — органоидов. Из них впоследствии выращивают «крупный» аналог.
Органоиды используются и для:
Сложность технологии позволяет выращивать только простые по строению органы. К ним относятся влагалище, мочевой пузырь, сосуды.
Технологии ксенотрансплантации
Ксенотрансплантация — это пересадка тканей или органов от одного биологического вида другому. Несмотря на сходство между человеком и приматами, приоритетные разработки затрагивают исключительно свиней. Свиньи — это неограниченный и доступный ресурс органов для человека.
Восстановление органов человека
Данное направление активно развивается уже на протяжении десятилетий. Ключевыми достижениями являются:
Уже прослежены отдаленные результаты оперативных вмешательств (давностью до 8 лет).
Технологии донорства органов
После пересадки от одного человека другому органы приживаются не всегда. Например, почки остаются только в 75% случаев.
С помощью редактирования генома наука создала CAR-T-клетки, которые подавляют иммунный ответ организма и позволяют приживаться практически любому органу. Так стала возможна аллотрансплантация — пересадка органов иммунологически несхожему организму.
Технологии протезирования
Регенеративная медицина может не только создавать полноценные искусственные протезы некоторых хрящей и суставов, сосудов, полостных органов, но и выращивать их внутри организма.
Активно применяются следующие аутологичные регенеративные концентраты:
Введение данных веществ через небольшой прокол (реже — надрез) к очагу поражения позволяет полностью восстановить разрушенные структуры. Уже возможно восстановление слуха (кохлеарный имплантат) и зрения (бионический глаз).
Переливание молодой крови и парабиоз
На рубеже XX в. ученые смогли соединить кровеносные системы 2 животных разного возраста (молодого и пожилого). Такую модель назвали гетерохроническим парабиозом. Через некоторое время возрастная особь стала более активной, продолжительность ее жизни увеличилась.
Переливание плазмы человека мышам приводит не только к увеличению продолжительности их жизни, но и к снижению частоты нейродегенеративных заболеваний и патологий опорно-двигательного аппарата. Направление считается молодым в науке, в скором времени возможны новые открытия.
Компания Ambrosia
Компания-стартап Ambrosia недавно применила явление парабиоза на практике. В ходе исследования лицам до 25 лет переливали плазму крови людей старше 35 лет. У некоторых испытуемых было зафиксировано снижение темпов или исчезновение некоторых признаков старения. Специалисты практиковали и введение их собственной пуповинной крови.
В начале 2019 года FDA выпустила пресс-релиз, где высказала обеспокоенность в отношении использования данного метода. Ambrosia прекратила свою деятельность.
Стартап Elevian
Проект Elevian занимался продлением молодости. Специалисты подошли к долголетию с научно обоснованной точки зрения. Ученые выделили молекулу GDF-11 у молодых мышей. После введения данного компонента в кровь возрастных грызунов отмечалось восстановление поврежденных тканей сердечной мышцы, центральной нервной системы, легких и почек. Ученые ставят перед собой задачу восстановить естественную способность организма человека к регенерации, которая была эволюционно утрачена.
Вопрос о безопасности новых технологий
Регенеративная терапия — это метод лечения высокого риска. Направление слишком молодое, чтобы говорить не только о его эффективности, но и о безопасности для здоровья и жизни. История развития фармакологии показала, что ошибки при разработке лекарств могут проявиться даже через десятилетия. Бурно развивающейся отрасли нужно минимум 25-30 лет, чтобы оценить эффективность и безопасность.
Ограничения и запреты
Выделяют 2 типа стволовых клеток:
Взрослые клетки эффективны в целях терапии рака и заболеваний крови, но имеются в организме в ограниченном количестве. Их сложно изъять, а сама процедура имеет ряд сложностей. Самый ценный источник стволовых клеток — эмбрионы (абортированные или на ранней стадии развития). Однако юридические и моральные аспекты запрещают подобную практику в большинстве стран.
Перспективы лечения стволовыми клетками
Регенеративная медицина помогла вылечить детей от лейкоза, эффективно побороть гемофилию, восполнить посттравматические дефекты или нарушения развития органов. Уже сегодня проводятся операции по пластике половых органов, восстановлению сенсорных функций, устранению нарушений функций сердца.
Ученые ставят перед собой практически непреодолимую цель — сделать человека здоровым и бессмертным, избавить его от физических и моральных страданий.
Прогнозы на ближайшее будущее
Сперва ученые пытались внедрять стволовые клетки напрямую в ткани для восстановления миокарда или регенерации центральной нервной системы. Затем начались оправданные вмешательства внутрь клетки и генома.
В ближайшие 5-10 лет регенеративная медицина будет развиваться опережающими темпами. Главное — обеспечить для этого единство научных подходов, инвестиций и государственных интересов, а также должное регулирование всех действий.
Регенеративная медицина – уже в России: живые примеры
Регенеративная медицина – это совсем новая, прорывная разновидность медицины, способная творить чудеса там, где, казалось бы, ничто уже не может помочь. Восстанавливать утраченные органы и ткани, лечить неизлечимые болезни, продлевать жизнь на 25 лет – у таких чудес есть научное обоснование. Оно заключается в естественной способности определенных клеток человека к самовосстановлению. Управляя этим процессом, ученые могут заставить, как собственные клетки пациента восстанавливать повреждения после травм, ожогов или болезней, так и делать это с донорскими клетками. Также в регенеративной медицине используются совершенно уникальные препараты – биомедицинские клеточные продукты. Их уникальность в том, что в основе лекарства или в роли фармацевтической субстанции, выступает живая человеческая клетка. Как же сегодня обстоят дела в России с этим перспективным направлением? Завесу над уникальными разработками приоткрыли участники форума «БИОТЕХМЕД», состоявшегося в Геленджике в начале октября.
Поставить на ноги – легко
Площадка по производству биомедицинских клеточных продуктов (сокращенно БМКП) в стране уже есть. Ее открыла в 2014 году российская научно-производственная компания полного цикла «ГЕНЕРИУМ». Это первый и пока единственный в России производитель, получивший лицензию на производство БМКП. Сейчас компания исследует продукт, выращенный из аутологичных хондроцитов (клеток хрящевой ткани) человека. Термин «аутологичный» подразумевает, что материал получен из клеток того же человека, для которого предназначается лечение. Если речь идет о донорских клетках, то это уже аллогенные клетки. В этом году врачи успешно провели трансплантацию продукта производства «ГЕНЕРИУМ» пациенту с поврежденным хрящом коленного сустава. Это позволило сохранить функцию сустава и вернуть человека к полноценной жизни.
Возможности регенеративной медицины поражают
Также в планах компании – разработка аллогенного клеточного продукта на основе мезенхимальных стволовых клеток (способных трансформироваться в разные типы зрелых клеток). Об этом сообщил генеральный директор АО «ГЕНЕРИУМ», доктор медицинских наук, профессор Дмитрий Кудлай. Свое применение этот препарат найдет у больных гонартрозом и синдромом диабетической стопы, пока его исследуют на животных.
Безнадежных случаев для этой науки не бывает
Однако это не единственный пример успешного применения регенеративной медицины в России. Существует также разработка лаборатории научно-образовательного ресурсного центра «Клеточные технологии» Российского университета дружбы народов. Директор центра Алексей Люндуп рассказал об успешном опыте применения БМКП в лечении синдрома диабетической стопы – тяжелейшего осложнения сахарного диабета, приводящего к ампутации у каждого пятого пациента из-за незаживающих язв. Клеточная терапия вылечила язвы как малого, так и большого размера, у десяти тяжелых пациентов, которым несколько месяцев не помогали самые лучшие из имеющихся лекарств. Испытания БМКП у них проводились в рамках пилотного исследования, препарат наносили наружно.
Деньги есть, но нужны кадры
Столь успешные и вдохновляющие примеры показывают, как важно развивать и исследовать эту новую медицинскую науку, обладающую широкими возможностями. В этом году российское правительство приняло решение выделить отдельное финансирование в поддержку регенеративной биомедицины. Российским ученым предстоит составить научно-техническую программу ее развития до 2030 года, сейчас она согласовывается. «Речь идет о миллиардах рублей из бюджета, которые будут выделяться на конкурсной основе для развития науки», – рассказывает директор института регенеративной медицины МГУ, президент национального общества регенеративной медицины, академик РАМН и РАН Всеволод Ткачук.
В России уже есть несколько достижений, полученных в ходе фундаментальных исследований в этой области, да и сама наука сделала колоссальный рывок в области представлений о биологии и медицине. Чего стоит один только факт, что человек обновляется в течение своей жизни на десятки тонн клеток, говорит Ткачук, прежде этот потенциал не был использован медициной в нужной степени. Но для развития столь сложного и малоизученного направления нужны не только деньги, но и люди. Поэтому в МГУ уже открылась магистратура для подготовки специалистов, которые смогут получить сертификат на право производства БМКП как лекарств, а также для создания искусственных биомедицинских органов. Также курс по регенеративной медицине теперь включен в образовательную программу врачей, изучающих лечебное дело. Но образование медиков в области регенерации еще предстоит расширять.
Как это будет работать на практике?
К тому же, как и с любые другие лекарства, методы регенеративной медицины еще нужно суметь перенести из научных разработок в производство. Пока это удается лишь единицам. Советник министра промышленности и торговли Алексей Алехин обозначил основные моменты переноса клеточных технологий из лабораторий в реальное производство.
Производство органов на заказ – уже не такое далекое будущее
«Для государства важно понять, для кого и как это будет работать, все это должно быть описано, чтобы было понятно, что мы закупаем. Второй момент – ответственность, если что-то пойдет не так», – говорит он. Если это аутологичное средство, ответственность лежит на враче, который определяет показания и схему терапии и назначает лечение. Если речь идет об аллогенных средствах для многих пациентов, то это уже околопромышленная технология. И в этом случае можно определить ответственных лиц по аналогии с производством других лекарств.
Но для широкого применения таких технологий все равно нужно “докручивать” регуляторику, причем не столько в плане доступа к рынку, а сточки зрения возможности врачей применять такую методику. По мнению Алехина, ввиду ограниченности круга пациентов, которые могут участвовать в клинических исследованиях по этим направлениям, здесь имеет смысл применить распространенную за рубежом законодательную практику госпитальных исключений. То есть, для в особых случаев из законодательства изымается необходимость проведения клинического исследования в принципе, если есть достоверное понимание, что технология более эффективна, чем имеющиеся возможности. В противном случае это станет недоступным для государства по цене.
Поскольку создание производственной инфраструктуры очень дорого для каждого отдельного продукта, необходимы центры коллективного пользования. Они могут быть на базе какой-то одной биотехнологической компании, которая будет предоставлять их другим производителям, считает советник министра.
Что касается государственной поддержки производителям таких технологий, то для этого есть две опции. Первое, это гранты, которые они могут получить по конкурсу, согласно Постановлению Правительства Российской Федерации от 21.12.2020 № 2187. Также предусмотрены венчурные инвестиции от фонда «ФармМед Инновации» на базе Российской венчурной компании. Эти средства будут выделяться по госпрограмме «Развитие фармацевтической и медицинской промышленности России». На такую поддержку могут рассчитывать российские стартапы, разработчики новых БМКП, которым нужны средства для открытия производства.
Какие это будут наработки? Участники сессии не исключают, что в скором времени может появиться продукт, который будет бороться даже с коронавирусом на клеточном уровне. Для этого у регенеративной медицины есть все возможности, нужно их только изучить и вывести в производство.