Регенерация миокарда: что выбрать — клеточную терапию или лекарственные препараты?
Исследователи бьются над тем, как стимулировать регенерацию миокарда, дабы заместить соединительнотканный постинфарктный рубец.
Двадцать лет назад Пьеро Анверса, кардиолог и исследователь стволовых клеток, опубликовал интересную статью. Видный исследователь в Нью-Йоркском медицинском колледже в Валгалле, в экспериментах на мышах он продемонстрировал, что, вопреки распространенному мнению, регенерация миокарда после [ишемического] повреждения возможна с помощью стволовых клеток из костного мозга [1]. В ходе инфаркта миокарда, широкой общественности известного как «сердечный приступ», развивается гипоксия клеток сердечной мышцы, что приводит к их гибели. В ответ на месте погибшего участка мышечной ткани развивается рубцовая. Однако восстановленные таким образом области сердца не способны перекачивать кровь как прежде. Со временем может развиться сердечная недостаточность, особенно в случае новых инфарктов. Практическое значение работы Анверсы было очевидно: благодаря своей способности к неограниченному росту и пролиферации стволовые клетки могли восстановить повреждения, вызванные инфарктом, и тем самым предотвратить сердечную недостаточность.
Но другие исследования, в ходе которых ученые пытались повторить эти результаты на мышах, оказались безуспешными. В конце концов начали появляться обвинения в фальсификации результатов, и Анверса, который с тех пор стал сотрудником Гарвардской медицинской школы, Бригама и Женской больницы в Бостоне (штат Массачусетс), в 2015 году был вынужден оставить занимаемые им должности. Два года спустя Бригам и Женская больница заплатили правительству США 10 миллионов долларов для урегулирования обвинений в том, что Анверса с соавт. сфальсифицировали данные для подачи заявки на федеральное финансирование дальнейших разработок. А в ходе расследования, проведенного в Гарварде в 2018 году, было принято решение отозвать 31 статью Анверсы.
Майкл Шнайдер, кардиолог и исследователь из Имперского колледжа в Лондоне, заявил, что этот процесс приглушил энтузиазм, который когда-то окружал исследования в области терапии стволовыми клетками. Он признает, что противоречия, явное несоблюдение основных принципов научной работы и доказательства против заявлений Анверсы бросили тень на эту область в целом. Это прискорбно, потому что множество других ученых, занимающихся стволовыми клетками, проводят исследования в рамках закона.
Тем временем возникла еще одна стратегия регенерации миокарда, вдохновленная животными, которые, в отличие от людей, обладают способностью восстановления сердечной мышцы после ишемического повреждения. Исследователи стремятся узнать больше о молекулах, синтезируемых в миокарде в ходе ауторегенерации у рыбок данио (Danio rerio). Также изучается, могут ли инъекционные препараты на основе тех же веществ привести к сходным результатам при репарации миокарда человека.
Теперь вопрос заключается в том, что окажется эффективнее для регенерации сердца: стволовые клетки, препараты на основе низкомолекулярных соединений или же комбинация этих двух подходов.
Эволюция взглядов
После скандала с Анверсой произошел важный сдвиг парадигмы в области стволовых клеток. Согласно результатам литературного обзора в 2019 году, в ходе новейших исследований выясняется, что при терапии стволовыми клетками преимущественное влияние оказывют секретируемые ими вещества, а не пролиферация самих клеток [2]. Как отмечает Джавария Техзиб, автор обзора, специалист по внутренним болезням из Медицинского центра Олбани (Нью-Йорк), спустя много лет работы удалось обнаружить, что эффект замены поврежденных клеток [стволовыми] незначителен. Она поясняет, что истинная регенерация происходит тогда, когда клетки выделяют факторы роста, которые, в свою очередь, влияют на восстановление сердечной мышцы, уменьшая воспаление и стимулируя образование новых кардиомиоцитов.
Это означает, что методы лечения стволовыми клетками имеют некоторое сходство со стратегией введения лекарственных препаратов — по сути, все сводится к молекулам, секретируемым стволовыми клетками, что аналогично прямой инъекции лекарственных средств. Однако существуют и важные отличия.
Во-первых, часть преимуществ терапии стволовыми клетками по-прежнему связана с клеточной пролиферацией, даже если этот аспект относительно мал. Во-вторых, контроль того, какие вещества вырабатываются стволовыми клетками после их введения практически невозможен, тогда как конкретные лекарственные соединения можно вводить в четко заданных дозах. И, наконец, способы введения, доставки и сферы воздействия определенных лекарственных средств и стволовых клеток значительно разнятся.
В исследовании, опубликованном в 2020 году, была продемонстрирована важность молекул, вырабатываемых стволовыми клетками. Целью исследования был поиск структурной целостности белков в миокарде у мыши с инфарктом [3]. Сердечный приступ был смоделирован (искусственно вызван) у восьми взрослых мышей. Четыре недели спустя половине грызунов ученые ввели стволовые клетки. Еще через четыре недели животных вскрыли, и после аутопсии образцы миокарда мышей были промыты серией буферных растворов и химических реагентов для экстракции белков. Затем был произведен анализ этих белков. Как заявляет Андре Тержич, ведущий автор исследования, по сути было проведено массивное сканирование каждого белка в сердце. Авторам удалось идентифицировать почти 4000 белков и показать, что в ходе инфаркта структура почти 450 из них искажается. Но благодаря терапии стволовыми клетками число белков с нарушенной структурой снизилось до 283.
Тержич, директор Центра регенеративной медицины Клиники Мейо в Рочестере, штат Миннесота, утверждает, что белки — это те важные компоненты, благодаря которым сердце работает в правильном режиме, однако при болезни они повреждаются. Вероятно, способность этих стволовых клеток секретировать вещества для регенерации является ключевым элементом наблюдаемого авторами процесса.
Между всеми клетками и тканями постоянно происходит обмен сигналами на молекулярном уровне относительно локальных потребностей той или иной группы клеток или же о стрессовом воздействии. Как объясняет Чарльз Мерри, патофизиолог-экспериментатор и директор Института стволовых клеток и Восстановительной медицины Вашингтонского университета в Сиэтле, при потере части клеток в результате сердечного приступа (инфаркта) данная межклеточная коммуникация нарушается. Введенные же стволовые клетки способствуют компенсации нарушенного сообщения между клетками посредством секреции сигнальных молекул.
Пусть все вышесказанное и выглядит обнадеживающе, некоторые аспекты терапии стволовыми клетками необходимо усовершенствовать. В исследовании 2018 года Murry с соавт. провели трансплантацию порядка 750 миллионов кардиомиоцитов макакам, перенесшим тяжелый инфаркт [4]. Через месяц после операции сердце обезьян было способно перекачивать на 10,6 % больший объем крови, при этом в группе контроля этот показатель составил 2,5 %. Это преимущество у прооперированных животных сохранялось даже спустя три месяца, однако у одной из пяти обезьян, получивших лечение стволовыми клетками, наблюдалась аритмия. В исследованиях на мелких животных ранее не выявляли развития аритмии, однако то, что она представляет собой постинфарктное осложнение, известно давно. Тем не менее, исследователи расценили аритмию как потенциальный побочный эффект введения стволовых клеток. По словам Murry, хотя данное обстоятельство и не является статистически значимым, ученые рассматривают его как осложнение лечения.
Рыбки данио (Danio rerio) обладают способностью к регенерации сердечной мышечной ткани после ее повреждения
Помимо соображений безопасности, терапия стволовыми клетками также связана с аспектами практического применения. «Представьте себе целую лабораторию со всеми этими культуральными флаконами, в которых нужно выращивать миллионы клеток только для того, чтобы создать одну дозу» — говорит Тержич. В случае десятков тысяч пациентов необходимы огромные усилия для быстрого и эффективного лечения. Время в таких условиях крайне ограничено, и нет возможности создавать значительные резервы стволовых клеток.
Низкомолекулярные препараты и рыбы
Существует по крайней мере одна причина, заставляющая людей искать иные способы регенерации сердца. Как заявляет Пол Райли, специалист в области физиологии сердечно-сосудистой системы из Оксфордского университета (Великобритания), в терапию стволовыми клетками было вложено очень много времени и денег, что дало пациентам ложные надежды, однако до сих пор результаты клинических испытаний оказывались в значительной степени неутешительными. Райли изучает вопрос, может ли введение определенных молекул в сердце оказаться более эффективным.
Сердце человека не может регенерировать самостоятельно, однако другие животные на это способны. Например, рыбка данио может восстановить свое сердце даже после того, как было удалено 20 % массы миокарда. У новорожденных мышей также отмечена способность регенерировать ткань миокарда. Наблюдение за молекулярными сигнальными путями, протекающими в организме этих животных, может подтолкнуть к воссозданию аналогичных процессов у людей.
Согласно результатам исследований, после инфаркта миокарда у рыбок данио эпикард — оболочка, окружающая сердечную мышцу, — вырабатывает молекулярные сигналы, которые способствуют запуску регенерации мышечных клеток [5]. Существует надежда, что управление молекулярными процессами в эпикарде человека может привести к сходным терапевтическим результатам. Райли заявляет, что, вероятно, существуют способы для непосредственного воздействия на клетки в сердце посредством небольших молекул или лекарств, которые могут стимулировать регенерацию.
Еще в 2011 году Райли с соавт. показали, что это теоретически возможно [6]. В течение недели перед искусственной индукцией инфаркта ученые ежедневно вводили взрослым мышам белок, называемый тимозином β4, и обнаружили, что у этих мышей наблюдался рост новой сердечной мышечной ткани. Это открывает новые возможности превентивной терапии. Если у человека высокий риск сердечного приступа, то патогенетически вполне обоснованно использовать подготовительные или профилактические средства, которые поспособствует предотвращению развития сердечно-сосудистой катастрофы. Однако этот подход — не панацея и не способ восстановления миокарда после повреждения, поиск которого ведут ученые. С тех пор в своих иных исследованиях Райли с соавт. продемонстрировали, что помимо тимозина β4 в стимуляции эпикарда в ходе регенерации сердца также задействованы и другие белки [7].
Легче увидеть, как лекарственный путь открывает более четкие перспективы практического применения, однако в основе данного подхода лежит новая гипотеза, которая еще не была проверена в клинических испытаниях на людях. По словам Техжиба, все усилия исследователей по-прежнему сосредоточены на работах со стволовыми клетками.
Может возникнуть ситуация, когда терапия стволовыми клетками вначале получит одобрение на законодательном уровне, а потом более классические фармакотерапевтические способы вытеснят ее — после того, как в ходе экспериментов будет подтверждена их эффективность. Техжиб утверждает, что когда удастся окончательно доказать эффективность подхода, основанного на белках [в т.ч. рыбок данио и мышей], тогда можно будет утверждать, что стволовые клетки ушли в прошлое. Но до тех пор исследователи должны продолжать использовать их потенциал.
Murry разделяет это мнение, заявляя, что результаты исследований сторонников как одного, так и другого подхода могут в конечном итоге послужить во благо друг друга. По его словам, необходимо поддерживать открытую конкуренцию идей, а открытая публикация результатов позволит разобраться в ситуации. Это лучше, чем просто заявлять о превосходстве какой-то одной избранной гипотезы.
«В терапию стволовыми клетками было вложено очень много времени и денег, что дало пациентам ложные надежды».