β-клетки и будущее

Клеточные технологии – очень модная тема в медицине и вокруг нее. Говорят, скоро ученые научатся создавать из стволовых клеток ткани и целые органы, печатать их на принтерах и устанавливать всем нуждающимся, как запчасти в автомобиле.

Наверное, когда-нибудь так оно и будет, но пока ниша у клеточных технологий довольно узкая. Это преимущественно пересадка своих или чужих стволовых клеток крови и костного мозга, а также создание химерических клеточных конструкций при некоторых гематологических и онкогематологических заболеваниях.

До создания полноценных паренхиматозных органов пока все-таки далеко. Впрочем, есть одно показание, в котором клеточные технологии смогут проявить себя уже в обозримом будущем. Речь про диабет 1 типа (Д1Т), в основе которого лежит агрессия иммунной системы против инсулин-продуцирующих β-клеток поджелудочной железы.

Сейчас, согласно clinicaltrials.gov, в мире идет 19 IND исследований, изучающих эффективность пересадки β-клеток поджелудочной железы у пациентов с Д1Т.

клинические исследования с пересадкой бета-клеток

Спонсорами всех этих исследований выступают медицинские центры и университетские клиники, то есть частный фармкапитал до этой темы пока не добрался. Всего же в базе данных 104 выполненных и идущих исследования с пересадкой β-клеток. Все эти исследования были расположены на территории США, Канады и Западной Европы. У нас пока ничего такого не было.

Зачем пересаживать β-клетки?

На сегодняшний день Д1Т – это неизлечимое заболевание (хотя его можно хорошо контролировать), требующее пожизненного применения препаратов инсулина (в тех или иных формах). Эффективность и удобство инсулинотерапии не стоит на месте, но, во-первых, это дорого (а получить современное лечение бесплатно не очень просто), во-вторых, качество жизни все равно страдает, и в-третьих, лечение не исключает развития осложнений заболевания.

Чтобы пациент с Д1Т превратился в обычного человека ему нужна новая инсулин-продуцирующая ткань, то есть достаточный массив жизнеспособных и функциональных β-клеток поджелудочной железы взамен тех, что уничтожены иммунной системой.

В чем проблема с пересадкой?

Идея пересадить человеку новые β-клетки, возникла уже давно и впервые была реализована в 1977 году в университете Миннесоты, где была выполнена первая аллогенная трансплантация β-клеток.

К 1999 году в мире насчитывалось уже примерно 270 пациентов с Д1Т, которым были пересажены аллогенные (то есть чужие) β-клетки. По стандартным протоколам этих пациентов затем мониторировали в течение одного года, чтобы проверить работает ли у них трансплант (пересаженные клетки), и могут ли пациенты жить без внешнего инсулина. Из 270 пациентов только лишь 10% оставались инсулиннезависимыми по прошествии одного года.

Причин у низкой эффективности несколько –

пересадка бета-клеток

Во-первых, это дефицит донорских β-клеток. В этом нет ничего нового, проблема универсальная для всей трансплантологии. Во-вторых, методы выделения β-клеток еще совершенствуются и в 1999 году они не позволяли получить достаточное количество жизнеспособных клеток. В-третьих, до сих пор клетки «подсевали» в печень через портальную вену. Там многие из них гибли из-за гипоксии и воздействия провоспалительных молекул.

пересадка бета-клеток

Отдельная проблема заключается в том, что для клинически значимого эффекта (то есть для эффективного контроля глюкозы) необходимо, чтобы прижилось определенное количество клеток. Эти клетки формируют массу, которую нужно снабжать кровью, содержащей кислород, питательные вещества и ростовые факторы.

Но для этого нужно, чтобы масса проросла сосудами. То есть фактически внутри печени (или другого принимающего сайта) должен сформироваться отдельный полноценный секреторный орган. Если клетки не прорастут сосудами, то простой диффузии веществ не хватит, и центральные клетки (в сердцевине массы) будут гибнуть, провоцируя воспаление и теряя функциональность.

Ну и, наконец, чужие клетки – это мишень для иммунной системы, которая и так «имеет зуб» на ткань поджелудочной железы. Это значит, что иммунные клетки будут атаковать трансплант, и β-клетки будут гибнуть.

Есть ли прогресс?

В начале 2000х методика выделения β-клеток из донорской поджелудочной железы была автоматизирована и усовершенствована. Сейчас стандартом является пересадка примерно 11,000 клеток на килограмм массы тела реципиента.

Это привело к тому, что 3-летняя независимость пациентов от инсулина после операции (согласно отчету Collaborative Islet Transplant Registry за 2012 год) подросла до 44%.

Проблемы остались

Самое сложное – это найти донора β-клеток. Проблемы тут и технические, и юридические и этические. Судить о них просто – вы, скорее всего, не знаете ни одного человека с Д1Т, которому бы пересадили β-клетки.

Альтернатива человеческому материалу – β-клетки из ткани поджелудочной железы свиней. До сих пор свиньи были единственным источником внечеловеческого донорского материала в таких операциях. Некоторое сродство строения тканей позволяет использовать β-клетки свиней, но возникает серьезная проблема с отторжением транспланта, даже в большей степени, чем при пересадке человеческого аллогенного материала.

Сейчас идут работы по генетической модификации свиней, направленные на улучшение совместимости их тканей с человеческими, но пока рассказывать особо не о чем.

Есть и другие источники β-клеток

Сегодня в лабораторных условиях можно получить инсулин-продуцирующие клетки, напоминающие β-клетки (B-like cells; BLCs).

Их получают четырьмя способами:

  • Из человеческих эмбриональных стволовых клеток (ЧЭСК)
  • Из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (иПСК)
  • Из других дифференцированных клеток пациента (трансдифференциация)
  • Из клеток-предшественников, оставшихся в ткани поджелудочной железы пациента

пересадка бета-клеток

ЧЭСК можно превратить в BLCs в несколько этапов, посредством усиления экспрессии определенных факторов транскрипции –

превращение эмбриональных стволовых клеток в бета-клетки

Однако, это будут «чужие» клетки, и иммунная система их не сможет «не заметить». Кроме того, для отдельных экспериментов ЧЭСК годятся, но для планетарной медицины – нет. Никто этого никогда не разрешит. Гораздо привлекательнее использовать три других варианта: иПСК, трансдифференциацию и дифференциацию собственных клеток-предшественников. Благодаря работе Синья Яманака и его коллег, мы сегодня можем получить клетку с плюрипотентными стволовыми свойствами из любой дифференцированной клетки человеческого организма.


Подробнее об этом прочитайте в статье  Факторы Яманака


Это значит, что можно использовать любую дифференцированную клетку пациента с Д1Т, превратить ее в стволовую, а затем это стволовую (иПСК) превратить в β-клетку или в BLC. Размножить такие клетки и пересадить пациенту.

Такой трансплантат будет гораздо «роднее» иммунной системе пациента, так как он будет создан из собственных клеток организма, а не из «чужого» эмбриона. Однако, такие клетки все равно обладают иммуногенностью. Это связано с тем, что при их создании используются генетические векторы, содержащие чужеродную генетическую информацию. Впрочем, говорят, что с этой проблемой справятся.

Гораздо важнее два других момента. Первое, нужно научиться получать β-клетки со стабильным и предсказуемым поведением. И, второе, нужна коммерческая методика получения иПСК и β-клеток пациента из его дифференцированных клеток, которую можно было бы купить на рынке. Пока что я не слышал ни про одну биотехнологическую компанию, которая хотя бы планировала бы что-то такое. Но постепенно все идет к этому.


Подробнее о трансплантации β-клеток из иПСК можно прочитать в статье  Заменить островковые клетки.


Параллельно многие исследователи заняты вопросами повышения выживаемости пересаженных клеток (независимо от происхождения этих клеток) и их защитой от иммунной системы. В этих вопросах кое-кто уже прошел до первых фаз клинических исследований (пока только академических, не коммерческих).

Вместо печени

Идут исследования, изучающие альтернативные точки пересадки, которые должны прийти на смену печени, как основному акцептору β-клеток на сегодняшний день.

Кандидаты среди тканей-акцепторов такие:

  • Сальник брюшной полости (omentum)
  • Пространство под капсулой почки
  • Толща мышцы

Так, например, в Diabetes Research Institute в США клетки пересаживают в сальник брюшной полости. Причем, сажают не просто клетки, а биоматрицы, содержащие клетки.

пересадка бета-клеток

В сальнике много кровеносных сосудов, что создает хорошие условия как для выживания пересаженных клеток, так и для транспорта глюкозы и инсулина. Кроме того, сальник хирургу достать легче, и использовать его не так опасно, как печень.

Постепенно пересаженная матрица прорастает сосудами и начинает работать, как инсулин-продуцирующий орган.

пересадка бета-клеток

Такие пациенты уже есть. В промо-ролике клиники, одна из пациенток рассказывает, что больше не принимает инсулин. Впрочем, ролик умалчивает о том, как долго длится независимость от инсулина.

islet transplant recipient

Клетки на специальных матрицах

Параллельно идут работы по созданию биоразлагаемых матриц, которые формируют трехмерное укрытие для β-клеток, а также предоставляют условия для их нормальной жизнедеятельности. Кроме того, эти матрицы могут содержать вещества, стимулирующие рост сосудов и вещества, локально подавляющие активность иммунной системы.

биоразлагаемые матрицы с бета-клетками

Индивидуальная защита

Многие ученые сейчас разрабатывают микро- и макрокапсулы, защищающие пересаженные β-клетки от контакта с иммунной системой.

микрокапсулы с бета-клетками

Элегантное решение защиты клеток предложил Zhili Rong в 2014 году в журнале Cell Stem Cell. Идея заключается в генетической модификации пересаживаемых клеток, в результате которой на их поверхности появляются молекулы, подавляющие иммунный ответ, такие, как CTLA-4 и PD-L1. Это те самые «иммунные контрольные точки», против которых работают знаменитые лекарства ипилимумаб, ниволумаб и пембролизумаб.

дендритноклеточные вакцины

Авторы статьи показали, что такие измененные β-клетки способны защитить себя от агрессии со стороны иммунной системы реципиента.

Таких работ много, и некоторые из них начали прорываться в клиническую сферу. Дальше все будут решать большие деньги. Инвесторы пока особой активности не проявляют. Впрочем, 4 апреля вышел пресс-релиз, из которого следует, что Евросоюз выделяет первые пять миллионов евро на пилотные исследования с инсулин-продуцирующими органоидами. Если большие биотехнологические компании наберутся смелости и вложат деньги – возможно, мы скоро увидим очень интересные результаты.

Добавить комментарий

Такой e-mail уже зарегистрирован. Воспользуйтесь формой входа или введите другой.

Вы ввели некорректные логин или пароль

Извините, для комментирования необходимо войти.