Őssejtek és regeneratív plasztikai gyógyászat

Ma már kevés gyakorló orvos van, aki ne tudna a legsúlyosabb, korábban a hagyományos és alternatív gyógyászat által gyógyíthatatlan betegségek kezelésének egy új irányáról. A regeneratív-plasztikai gyógyászatról beszélünk, amely az őssejtek regeneratív potenciáljának felhasználásán alapul. Példátlan tudományos vita és áltudományos felhajtás bontakozott ki a fejlődő irány körül, amelyet nagyrészt a világháló információs hiperbolái hoztak létre. Nagyon rövid idő alatt az őssejtek terápiás képességeinek laboratóriumi vizsgálatai túlléptek a kísérletezésen, és elkezdték aktívan bevezetni őket a gyakorlati orvoslásba, ami számos tudományos, etikai, vallási, jogi és jogalkotási jellegű problémát vetett fel. Az állami és közintézmények egyértelműen felkészületlennek bizonyultak az őssejtek Petri-csészékből intravénás beadásra szolgáló rendszerekbe való átmenetének sebességére, ami sem a társadalom egésze, sem egy adott szenvedő személy számára nem előnyös. Nem könnyű megérteni az őssejtek képességeiről szóló elképzelhetetlen mennyiségű információt, mind mennyiségben, mind minőségben, még a szakemberek számára sem (akikből nincs, hiszen mindenki a saját maga próbálja elsajátítani az új tudományos irányzatot), nem is beszélve azokról az orvosokról, akik nem foglalkoznak közvetlenül a regeneratív plasztikai medicinával.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Miért van szükség ilyen kísérletekre, és egyáltalán szükség van-e rájuk?

Első pillantásra a sejtes fajok közötti kimérák létrehozása egy fanatikus tudós féktelen fantáziájának gyümölcse, aki elfeledkezett a bioetikáról. Ez a megközelítés azonban jelentősen kibővítette az embriogenezisről szóló alapvető ismereteinket, mivel lehetővé tette az organogenezishez (a máj, az agy, a bőr és az immunrendszer szerveinek kialakulásához) szükséges sejtek számának kiszámítását. Ezenkívül (talán ez a legfontosabb az ESC-biológiában) a genetikusok egy egyedülálló eszközt kaptak a rendelkezésükre, amelynek segítségével a gének funkcionális célja megállapítható az embriók kimerizációja során. Először egy speciális kettős kiütéses technikát alkalmaznak a vizsgált génpár „kikapcsolására” az ESC-kben. Ezután az ilyen ESC-ket egy blasztocisztába juttatják, és figyelemmel kísérik a fejlődő kiméra embrió testében bekövetkező változásokat. Ily módon megállapították az sf-1 (mellékvese és nemi szervek fejlődése), az urt-l (vese anlage), a muoD (vázizomzat fejlődése) és a gata-l-4 (eritropoézis és limfopoézis anlage) gének funkcióit. Ezenkívül a laboratóriumi állatok embrionális őssejtjeibe (ESC-kbe) eddig még nem vizsgált emberi géneket is be lehet vinni (transzfektálni), hogy kiméra embrió segítségével meghatározzák azok funkcióját.

De általában egy kísérlet új alapvető ismeretek megszerzésével történő igazolása nem talál széles közönség támogatására. Nézzünk egy példát a kimerizáció alkalmazási jelentőségére ESC-k segítségével. Először is, ez a xenotranszplantáció, azaz állati szervek átültetése emberre. Elméletileg az emberi-sertés sejtkimérák létrehozása lehetővé teszi számunkra, hogy olyan állatot kapjunk, amely antigén tulajdonságaiban sokkal közelebb áll az ESC donorhoz, ami különböző klinikai helyzetekben (cukorbetegség, májcirrózis) megmentheti egy beteg ember életét. Igaz, ehhez először meg kell tanulnunk, hogyan adhatjuk vissza a totipotencia tulajdonságát egy érett szomatikus sejt genomjába, majd bejuttathatjuk egy fejlődő sertésembrióba.

Napjainkban az ESC-k azon képességét, hogy speciális tenyésztési körülmények között szinte végtelenül osztódjanak, arra használják fel, hogy totipotens sejttömeget hozzanak létre, amelyet később specializált sejtekké, például dopaminerg neuronokká differenciálnak, amelyeket aztán Parkinson-kóros betegbe ültetnek át. Ebben az esetben a transzplantációt szükségszerűen megelőzi a kapott sejttömeg célzott differenciálódása specializált sejtekké, amelyek a kezeléshez szükségesek, és az utóbbiak tisztítása a differenciálatlan sejtes elemektől.

Mint később kiderült, a karcinogenezis veszélye korántsem volt az egyetlen akadály a sejtátültetésben. Az embriótestekben lévő ESC-k spontán módon heterogén módon differenciálódnak, azaz sokféle sejtvonal (neuronok, keratinociták, fibroblasztok, endoteliociták) származékait képezik. A mikroszkóp látóterében ebben az esetben a szívizomsejtek emelkednek ki a különböző fenotípusú sejtek közül, amelyek mindegyike a saját ritmusában húzódik össze. A beteg kezeléséhez azonban tiszta sejtpopulációkra van szükség: neuronokra - stroke esetén, szívizomsejtekre - miokardiális infarktus esetén, hasnyálmirigy β-sejtjeire - cukorbetegség esetén, keratinocitákra - égési sérülések esetén stb.

A sejttranszplantológia fejlődésének következő szakasza az ilyen tiszta sejtpopulációk elegendő számú (millió sejt) előállítására szolgáló technológiák kifejlesztésével volt összefüggésben. Az ESC-k irányított differenciálódását okozó tényezők keresése empirikus jellegű volt, mivel szintézisük sorrendje az embriogenezis során ismeretlen maradt. Először megállapították, hogy a szikzacskó kialakulását cAMP és retinsav hozzáadása az ESC-kultúrához indukálja. Hematopoietikus sejtvonalakat hoztak létre 1L-3, SCF, fibroblaszt növekedési faktor (FGH), inzulinszerű növekedési faktor (IGF-1), 1L-6 és granulocita kolónia stimuláló faktor (G-СSF) jelenlétében a táptalajban. Az ESC-kből az idegrendszeri sejtek a LIF és a táplálóként szolgáló fibroblaszt réteg eltávolítása után alakultak ki. A retinsavval, magzati szérum jelenlétében történő kezelés után az ESC-k neuronokká kezdtek differenciálódni, és dimetil-szulfoxid (DMSO) hozzáadásával kardiomiocitákat kaptak, amely a hidrofób jelátviteli molekulák célzott eljuttatását biztosítja a sejtmaghoz. Ebben az esetben az aktív oxigénfajok felhalmozódása a táptalajban, valamint az elektromos stimuláció hozzájárult az érett kontraktilis kardiomiociták kialakulásához.

Hatalmas erőfeszítéseket és erőforrásokat fordítottak az ESC-k hasnyálmirigy inzulintermelő sejtekké történő differenciálódásának feltételeinek megteremtésére. Hamarosan azonban világossá vált, hogy számos specializált sejtvonal (hasnyálmirigy β-sejtek, immun- és endokrin sejtek, zsírsejtek) nem keletkezik ESC-kből, ha az „egy stimuláló faktor - egy sejtvonal” elve szerint stimulálják őket. Ez az elv csak korlátozott számú sejtvonalra érvényesnek bizonyult. Különösen a neuronok képződését indukálhatja a retinsav, az izomsejtvonalat a transzformáló növekedési faktor β (TCP- β ), az eritroid vonalak - 1L-6, a monocita mieloid vonal - 1L-3. Ezenkívül ezen faktorok hatása az ESC-k differenciálódására szigorúan dózisfüggőnek bizonyult.

Elkezdődött az a szakasz, amikor olyan növekedési faktorok kombinációit keresték, amelyek az ESC-ket az embriogenezis későbbi szakaszaiba juttatnák, mezoderma (a szívizomsejtek, a vázizmok, a vese tubulus hámja, a mieloeritropoézis és a simaizomsejtek forrása), ektoderma (epidermisz, neuronok, retina) és endoderma (a vékonybél és a szekréciós mirigyek hámja, pneumociták) kialakulásával. A természet mintha arra kényszerítette volna a kutatókat, hogy haladjanak előre az embriogenezis útján, megismételve annak szakaszait egy Petri-csészében, nem adva lehetőséget a kívánt eredmény azonnali és egyszerű elérésére. És ilyen növekedési faktor kombinációkat találtak. Az aktivin A a TGF-β-val kombinálva hatékony stimulátornak bizonyult a mezodermális sejtek ESC-kből történő képződésében, miközben blokkolta az endoderma és az ektoderma fejlődését. A retinsav, valamint a csontvelő morfogenetikus fehérje (BMP-4) és az epidermális növekedési faktor (EGF) jeleinek kombinációja aktiválja az ekto- és mezoderma sejtek képződését, megállítva az endoderma fejlődését. Mindhárom csíralemez intenzív sejtnövekedése figyelhető meg két tényező - a hepatocita növekedési faktor (HGF) és az idegsejt-növekedési faktor - egyidejű hatásával az ESC-kre.

Így a szükséges sejtvonalak megszerzéséhez először az embrionális őssejteket át kell vinni valamilyen csíralemez sejtképződési szakaszába, majd ki kell választani egy új növekedési faktor kombinációt, amely képes az ekto-, mezo- és endoderma irányított differenciálódásának indukálására specializált sejtekké, amelyek szükségesek a betegbe történő átültetéshez. A növekedési faktorok kombinációinak száma ma már ezrekben mérhető, legtöbbjük szabadalmaztatott, néhányat a biotechnológiai vállalatok egyáltalán nem hoznak nyilvánosságra.

Ideje volt megtisztítani a kapott sejteket a differenciálatlan sejtes szennyeződésektől. A tenyészetben differenciálódott sejteket érett sejtvonalak markereivel jelölték, és egy nagysebességű lézeres immunfenotípusos válogatón vezették át. A lézersugár az általános sejtáramlásban találta meg őket, és külön útvonalon irányította őket. A laboratóriumi állatok kapták meg elsőként a kapott tisztított sejtes anyagot. Ideje volt értékelni az ESC-származékok alkalmazásának hatékonyságát betegségek és kóros folyamatok modelljeiben. Az egyik ilyen modell a kísérleti Parkinson-kór volt, amelyet állatokban jól reprodukálnak olyan kémiai vegyületek segítségével, amelyek elpusztítják a dopaminerg neuronokat. Mivel az emberi betegség a dopaminerg neuronok szerzett hiányán alapul, a sejtpótló terápia alkalmazása ebben az esetben patogenetikailag indokolt volt. Kísérleti hemiparkinsonizmusban szenvedő állatokban az ESC-kből nyert és az agyi struktúrákba bevitt dopaminerg neuronok körülbelül fele gyökeret vert. Ez elegendő volt a betegség klinikai tüneteinek jelentős csökkentéséhez. A sérült központi idegrendszeri struktúrák funkciójának helyreállítására irányuló kísérletek kísérleti stroke-ok, sérülések és akár gerincvelő-repedésekben is meglehetősen sikeresnek bizonyultak.

Meg kell azonban jegyezni, hogy a differenciált ESC-származékok kísérleti patológia korrekciójára történő sikeres alkalmazásának szinte minden esete a szimulált patológiai helyzet akut időszakában történt. A távoli kezelések eredményei nem voltak ennyire megnyugtatóak: 8-16 hónap elteltével a sejtátültetés pozitív hatása eltűnt vagy meredeken csökkent. Ennek okai meglehetősen egyértelműek. Az átültetett sejtek in vitro vagy in loco morbi differenciálódása elkerülhetetlenül a genetikai idegenség sejtes markereinek expressziójához vezet, ami immuntámadást vált ki a recipiens szervezetéből. Az immunológiai inkompatibilitás problémájának megoldására hagyományos immunszuppressziót alkalmaztak, amellyel párhuzamosan a klinikai vizsgálatok elkezdték felismerni az autológ hematopoietikus és mezenchimális őssejtek transzdifferenciálódásának és genetikai korrekciójának lehetőségeit, amelyek nem okoznak immunkonfliktust.

Mi a regeneratív plasztikai medicina?

Az evolúció két fő lehetőséget határozott meg a sejt életének végére - a nekrózist és az apoptózist, amelyek szöveti szinten a proliferáció és a regeneráció folyamatainak felelnek meg. A proliferáció egyfajta áldozatnak tekinthető, amikor a sérült szövet hibájának kitöltése kötőszöveti elemekkel való helyettesítése miatt történik: a szerkezeti integritás megőrzése mellett a szervezet részben elveszíti az érintett szerv funkcióját, ami meghatározza a kompenzációs reakciók későbbi kialakulását az épségben maradó szerkezeti és funkcionális elemek hipertrófiájával vagy hiperpláziájával. A kompenzációs időszak időtartama az elsődleges és másodlagos elváltozások okozta szerkezeti elváltozások mennyiségétől függ, amely után az esetek túlnyomó többségében dekompenzáció következik be, az emberi élet minőségének hirtelen romlása és időtartamának csökkenése. A fiziológiai regeneráció biztosítja az átépülési folyamatokat, azaz az öregedő és elhaló sejtek természetes sejthalál (apoptózis) mechanizmusai általi helyettesítését az emberi test őssejt-tartalékaiból származó újakkal. A reparatív regeneráció folyamataiban a szárterek sejtes erőforrásai is részt vesznek, amelyek azonban betegséggel vagy szövetkárosodással összefüggő kóros állapotokban mobilizálódnak, nekrózis mechanizmusokon keresztül indítva el a sejthalált.

A tudósok, orvosok, a sajtó, a televízió és a nyilvánosság fokozott figyelmét az embrionális őssejtek (ESC) biológiájának tanulmányozására elsősorban a sejtes, vagy ahogy mi nevezzük, regeneratív-plasztikai terápia nagy potenciáljának köszönheti. A legsúlyosabb emberi betegségek (a központi idegrendszer degeneratív patológiája, gerincvelő- és agysérülések, Alzheimer- és Parkinson-kór, sclerosis multiplex, miokardiális infarktus, artériás magas vérnyomás, cukorbetegség, autoimmun betegségek és leukémia, égési betegségek és neoplasztikus folyamatok - ezek messze nem teljes listát alkotnak) kezelésére szolgáló módszerek fejlesztése az őssejtek egyedi tulajdonságain alapul, amelyek lehetővé teszik új szövetek létrehozását, amelyek - ahogy korábban hitték - a beteg szervezet visszafordíthatatlanul sérült szöveti területeit pótolják.

Az őssejt-biológia elméleti kutatásainak elmúlt 10 évben elért előrehaladását a feltörekvő regeneratív-plasztikai medicina spontán módon megjelenő területei valósították meg, amelyek módszertana nemcsak meglehetősen könnyen rendszerezhető, hanem meg is követeli azt. Az őssejtek regeneratív potenciáljának gyakorlati alkalmazásának első és leggyorsabban fejlődő területe a helyettesítő regeneratív-plasztikai terápia lett. Útja meglehetősen könnyen nyomon követhető a tudományos szakirodalomban - a miokardiális nekrózisban szenvedő állatokon végzett kísérletektől kezdve az elmúlt évek munkáiig, amelyek a szívizomsejtek infarktus utáni hiányának helyreállítását vagy a hasnyálmirigy β-sejtjeinek és a központi idegrendszer dopaminerg neuronjainak elvesztésének pótlását célozták.

Sejtátültetés

A szubsztitúciós regeneratív-plasztikai medicina alapja a sejttranszplantáció. Ez utóbbit olyan orvosi beavatkozások komplexumaként kell definiálni, amelyek során a beteg szervezete rövid vagy hosszú ideig közvetlen kapcsolatba kerül életképes auto-, allo-, izo- vagy xenogén eredetű sejtekkel. A sejttranszplantáció eszköze az őssejtek vagy származékaik szuszpenziója, amelyet a transzplantációs egységek száma standardizál. A transzplantációs egység a tenyészetben lévő telepképző egységek számának és a transzplantált sejtek teljes számának aránya. A sejttranszplantáció módszerei: őssejtek vagy származékaik szuszpenziójának intravénás, intraperitoneális, szubkután beadása; őssejtek vagy származékaik szuszpenziójának beadása az agykamrákba, a nyirokerekbe vagy az agy-gerincvelői folyadékba.

Az allo- és autológ sejttranszplantáció két alapvetően eltérő módszertani megközelítést alkalmaz az őssejtek pluri-, multi- vagy polipotens potenciáljának megvalósítására - in vivo vagy in vitro. Az első esetben az őssejtek bejuttatása a beteg szervezetébe előzetes differenciálódásuk nélkül történik, a másodikban - tenyészetben történő reprodukció, célzott differenciálódás és a differenciálatlan elemektől való tisztítás után. A sejtpótló terápia számos módszertani technikája között három módszercsoport különböztethető meg egyértelműen: a csontvelő és a vérsejtek pótlása, a szerv- és lágyrészsejtek pótlása, valamint a test merev és szilárd elemeinek (porc, csont, inak, szívbillentyűk és kapacitív erek) pótlása. Ez utóbbi irányt rekonstruktív és regeneratív gyógyászatként kell meghatározni, mivel az őssejtek differenciálódási potenciálja egy mátrixon - egy biológiailag inert vagy felszívódó struktúrán, amely a test helyettesített területéhez hasonlóan alakul - valósul meg.

A sérült szövetekben a regeneratív-plasztikus folyamatok intenzitásának fokozására egy másik módszer a beteg saját őssejt-erőforrásainak mobilizálása exogén növekedési faktorok, például granulocita és granulocita-makrofág kolónia-stimuláló faktorok alkalmazásával. Ebben az esetben a stromális kapcsolatok megrepedése a hematopoietikus őssejtek általános véráramba történő felszabadulásának növekedéséhez vezet, amelyek a szövetkárosodás területén a rejlő plaszticitásuknak köszönhetően regenerációs folyamatokat biztosítanak.

Így a regeneratív gyógyászat módszerei az elveszett funkciók helyreállításának folyamatainak stimulálására irányulnak - akár a beteg saját szárkészleteinek mozgósításával, akár allogén sejtes anyag bevitelével.

Az embrionális őssejtek felfedezésének fontos gyakorlati eredménye a terápiás klónozás, amely az embriogenezis kiváltó okainak megértésén alapul. Ha az embriogenezis megindulásának kezdeti jele a petesejt citoplazmájában található pre-mRNS komplex, akkor bármely szomatikus sejt magjának a kimagozott petesejtbe történő bejuttatása beindítja az embriófejlődési programot. Ma már tudjuk, hogy körülbelül 15 000 gén vesz részt az embriogenezis program megvalósításában. Mi történik velük később, a születés után, a növekedés, az érés és az öregedés időszakaiban? Erre a kérdésre Dolly bárány adta meg a választ: megőrződnek. A legmodernebb kutatási módszerekkel bebizonyosodott, hogy a felnőtt sejtek magjai megőrzik az embrionális őssejtek kialakulásához, a csíralemezekhez, az organogenezishez és a mezenchimális, ekto-, endo- és mezodermális eredetű sejtvonalak restrikciós éréséhez (differenciálódásba és specializációba való kilépéshez) szükséges összes kódot. A terápiás klónozás, mint irány, már a sejttranszplantológia fejlődésének legkorábbi szakaszaiban kialakult, és a beteg saját szomatikus sejtjeibe való totipotencia visszaállítását biztosítja genetikailag azonos transzplantációs anyag előállításához.

Az őssejtek felfedezése „a végéről” kezdődött, mivel az A. Maksimov által a biológiába és az orvostudományba bevezetett kifejezés a csontvelői őssejtekre vonatkozott, amelyekből a perifériás vér összes érett sejtes eleme származik. A vérképző őssejteknek azonban, akárcsak egy felnőtt szervezet minden szövetének sejtjei, szintén megvan a saját, kevésbé differenciált elődjük. Az összes szomatikus sejt közös forrása az embrionális őssejt. Meg kell jegyezni, hogy az „embrionális őssejtek” és az „embrionális őssejtek” fogalma korántsem azonos. Az embrionális őssejteket J. Thomson izolálta a blasztociszta belső sejttömegéből, és hosszú életű sejtvonalakba vitte át. Csak ezeknek a sejteknek van az „ESC” fakszimiléje. Leroy Stevens, aki egérkísérletekben fedezte fel az embrionális őssejteket, „embrionális pluripotens őssejteknek” nevezte őket, utalva az ESC-k azon képességére, hogy mindhárom csíralemez (ekto-, mezo- és endoderma) származékaivá differenciálódjanak. Azonban a későbbi fejlődési szakaszokban az embrió összes sejtje egyben őssejt is, mivel ezekből hatalmas számú sejt fejlődik ki, amelyekből a felnőtt teste felépül. Meghatározásukra az „embrionális pluripotens progenitor sejtek” kifejezést javasoljuk.

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Az őssejtek típusai

Az őssejtek modern osztályozása azon az elven alapul, hogy osztódnak a sejtvonalak létrehozására való képességük (potenciájuk) alapján, amelyet toti-, pluri-, multi-, poli-, bi- és unipotenciaként definiálnak. A totipotencia, azaz egy genetikailag programozott szervezet egészének újrateremtésének képessége a zigóta sejtek, a blasztomérák és az embrionális őssejtek (a blasztociszta belső tömegének sejtjei) rendelkeznek. A totipotens sejtek egy másik csoportját, amelyek az embrionális fejlődés későbbi szakaszaiban képződnek, az embrionális genitális zóna primer germinális sejtjei (genitális tuberkulumok) képviselik. A pluripotencia, azaz bármely szerv vagy szövet sejtjeivé való differenciálódás képessége, a három csíralemez - ekto-, mezo- és endoderma - embrionális sejtjeinek rejlik. Úgy vélik, hogy a multipotencia, azaz az a képesség, hogy egyetlen specializált sejtvonalon belül bármilyen sejtet képezzenek, csak kétféle sejttípusra jellemző: az úgynevezett mezenchimális őssejtekre, amelyek az idegtaréjban képződnek, és a test kötőszöveti bázisának összes sejtjének prekurzorai, beleértve a neuroglia sejteket is, valamint a hematopoietikus hematopoietikus őssejtekre, amelyekből az összes vérsejtvonal kiindul. Ezenkívül megkülönböztetnek bi- és unipotens őssejteket, különösen a mieloid, limfoid, monocita és megakariocita hematopoietikus hajtások prekurzor sejtjeit. Az unipotens őssejtek létezését egyértelműen bizonyították a májsejtek példáján - a májszövet jelentős részének elvesztését a differenciált poliploid hepatociták intenzív osztódása kompenzálja.

A fejlődés során minden szerv és szövet a blasztociszta belső sejttömegének proliferációja és differenciálódása eredményeként alakul ki, amelyek sejtjei szigorú értelemben totipotens embrionális őssejtek. Az embrionális őssejtek izolálásával kapcsolatos első munkát Evans végezte, aki kimutatta, hogy az egerek agyába beültetett blasztociszták teratokarcinómákat hoznak létre, amelyek sejtjei klónozáskor pluripotens embrionális őssejtvonalakat alkotnak (e sejtek eredeti nevét - embrionális karcinóma sejtek vagy az ECС rövidítésben - jelenleg nem használják). Ezeket az adatokat számos más vizsgálat is megerősítette, amelyekben embrionális őssejteket nyertek egerek és más állatfajok, valamint emberek blasztociszta sejtjeinek tenyésztésével.

Az utóbbi években a szakirodalom egyre inkább beszámol az őssejtek plaszticitásáról, amelyet nemcsak az utóbbiak azon képességeként értelmeznek, hogy a fejlődés különböző szakaszaiban különböző típusú sejtekké differenciálódjanak, hanem dedifferenciálódáson (transzdifferenciálódás, retrodifferenciálódás) is áteshetnek. Vagyis elismerik azt az alapvető lehetőséget, hogy egy szomatikus differenciált sejt visszatérjen az embrionális fejlődés szakaszába a pluripotencia reprodukálásával (visszatérésével), és ezt ismételt differenciálódásban valósítsa meg más típusú sejtek képződésével. Különösen arról számolnak be, hogy a hematopoietikus őssejtek képesek transzdifferenciálódásra hepatociták, kardiomioblasztok és endoteliociták képződésével.

Továbbra is folynak a tudományos viták az őssejtek plaszticitásuk szerinti felosztásáról, azaz kialakulóban van a sejttranszplantáció terminológiája és szószedete, amelynek közvetlen gyakorlati jelentősége van, mivel a regeneratív plasztikai medicina legtöbb módszere a plasztikus tulajdonságok felhasználásán és az őssejtek különböző sejtvonalakká való differenciálódásának képességén alapul.

A regeneratív-plasztikai medicina alapvető és alkalmazott problémáival foglalkozó publikációk száma rohamosan növekszik. Már felvázolták a különböző módszertani megközelítések körét, amelyek az őssejtek regeneratív-plasztikai potenciáljának legoptimálisabb kihasználását célozzák. Kardiológusok és endokrinológusok, neurológusok és idegsebészek, transzplantológusok és hematológusok azonosították sürgető érdeklődési területeiket. Szemészek, gyógytornászok, pulmonológusok, nefrológusok, onkológusok, genetikusok, gyermekgyógyászok, gasztroenterológusok, terapeuták és gyermekgyógyászok, sebészek és szülész-nőgyógyászok keresnek megoldást az őssejtek plasztikai képességeinek sürgető problémáira - a modern orvoslás minden képviselője abban reménykedik, hogy lehetőséget kap a korábban halálosnak tartott betegségek gyógyítására.

Vajon a sejtátültetés a következő „csodaszer”?

Ez a kérdés jogosan merül fel minden gondolkodó orvosban és tudósban, aki az orvostudomány jelenlegi állapotát elemzi. A helyzetet bonyolítja, hogy a tudományos konfrontáció mezőjének egyik oldalán az „egészséges konzervatívok”, a másikon a sejttranszplantológia „beteg fanatikusai” állnak. Nyilvánvaló, hogy az igazság, mint mindig, közöttük van – a „senki földjén”. Anélkül, hogy érintenénk a jogi, etikai, vallási és erkölcsi kérdéseket, vizsgáljuk meg a regeneratív-plasztikai medicina kijelölt területeinek előnyeit és hátrányait. Az embrionális őssejtek terápiás lehetőségeiről szóló első tudományos jelentések „könnyű szellője” felfedezésük után egy évvel „viharos széllé” változott, amely 2003-ban „információs tornádóvá” kavargott. Az első publikációsorozat az embrionális őssejtek tenyésztésének, szaporításának és irányított in vitro differenciálódásának kérdéseivel foglalkozott.

Kiderült, hogy az embrionális őssejtek korlátlan szaporodásához tenyészetben számos feltétel szigorú betartása szükséges. Három tényezőnek kell jelen lennie a kondicionált táptalajban: interleukin-6 (IL-6), őssejt-faktor (SCF) és leukáz-gátló faktor (LIF). Ezenkívül az embrionális őssejteket embrionális fibroblasztok szubsztrátján (sejttápláló rétegen) és magzati borjúszérum jelenlétében kell tenyészteni. Ha ezek a feltételek teljesülnek, az embrionális őssejtek a tenyészetben klónokként nőnek, és embrioid testeket alkotnak - gömb alakú sejtek szuszpenziós klónjainak aggregátumait. Az ESC-klón legfontosabb jellemzője, hogy a tenyészetben az embrioid test növekedése leáll, amikor 50-60, maximum 100 sejt halmozódik fel az aggregátumban. Ebben az időszakban egyensúlyi állapot áll be - a klónon belüli sejtosztódás sebessége megegyezik a perifériáján zajló apoptózis (programozott sejthalál) sebességével. Egy ilyen dinamikus egyensúly elérése után az embrioid test perifériás sejtjei spontán differenciálódáson mennek keresztül (általában a szikzacskó endodermális fragmenseinek, angioblasztoknak és endoteliocitáknak a képződésével), a totipotencia elvesztésével. Ezért ahhoz, hogy elegendő mennyiségű totipotens sejttömeget kapjunk, az embrioid testet hetente szét kell bontani az egyes embrionális őssejtek új táptalajba történő átültetésével - ez egy meglehetősen munkaigényes folyamat.

Az embrionális őssejtek felfedezése nem adott választ arra a kérdésre, hogy pontosan mi és hogyan indítja el a zigóta DNS-ben titkosított embriogenezis programokat. Továbbra sem világos, hogyan bontakozik ki a genom programja az emberi életben. Ugyanakkor az embrionális őssejtek tanulmányozása lehetővé tette az őssejtek osztódásuk során a toti-, pluri- és multipotenciájának fenntartására szolgáló mechanizmusok koncepciójának kidolgozását. Az őssejtek fő megkülönböztető jellemzője az önreprodukció képessége. Ez azt jelenti, hogy az őssejt, ellentétben a differenciált sejttel, aszimmetrikusan osztódik: az egyik leánysejt specializált sejtvonalat hoz létre, a második pedig megőrzi a genom toti-, pluri- vagy multipotenciáját. Továbbra sem világos, hogy miért és hogyan történik ez a folyamat az embriogenezis legkorábbi szakaszaiban, amikor a blasztociszta osztódó belső sejttömege teljesen totipotens, és az ESC genom szunnyadó (alvó, gátolt) állapotban van. Ha egy közönséges sejt osztódása során a duplikáció folyamatát szükségszerűen megelőzi egy egész génkomplexum aktiválódása és expressziója, akkor az ESC osztódása során ez nem történik meg. A „miért” kérdésre a választ az ESC-kben már létező mRNS (pre-mRNS) felfedezése után kaptuk meg, amelyek közül néhány a tüszősejtekben képződik, és a petesejt és a zigóta citoplazmájában tárolódik. A második felfedezés a „hogyan” kérdésre válaszolt: speciális enzimeket, úgynevezett „editázokat” találtak az ESC-kben. Az editázok három fontos funkciót látnak el. Először is, alternatív epigenetikus (a genom részvétele nélküli) leolvasást és pre-mRNS duplikációt biztosítanak. Másodszor, végrehajtják a pre-mRNS aktiválásának folyamatát (splicing - intronok, azaz az RNS inaktív szakaszainak kivágása, amelyek gátolják a fehérjeszintézis folyamatát az mRNS-en), amely után megkezdődik a fehérjemolekulák összeszerelése a sejtben. Harmadszor, az editázok elősegítik a másodlagos mRNS-ek képződését, amelyek a génexpressziós mechanizmusok represszorai, fenntartva a kromatin sűrű csomagolását és a gének inaktív állapotát. Az ilyen másodlagos mRNS-eken szintetizált fehérjetermékek, amelyeket csendesítő fehérjéknek vagy genomvédőknek neveznek, jelen vannak az emberi petesejtekben.

Így mutatjuk be ma az embrionális őssejtek halhatatlan sejtvonalainak kialakulásának mechanizmusát. Egyszerűen fogalmazva, az embriogenezis program elindításának jele, amelynek kezdeti szakaszai a totipotens sejttömeg kialakulásából állnak, a petesejt citoplazmájából származik. Ha ebben a szakaszban a blasztociszta belső sejttömegét, azaz az ESC-t, izoláljuk a további szabályozó jelektől, akkor a sejtek önreprodukciós folyamata zárt ciklusban, a sejtmag génjeinek részvétele nélkül (epigenetikusan) megy végbe. Ha egy ilyen sejtet tápanyagokkal látunk el, és izoláljuk a sejttömeg differenciálódását elősegítő külső jelektől, akkor korlátlanul osztódik és szaporodik a saját fajtájában.

A totipotens sejtek transzplantációra való felhasználására irányuló kísérleti kísérletek első eredményei meglehetősen lenyűgözőek voltak: az embrionális őssejtek bejuttatása immunszuppresszánsok által legyengült immunrendszerű egerek szöveteibe az esetek 100%-ában daganatok kialakulásához vezetett. A daganatsejtek között, amelyek forrása az embrionális őssejtek voltak, a totipotens exogén sejtes anyag differenciált származékai, különösen az idegsejtek voltak jelen, de a teratokarcinómák növekedése a nullára csökkentette a kapott eredmények értékét. Ugyanakkor L. Stevens munkáiban a hasüregbe juttatott ESC-k nagy aggregátumokat képeztek, amelyekben töredékesen alakultak ki embrionális izmok, szív, haj, bőr, csontok, izomszövet és idegszövet. (A dermoid cisztákat felnyitó sebészeknek ismerniük kell ezt a képet). Érdekes módon a felfüggesztett egér embrioblaszt sejtek pontosan ugyanígy viselkednek: felnőtt immunhiányos állatok szöveteibe történő bejuttatásuk mindig teratokarcinómák kialakulását okozza. De ha egy ilyen tumorból tiszta ESC-vonalat izolálnak és bejuttatnak a hasüregbe, akkor ismét mindhárom csíralemez specializált szomatikus származékai képződnek karcinogenezis jelei nélkül.

Így a következő megoldandó probléma a sejtes anyag megtisztítása volt a differenciálatlan sejtek szennyeződéseitől. Azonban még a célzott sejtdifferenciálódás nagyon magas hatékonysága esetén is a tenyészetben lévő sejtek akár 20%-a is megőrzi totipotens potenciálját, amely in vivo sajnos a tumornövekedésben realizálódik. A természet egy másik „csúzli” - az orvosi kockázat skáláján a beteg gyógyulásának garanciája egyensúlyban van a halálának garanciájával.

A tumorsejtek és az embrionális pluripotens progenitor sejtek (EPPC-k) – amelyek fejlettebbek, mint az ESC-k – közötti kapcsolat meglehetősen kétértelmű. Tanulmányaink eredményei kimutatták, hogy az EPPC-k bejuttatása patkányok különböző transzplantálható tumoraiba a tumorszövet széteséséhez (G), a tumortömeg gyors növekedéséhez (D), csökkenéséhez (E-3) vezethet, vagy nem befolyásolja a neoplasztikus szövet spontán centrális fokális nekrózisának méretét (I, K). Nyilvánvaló, hogy az EPPC-k és a tumorsejtek kölcsönhatásának eredményét az általuk in vivo termelt citokinek és növekedési faktorok teljes halmaza határozza meg.

Figyelemre méltó, hogy az embrionális őssejtek, amelyek karcinogenezissel reagálnak a felnőtt szövetekkel való érintkezésre, tökéletesen asszimilálódnak az embrió sejttömegével, beépülve az embrió összes szervébe. Az ilyen kimérákat, amelyek az embrió saját sejtjeiből és donor ESC-kből állnak, allofén állatoknak nevezik, bár valójában nem fenotípusos kimérák. A vérképző rendszer, a bőr, az idegszövet, a máj és a vékonybél maximális sejtes kimerizáción megy keresztül, amikor ESC-ket juttatnak be egy korai embrióba. A nemi szervek kimerizációjának eseteit is leírták. Az ESC-k számára az egyetlen sérthetetlen zóna az elsődleges csírasejtek.

Vagyis az embrió megőrzi szülei genetikai információit, amelyek védik mind a nemzetség, mind a faj tisztaságát és folytonosságát.

A korai embrió sejtosztódásának citoklazinnal történő blokkolása mellett az embrionális őssejtek blasztociszta belsejébe történő bejuttatása olyan embrió kialakulásához vezet, amelynek elsődleges csírasejtjei, mint minden más, donor embrionális őssejtekből képződnek. De ebben az esetben maga az embrió teljesen donor, genetikailag idegen a béranya testétől. A saját és idegen örökletes információk keveredésének ilyen természetes blokkolásának mechanizmusait még nem tisztázták. Feltételezhető, hogy ebben az esetben megvalósul az apoptózis program, amelynek meghatározó tényezői még nem ismertek számunkra.

Meg kell jegyezni, hogy a különböző fajú állatok embriogenezise soha nem koordinált: amikor a xenogén embrionális őssejtek donorprogramját a recipiens embrió testében organogenezisre hajtják végre, az embrió méhen belül elpusztul és felszívódik. Ezért a "patkány-egér", "disznó-tehén", "ember-patkány" kimérák létezését sejtes, de nem morfológiai mozaikosságként kell érteni. Más szóval, amikor az egyik emlősfaj ESC-it egy másik faj blasztocisztájába juttatják, mindig az anyai faj utódai fejlődnek ki, amelyekben szinte minden szervük saját sejtjei között zárványok találhatók, és néha szerkezeti és funkcionális egységek csoportjai, amelyek genetikailag idegen ESC-származékokból állnak. A "humanizált sertés" kifejezés nem tekinthető valamiféle szörnyeteg megnevezésének, amely emberi intelligenciával vagy külső jellemzőkkel rendelkezik. Ez csak egy állat, amelynek testsejtjeinek egy része a sertés blasztocisztájába juttatott emberi ESC-kből származik.

Az őssejtek felhasználásának kilátásai

Régóta ismert, hogy a hematopoietikus és limfoid eredetű sejtek genopatológiájával összefüggő betegségek gyakran megszűnnek allogén csontvelő-transzplantáció után. A saját hematopoietikus szövet helyettesítése egy rokon donortól származó genetikailag normális sejtekkel a beteg részleges, néha teljes felépüléséhez vezet. Az allogén csontvelő-transzplantációval kezelt genetikai betegségek közül érdemes megemlíteni a kombinált immunhiányos szindrómát, az X-kromoszómához kötött agammaglobulinemiát, a krónikus granulomatózist, a Wiskott-Aldrich szindrómát, a Gaucher- és Hurler-kórt, az adrenoleukodystrophiát, a metakromasztikus leukodystrophiát, a sarlósejtes vérszegénységet, a talasszémiát, a Fanconi-vérszegénységet és az AIDS-et. Az allogén csontvelő-transzplantáció alkalmazásának fő problémája ezen betegségek kezelésében a HbA1c-kompatibilis rokon donor kiválasztásával kapcsolatos, amelynek sikeres kereséséhez átlagosan 100 000 tipizált donor hematopoietikus szövetmintára van szükség.

A génterápia lehetővé teszi a genetikai defektus közvetlen korrekcióját a beteg hematopoietikus őssejtjeiben. Elméletileg a génterápia ugyanazokat az előnyöket biztosítja a hematopoietikus rendszer genetikai betegségeinek kezelésében, mint az allogén csontvelő-transzplantáció, de az összes lehetséges immunológiai szövődmény nélkül. Ehhez azonban olyan technika szükséges, amely lehetővé teszi egy teljes értékű gén hatékony átvitelét a hematopoietikus őssejtekbe, és fenntartja a szükséges expressziós szintet, amely bizonyos típusú örökletes patológiákban nem lehet túl magas. Ebben az esetben a hiányos gén fehérjetermékének már kismértékű feltöltése is pozitív klinikai hatást eredményez. Különösen a B hemofília esetén a IX. faktor normál szintjének 10-20%-a elegendő a véralvadás belső mechanizmusának helyreállításához. Az autológ sejtes anyag genetikai módosítása sikeresnek bizonyult a kísérleti hemiparkinsonizmusban (a dopaminerg neuronok egyoldalú pusztulása). A patkányembrionális fibroblasztok tirozin-hidroxiláz gént tartalmazó retrovirális vektorral történő transzfekciója biztosította a dopamin szintézisét a központi idegrendszerben: a transzfektált fibroblasztok intracerebrális beadása jelentősen csökkentette a Parkinson-kór kísérleti modelljének klinikai manifesztációinak intenzitását kísérleti állatokban.

Az őssejtek emberi betegségek génterápiájában való felhasználásának lehetősége számos új kihívást jelentett a klinikusok és a kísérletezők számára. A génterápia problematikus aspektusai a célsejtbe történő géntranszport biztonságos és hatékony rendszerének kifejlesztésével kapcsolatosak. Jelenleg a nagy emlőssejtekbe történő géntranszfer hatékonysága nagyon alacsony (1%). Módszertanilag ezt a problémát többféleképpen oldják meg. Az in vitro géntranszfer magában foglalja a genetikai anyag transzfekcióját a beteg sejtkultúrájába, majd azok visszajuttatását a beteg szervezetébe. Ezt a megközelítést optimálisnak kell tekinteni a csontvelői őssejtekbe bevitt gének alkalmazásakor, mivel a hematopoietikus sejtek testből a kultúrába és vissza történő átvitelének módszerei jól beváltak. A retrovírusokat leggyakrabban a hematopoietikus sejtekbe történő in vitro génátvitelre használják. A hematopoietikus őssejtek nagy része azonban nyugalmi állapotban van, ami megnehezíti a genetikai információk retrovírusokkal történő transzportját, és új, hatékony géntranszportmódszerek keresését igényli a nyugalmi őssejtekbe. Jelenleg olyan génátviteli módszereket alkalmaznak, mint a transzfekció, a DNS közvetlen mikroinjekciója sejtekbe, lipofekció, elektroporáció, „génágyú”, mechanikus kapcsolás üveggyöngyökkel, hepatociták transzfekciója receptorfüggő DNS-kapcsolással asialoglikoproteinhez, valamint a transzgén aeroszolos bejuttatása a tüdő alveoláris hámsejtjeibe. Ezen módszerekkel a DNS-átvitel hatékonysága 10,0-0,01%. Más szóval, a genetikai információ bevitelének módjától függően 100 betegből 10-nél, illetve 10 000 betegből 1-nél várható siker. Nyilvánvaló, hogy a terápiás gének átvitelének hatékony és egyben biztonságos módszerét még ki kell fejleszteni.

Az allogén sejtes anyag kilökődésének problémájára a sejttranszplantációban alapvetően eltérő megoldást jelent az embrionális pluripotens progenitor sejtek nagy dózisainak alkalmazása a felnőtt szervezet antigén homeosztázis kontrollrendszerének újratelepítésének hatásának elérése érdekében (Kukharchuk-Radchenko-Sirman hatás), amelynek lényege az immunológiai tolerancia kiváltása egy új immunkompetens sejtbázis létrehozásával, az antigén homeosztázis kontrollrendszerének egyidejű átprogramozásával. Nagy dózisú EPPC-k bevezetése után az utóbbiak a csecsemőmirigy és a csontvelő szöveteiben rögzülnek. A csecsemőmirigyben az EPPC-k egy specifikus mikrokörnyezet hatására dendritikus, interdigitális sejtekké és epiteliális-stromális elemekké differenciálódnak. Az EPPC-k differenciálódása során a recipiens csecsemőmirigyében a recipiens saját fő hisztokompatibilitási komplex (MHC) molekuláival együtt a donorsejtekben genetikailag meghatározott MHC-molekulák is expresszálódnak, azaz az MHC-molekulák kettős standardja alakul ki, amely szerint a T-limfociták pozitív és negatív szelekciója valósul meg.

Így a recipiens immunrendszerének effektorkapcsolatának megújulása a T-limfociták pozitív és negatív szelekciójának ismert mechanizmusain keresztül, de az MHC molekulák kettős standardján - a recipiens és a donor EPPC-ken - keresztül történik.

Az immunrendszer EPPC-vel történő újraprogramozása nemcsak a sejtátültetést teszi lehetővé immunszuppresszánsok későbbi hosszú távú alkalmazása nélkül, hanem teljesen új lehetőségeket nyit az autoimmun betegségek kezelésében, és megalapozza az emberi öregedési folyamattal kapcsolatos új elképzelések kidolgozását. Az öregedés mechanizmusainak megértéséhez a test törzstereinek kimerülésének elméletét javasoltuk. Ezen elmélet fő rendelkezése szerint az öregedés a test törzstereinek méretének állandó csökkenése, amelyet regionális ("felnőtt") őssejtek (mezenchimális, neuronális, hematopoietikus őssejtek, a bőr, az emésztőrendszer, az endokrin hám, a ciliáris redők pigmentsejtjei stb.) készleteként értünk, amelyek a megfelelő szövet sejtveszteségeit pótolják a test átalakulásának folyamatában. A test átalakulása az összes szövet és szerv sejtösszetételének megújulása a törzstér sejtjeinek köszönhetően, amely egy többsejtű szervezet életében folytatódik. A törzsterekben lévő sejtek számát genetikailag határozzák meg, ami meghatározza az egyes törzsterek korlátozott méretét (proliferatív potenciálját). A törzsközök mérete viszont meghatározza az egyes szervek, szövetek és testrendszerek öregedési sebességét. A törzsközök sejtes tartalékainak kimerülése után a többsejtű szervezet öregedésének intenzitását és sebességét a szomatikus differenciált sejtek öregedési mechanizmusai határozzák meg a Hayflick-határon belül.

Ezért a posztnatális ontogenezis szakaszában a törzsterek tágítása nemcsak jelentősen növelheti az élettartamot, hanem javíthatja az életminőséget is a test átalakulási potenciáljának helyreállításával. A törzsterek tágítása nagy dózisú allogén embrionális pluripotens progenitor sejtek bevitelével érhető el, feltéve, hogy a recipiens immunrendszere egyidejűleg átprogramozódik, ami jelentősen növeli a kísérletben részt vevő idős egerek élettartamát.

A szártér-kimerülés elmélete nemcsak az öregedés mechanizmusairól, hanem magáról a betegségről, valamint annak gyógyszeres kezelésének következményeiről is megváltoztathatja a meglévő elképzeléseket. A betegség különösen az őssejtek patológiája (onkopatológia) következtében alakulhat ki. A mezenchimális őssejt-tartalék kimerülése megzavarja a kötőszöveti átépülés folyamatait, ami az öregedés külső jeleinek megjelenéséhez vezet (ráncok, a bőr petyhüdtsége, cellulit). Az endotélsejtek szártartalékának kimerülése artériás magas vérnyomás és érelmeszesedés kialakulását okozza. A csecsemőmirigy szárterének kezdeti kis mérete meghatározza annak korai, állandó, életkorral összefüggő involúcióját. A korai öregedés a test összes szárterének méretének kezdeti kóros csökkenésének következménye. Az őssejt-tartalékok gyógyszeres és nem gyógyszeres stimulálása javítja az életminőséget azáltal, hogy csökkenti annak időtartamát, mivel csökkenti a szárterek méretét. A modern geroprotektorok alacsony hatékonysága az öregedő differenciált szomatikus sejtekre gyakorolt védő hatásuknak köszönhető, és nem a test szártereire.

Összefoglalásként szeretnénk ismét megjegyezni, hogy a regeneratív-plasztikai medicina az emberi betegségek kezelésének egy új iránya, amely az őssejtek regeneratív-plasztikai potenciáljának felhasználásán alapul. Ebben az esetben a plaszticitás alatt az exogén vagy endogén őssejtek azon képességét értjük, hogy beültethetők és új, specializált sejtcsírákat hozzanak létre a beteg szervezet sérült szöveti területein. A regeneratív-plasztikai medicina tárgya a jelenleg gyógyíthatatlan halálos emberi betegségek, az örökletes patológiák, azok a betegségek, amelyekben a hagyományos orvosi módszerek csak tüneti hatást érnek el, valamint a test anatómiai rendellenességei, amelyek helyreállítása a rekonstruktív-plasztikai regeneratív sebészet célja. Véleményünk szerint túl korai lenne az őssejtekből származó teljes és funkcionálisan teljes szervek újrateremtésére tett első kísérleteket a gyakorlati orvoslás külön területének tekinteni. A regeneratív-plasztikai medicina tárgyát az őssejtek képezik, amelyek származásuk forrásától függően eltérő regeneratív-plasztikai potenciállal rendelkeznek. A regeneratív-plasztikai medicina módszertana az őssejtek vagy származékaik átültetésére épül.