В журнале Nature вышел обзор последних достижений в области регенеративной офтальмологии — о лечении стволовыми клетками болезней глаз: глаукомы, повреждений роговицы и дегенерации желтого пятна.
Большинство клеток в нашем организме специализируются на определенных задачах: эритроциты переносят кислород из легких к тканям и углекислый газ в обратном направлении, клетки желез вырабатывают специфические молекулы и «рассылают» их по кровотоку остальным клеткам, клетки сетчатки улавливают свет и передают в мозг сигналы. Стволовые клетки — «мать всех клеток», клетки-предшественники, способные дифференцироваться, то есть превращаться в специализированные клетки. Именно стволовые клетки ответственны за обновление изношенных клеток нашего организма.
Восстановление роговицы
В норме роговицу окружает лимб — полупрозрачное кольцо, содержащее стволовые клетки. Эти клетки образуют эпителиальный слой, который защищает и поддерживает роговицу. При травме или инфекции запас стволовых клеток истощается, роговица не регенерирует и мутнеет, в результате чего ухудшается зрение. Поврежденную роговицу можно заменить на донорскую, но без стволовых клеток ее со временем постигнет та же участь, что и родную роговицу.
Чтобы решить эту проблему, в Massachusetts Eye and Ear — больнице, которая специализируется на офтальмологии и отоларингологии, — в поврежденный глаз пересадили стволовые клетки. Их брали из здорового глаза и выращивали на образце амниотической мембраны — слое плаценты, который уже давно применяется для ускорения заживления поврежденной роговицы. Когда лист из стволовых клеток достигал нужного размера, его пересаживали в поврежденный глаз. Пациентам с истощенным запасом стволовых клеток, но неповрежденной роговицей такой процедуры оказалось достаточно для восстановления зрения. Другим пациентам, помимо пересадки стволовых клеток, потребовалась трансплантация роговицы от донора.
Регенеративная медицина существует около 25 лет. За это время ученые создавали из стволовых клеток различные ткани, от сетчатки до сердечной мышцы. Однако пересадка стволовых клеток в глаза часто заканчивалась неудачей. Отчасти это было связано с тем, что в глазном яблоке содержится множество различных типов клеток. Поэтому Кодзи Нисида (Kohji Nishida), офтальмолог из Осакского Университета, решил создать органоид глаза — трехмерную структуру, которая растет в лаборатории и имитирует развитие глаза. Из этого органоида можно взять эпителиальный слой, содержащий необходимые стволовые клетки, и перенести его в поврежденный глаз. Нисида уже пересадил такие «пластыри» из стволовых клеток четырем испытуемым. Все трансплантаты прижились, зрение у пациентов улучшилось. Первую фазу клинического испытания ученый планирует завершить к марту 2022 года. Затем он надеется провести исследование в других центрах, а в течение нескольких лет получить разрешение на лечение пациентов этим методом.
Другой исследователь — Че Коннон (Che J.Connon), тканевый инженер из Ньюкаслского университета в Англии, печатает роговицы на биопринтере. Он смешивает стволовые клетки с коллагеном и экстрактом водорослей и формирует биочернила. С помощью 3D-печати эти биочернила наносятся на изогнутую подложку — так создается роговица. Ученый надеется, что через несколько лет такую роговицу можно будет пересаживать людям.
Восстановление сетчатки
У людей старше 60 лет зрение часто ухудшается из-за возрастной дегенерации желтого пятна — области на задней части сетчатки глаза. Этим заболеванием во всем мире страдают почти 200 миллионов человек. Болезнь развивается из-за разрушения пигментного эпителия сетчатки — слоя клеток, который обеспечивает питательными веществами фоторецепторы. К фоторецепторам сетчатки человеческого глаза относятся три типа колбочек, которые отвечают за цветное зрение, и один вид палочек, отвечающий за сумеречное зрение. Разрушение клеток эпителия приводит к гибели фоторецепторов и потере зрения. Клетки пигментного эпителия также могут повреждаться при различных болезнях глаз, например при диабетической ретинопатии.
Попытки пересадить клетки пигментного эпителия, выращенные из стволовых клеток, долгое время заканчивались провалом. К 2013 году хороших результатов удалось достичь, пересаживая клетки не по отдельности, а сплошным слоем. Такого подхода придерживается Капил Бхарти (Kapil Bharti) — клеточный биолог из Национального института глаз в Бетесде, США. Он выращивает клетки пигментного эпителия на биоразлагаемом полимерном каркасе, уже одобренном FDA, и пересаживает их целым листом.
Для производства этих клеток Бхарти использует индуцированные стволовые клетки, полученные из собственных клеток крови пациента. Преимущество такого подхода состоит в том, что можно не использовать иммунодепрессанты, предотвращающие отторжение трансплантата. Бхарти работает вместе с офтальмологом Дэвидом Гаммом (David Gamm), который использует стволовые клетки для выращивания фоторецепторов.
Восстановление ганглионарных клеток
Фоторецепторные клетки с одной стороны прикрепляются к слою пигментного эпителия, а с другой — к биполярным клеткам, которые связываются с ганглионарными клетками сетчатки. Аксоны ганглиозных клеток входят в зрительный нерв и передают сигналы от сетчатки к мозгу.
Петр Баранов (Petr Baranov) возглавил совместное исследование Гарвардской медицинской школы и Московского физико-технического института. Ученые выращивают ганглионарные клетки сетчатки из стволовых клеток и трансплантируют их мышам с уничтоженными собственными ганглионарными клетками. Около 65% пересаженных ганглионарных клеток прижились на срок не менее 12 месяцев. Измерив сигналы, идущие от сетчатки к мозгу, ученые определили, что новые клетки функционируют. Улучшают ли эти трансплантаты зрение, пока неизвестно, исследователи надеются выяснить это в ближайшее время. Пока они пересаживают в один глаз 10–20 тысяч клеток, а чтобы восстановить зрение, по их словам, нужны сотни тысяч клеток.
Несмотря на бурное развитие регенеративной медицины полностью вернуть зрение этими методами пока не удается. Исследователи только учатся восстанавливать различные части глаза и надеются, что в дальнейшем эти методы избавят пациентов от слепоты.
Текст: Вера Васильева