После десятилетий ажиотажа и неудач учёные добились впечатляющих успехов в том, чтобы заставить стволовые клетки восстанавливать органы.
В фильме 1986 года «Звёздный путь IV: Путешествие домой» доктор Маккой даёт пациентке, находящейся на диализе, одну таблетку, и у неё сразу же вырастает новая почка. Это Святой Грааль регенеративной медицины, и он оказался удручающе недостижимым.
Когда болезнь поражает жизненно важные органы, такие как сердце или лёгкие, лучшее, что могут сделать врачи, — это остановить ухудшение состояния. Теперь, после трёх десятилетий проб и ошибок, перспектива использования собственных стволовых клеток организма для восстановления органов кажется невероятно близкой.
Стволовые клетки — это важнейшие биологические фабрики, которые производят клетки, отвечающие за рост и восстановление тканей. Новый подход, разработанный Scripps Research, некоммерческим исследовательским институтом в Ла-Хойе, штат Калифорния, использует лекарства для размножения этих клеток. Этот метод вернул к жизни мёртвые ткани в лабораторных условиях, у мышей, свиней и небольшого числа людей. Тем временем другие учёные наконец-то добились успеха с помощью более старых методов перепрограммирования стволовых клеток в лаборатории перед их имплантацией для выращивания новых тканей.
Если прогресс будет продолжаться в том же темпе, эти методы могут однажды значительно улучшить выживаемость и качество жизни людей с серьёзными заболеваниями, многие из которых, например остеоартрит, связаны со старением.
Большинство лекарств замедляют прогрессирование болезни, но эти новые препараты-кандидаты направлены на устранение повреждений. «В ближайшие два-три года у нас есть возможность показать, что мы можем обратить вспять повреждения лёгких и сердца, — говорит Пит Шульц, генеральный директор и президент Scripps Research, — и если мы это сделаем, это коренным образом изменит представление людей о лечении болезней».
Все участвующие в исследовании учёные подчёркивают, что для подтверждения безопасности и эффективности методов лечения по-прежнему необходимы испытания на людях, и, скорее всего, пройдёт не менее десяти лет, прежде чем какой-либо из них будет одобрен для медицинского применения. Но после многочисленных неудач в области регенеративной медицины они с оптимизмом смотрят в будущее и считают, что наконец-то сдвинулись с мёртвой точки.
Побуждение природных стволовых клеток к действию
В Scripps процесс начался с проверки миллионов потенциальных молекул лекарств на предмет выявления тех, которые стимулируют естественные, или эндогенные, стволовые клетки органов. Исследователи выявили соединения, которые увеличивают количество здоровых стволовых клеток в лёгких, сердце, суставах и глазах. (Концепция использования малых молекул таким образом основана на более раннем сотрудничестве между Scripps и некоммерческим Институтом геномики исследовательского фонда Novartis, который позже был интегрирован в фармацевтическую компанию Novartis.)
Такой подход «интересен и эффективен», — говорит Чак Мёрри, директор Центра регенеративной медицины и исследований стволовых клеток имени Эли и Эдит Броуд при Медицинской школе Кека Калифорнийского университета, который не участвует в программе Скриппса. По словам Мёрри, метод Скриппса — это гигантский шаг к знаменитой сцене из «Звёздного пути».
Препарат Scripps для лечения лёгких активирует стволовые клетки в нижних дыхательных путях, известные как альвеолярные эпителиальные клетки 2-го типа (AEC2), которые отвечают за выработку важнейших клеток, обменивающих отработанный кислород на свежий. У здоровых людей новые клетки, участвующие в газообмене, постоянно заменяют повреждённые, но при таких заболеваниях, как хроническая обструктивная болезнь лёгких, идиопатический лёгочный фиброз, а также при повреждении лёгких дымом от лесных пожаров или вирусными инфекциями, такими как COVID-19, этот процесс замедляется.
Исследования на мышах показывают, что препарат, который вдыхают раз в неделю, стимулирует достаточное количество стволовых клеток AEC2 для восстановления лёгких, повреждённых фиброзом — тяжёлым и часто смертельным заболеванием, при котором рубцовая ткань затрудняет дыхание. В настоящее время проводятся испытания на безопасность с участием примерно 70 здоровых людей, а позже планируется добавить людей с фиброзом.
Использование лекарств для стимуляции стволовых клеток в лёгких может кардинально изменить ситуацию, потому что их можно будет широко применять, говорит Маурицио Кьоччиоли, доцент кафедры сравнительной медицины и генетики Йельской школы медицины, который не связан с Scripps. «Вы можете представить, что его легко использовать, потому что кто-то может вдыхать препарат, который напрямую воздействует на клетки», — говорит Кьоччиоли. Его собственное исследование с использованием визуализации стволовых клеток лёгких в реальном времени показало, что они удивительным образом перемещаются и меняют форму во время восстановления. Эти процессы необходимо учитывать при разработке методов лечения.
Восстановление сердца свиньи после сердечного приступа
Чуть позже в разработке появится ещё один препарат Scripps для восстановления сердечной ткани после сердечного приступа. Сегодня стенты и лекарства восстанавливают кровеносные сосуды и обратный кровоток. Эта технология более чем в два раза снизила смертность от сердечных приступов за последние десятилетия. «Мы значительно улучшили выживаемость, но там всё ещё много мёртвых мышц, — говорит Ричард Стэк, кардиолог из Университета Дьюка. — Если мы сможем заставить нефункционирующую область снова биться, то мы действительно чего-то добьёмся». Стэк — управляющий партнёр Cardiovascular Masters Consortium, консалтинговой фирмы, в которой работают врачи высшего уровня, сотрудничающие с Scripps в области медицины.
Препарат представляет собой водородный гель, который вводится в мешочек, окружающий сердечную мышцу, через несколько дней после сердечного приступа. Он активирует белковый путь, который в противном случае бездействует, когда сердце достигает взрослого размера. Вновь активированные стволовые клетки вырабатывают здоровые клетки, которые заполняют повреждённые участки сердца.
По словам Скриппса, препарат работает на лабораторных мышах и небольшом количестве свиней, хотя результаты ещё не опубликованы и не прошли экспертную оценку.
Визуализация одной свиньи показала, что фракция выброса — важнейший показатель способности сердца перекачивать насыщенную кислородом кровь в организм — резко снизилась после сердечного приступа, но вернулась к норме через месяц после лечения. В настоящее время проводятся испытания на других свиньях, а испытания на людях, как ожидается, начнутся в 2027 году.
Стек был «потрясён» первыми результатами на животных. «За 44 года практики я не видел ничего подобного», — говорит он.
Достижение успеха с помощью старых методов
Тем временем Мёрри и его коллеги из Университета Южной Калифорнии перепрограммируют стволовые клетки крови взрослых людей, превращая их в клетки сердечной мышцы, которые затем пересаживаются. После десятилетий проб и ошибок метод наконец-то заработал. «Мы создаём новые мышцы в сердце, которые улучшают его работу; наука на нашей стороне», — говорит Мёрри.
Метод был протестирован на мышах, крысах, морских свинках, приматах, не относящихся к человеческому виду, и свиньях. Ожидается, что испытания на людях начнутся в 2027 году. «У меня есть рациональное основание утверждать, что мы преодолели все основные препятствия, которые могли возникнуть», — говорит Мёрри.
Последним препятствием было то, что у макак-резусов новые клетки в первые несколько месяцев после трансплантации бились слишком быстро, вызывая учащённое сердцебиение. Решение проблемы заключалось в том, чтобы давать животным лекарства, регулирующие сердечный ритм, или, как вариант, использовать редактирование генов в клетках перед имплантацией.
В исследовании, опубликованном в июле 2024 года, две обезьяны приняли новые клетки без каких-либо последствий после лечения от сердечного приступа. Их сердца бились так, как будто они никогда не получали травм.
Прошлые и будущие "лежачие полицейские" в регенеративной медицине
Как и в случае с более старыми методами, подход, основанный на использовании препаратов для стимуляции естественных стволовых клеток организма, не лишён недостатков. Компания Scripps также пыталась воздействовать на стволовые клетки, чтобы генерировать новые хрящи для лечения остеоартрита, но препарат столкнулся с препятствиями на последнем этапе испытаний.
Лекарство оказалось эффективным на животных моделях, стимулируя стволовые клетки к выработке новой суставной ткани. Однако, согласно неопубликованным результатам исследования, при введении препарата в колени 60 человек на ранней стадии клинических испытаний не было произведено достаточного количества хрящевой ткани, чтобы существенно изменить ситуацию. Компания Scripps приостановила дальнейшие исследования до тех пор, пока не разработает препарат с более длительным действием.
Novartis также тестирует препарат, стимулирующий восстановление хрящевой ткани, успешно завершив небольшое исследование безопасности на двух десятках пациентов. Компания находится в процессе тестирования большего количества людей на предмет безопасности и эффективности; представители компании пока не комментируют ход испытаний.
Хотя финишная прямая регенеративной медицины ближе, чем когда-либо, могут возникнуть новые проблемы. Одна из них — найти золотую середину между выращиванием нужной ткани и чрезмерной стимуляцией клеток, которая может привести к раку. «Настоящая задача на будущее — попытаться понять, где, когда и в каком объёме активировать эти пути, чтобы ускорить восстановление без нежелательных последствий», — говорит Чиоччиоли из Йельского университета. На данный момент учёные воодушевлены тем, что в их небольших исследованиях безопасности и в исследовании на свиньях Мюрри не было обнаружено аномальных клеток в сердце или других органах.
После десятилетий экспериментов, возможно, вскоре появится возможность восстанавливать повреждённые органы таким образом, чтобы дать больным людям шанс на качественную жизнь, говорит Майк Боллонг, доцент кафедры химии в Scripps Research. «Именно в этом и заключается суть регенеративной медицины».
