Possibilities of regenerative medicine in otorhinolaryngology (literature review)

Full Text

Болезни, травмы, врожденные пороки развития неизбежно сопровождают человека на протяжении всего исторического процесса. Закономерно их присутствие в жизни людей порождает бесконечный поиск возможностей преодоления преград на пути к здоровью. Среди прочих идея об одном способе исцеления живет в сознании человечества еще со времен древнегреческих мифов о Прометее [1]. Восстановление утраченных тканей и их функций в древности считалось подлинным волшебством, но развитие науки и техники сегодня позволяет приблизить чудо к реальности. С середины 1980-х годов регенеративная медицина из теоретического понятия превратилась в обширное поле для научной деятельности [2, 3]. Первый раз официально термин «тканевая инженерия» озвучен профессором Y. Fung в 1987 г. (Университет Калифорнии, Сан-Диего, США), несколько позднее появился термин «регенеративная медицина». Для некоторых ученых регенеративная медицина ассоциирована с использованием стволовых клеток, для других - это более широкое понятие, а тканевая инженерия составляет только часть этой области, третьи же считают термины «регенеративная медицина» и «тканевая инженерия» взаимозаменяемыми [4]. Основными предпосылками развития регенеративной медицины стали глобальные проблемы трансплантологии и реконструктивной хирургии, среди которых перманентный недостаток донорских тканей и органов и высокая смертность пациентов в ожидании донора, необходимость пожизненной иммуносупрессивной терапии, нехватка аутотканей и их биологические изменения в новой локации, невозможность полной биологической интеграции искусственных протезов [5].Кожа, костная ткань, хрящи, сосуды - это лишь некоторые примеры органов и тканей, которые возможно создать в лаборатории благодаря регенеративной медицине; каждый день данный список неизменно расширяется [6]. На данный момент сложно найти область медицины, где бы разработки тканевой инженерии и клеточной терапии не были востребованы. Оториноларингология не стала исключением [7]. Целью данной работы является аналитический обзор публикаций, посвященных методам регенеративной медицины в оториноларингологии. Согласно общепринятым понятиям регенеративная медицина определяется как область исследований, в которой поврежденные ткани и органы восстанавливаются под действием искусственно контролируемой регенерации, витального биологического процесса, индуцирующего клеточную дифференцировку и рост. Глобально для исследователей в регенеративной медицине существует 3 области интереса: изучение клеток, возможность использования нативных и синтезируемых биокаркасов (скаффолдов), применение различных рекомбинантных факторов роста и других клеточных мишеней (см. рисунок) [8]. Клетки Многочисленные исследования в регенеративной медицине направлены на изучение клеток как основного «регенераторного» материала [9]. Они образуют основу всех тканей, поэтому представить процесс регенерации без их участия невозможно. В ряде случаев организму хватает собственных клеточных ресурсов для восстановления в месте повреждения. Однако при прогнозе недостаточности ресурсов внутренней среды для адекватного завершения регенеративных процессов и реституции ткани альтернативой могут являться клетки из внешнего источника [10]. Наиболее перспективными для этих целей на данный момент представляются прогениторные (стволовые) клетки, основной особенностью которых является способность к пролиферации и дифференцировке. Стволовые клетки обнаруживаются практически в любой ткани организма, однако для целей регенеративной медицины наиболее часто выделяют следующие категории [11]: • мезенхимные (МСК) - мультипотентные клетки, источником которых является жир, костный мозг и другие ткани. При использовании данного вида клеток отсутствует риск опухолевой трансформации, так как при имплантации в поврежденную область их регенераторный эффект более реализуется через секрецию широкого спектра противовоспалительных медиаторов и цитокинов, нежели пролиферацию [12]. Существуют отработанные протоколы их накопления и получения; • эмбриональные - плюрипотентные. Клетки, обладающие наибольшим регенераторным потенциалом. При использовании сохраняется риск опухолевой трансформации (развития тератомы); • индуцированные - способные к пролиферации и дифференцировке клетки, полученные с помощью генетического перепрограммирования [11]. Скаффолды In vivo клетки окружены сложной структурой, называемой межклеточным веществом или экстрацеллюлярным матриксом. Находясь в матриксе, клетки получают возможность поддерживать морфологическую структуру ткани и органа. При повреждении ткани неизбежно нарушается и структура матрикса. Еще одной стратегией регенеративной медицины является использование специальных клеточных носителей - скаффолдов, которые создают благоприятное микроокружение для клеток. За счет этого увеличивается продолжительность жизни клеток, обеспечивается их миграция, облегчается ангиогенез и тем самым усиливаются регенераторные эффекты. При разработке учитывается тот факт, что скаффолд должен обладать следующими свойствами: • иметь высокий индекс гистосовместимости и не вызывать иммунологическое отторжение; • иметь пористую структуру для облегчения проникновения клеток и обеспечения ткани кислородом; • поддерживать форму в течение определенного периода времени для предотвращения инвазии окружающей ткани и сохранения пространства для клеточной регенерации; • подвергаться биодеградации, когда процессы регенерации завершены. Современные скаффолды изготавливаются на основе биополимеров, синтетических полимеров и неорганических комплексов [13]. Наиболее распространенными составляющими являются коллаген, желатин, гиалуроновая кислота и глюкозамингликан - среди биополимеров; полигликолевая кислота, полимолочная кислота - среди синтетических полимеров; а также гидроксиапатит, фосфаты и карбонаты кальция - среди неорганических комплексов [14, 15]. При изготовлении скаффолдов используются методики децеллюляризации, электроспиннинга, 3D-принтинга. Факторы регуляции В процессе регенерации факторы регуляции и цитокины управляют ростом клеток и их дифференцировкой. Они обладают различными функциями, включая потенциацию и ингибирование роста клеток, их деления и перехода в апоптоз. Во время восстановления тканей факторы не работают самостоятельно, эффект наблюдается лишь при функционировании целых групп факторов. Самая крупная группа факторов регуляции получила название «факторы роста» [16]. На сегодняшний день большинство исследований в области регенеративной медицины находится в одной из описанных выше областей или на их пересечении. По всему миру не прекращаются поиски оптимальной модели скаффолда или комбинации регуляторных факторов, изучается возможность применения различных типов стволовых клеток. Регенеративные технологии востребованы практически во всех областях медицины, в том числе и в оториноларингологии [6]. Оториноларингология Возможности регенеративной медицины в области оториноларингологии крайне широки, что объясняется большой вариативностью ЛОР-патологий. За последнее время опубликовано более 100 научных статей, включая фундаментальные, доклинические и идущие клинические исследования [8]. Отология Исследование возможностей регенеративной медицины ведутся в отношении восстановления повреждений тканей наружного, среднего и внутреннего уха [17]. Японские ученые S. Kanemaru и соавт. (2014 г.) в эксперименте с участием 65 пациентов показали восстановление мягких тканей наружного слухового прохода с помощью введения желатиновой губки, инфильтрированной bFGF, и последующим закрытием наружного слухового прохода фибриновым клеем. По истечении 3 мес поврежденные ткани полностью восстановились в 90% случаев [18]. Аналогичным способом 3 годами ранее исследователи S. Kanemaru и соавт. (2011 г.) из Японии уже получили значимые результаты и в лечении стойких перфораций барабанной перепонки [19]. Полное закрытие стойких перфораций наблюдалось в 98% случаев по результатам 3-недельного контроля. Данная методика позволила сократить до минимума объем оперативных вмешательств у пациентов с обширными перфорациями барабанной перепонки. В области доклинических исследований значительных успехов достигли эксперименты N. Hakuba и соавт. (2014 г.), где продемонстрированы преимущества использования для пластики перфорации барабанной перепонки комплекса рекомбинантного фактора роста фибробластов и желатинового геля, положительный результат достигнут у 100% животных, в то время как в контрольной группе, где использовался только желатиновый гель, полноценное закрытие дефекта наблюдалось у 61% [20]. Особый интерес представляют результаты пилотных клинических исследований. При прямой аппликации фактора роста фибробластов на края подострой перфорации барабанной перепонки у 11 из 12 пациентов произошло полное закрытие дефекта, в группе контроля спонтанное закрытие отмечено лишь у 9 из 17 пациентов [21]. Также для лечения пациентов с хроническим средним отитом при помощи методов тканевой инженерии созданы аналоги воздушных клеток сосцевидного отростка. Состоящие из гидроксиапатита искусственные воздушные клетки, вживленные пациентам с хроническим средним отитом, восстанавливали функционирование системы газообмена в полости среднего уха, чем существенно улучшали результаты лечения [22]. Трифосфат кальция, в свою очередь, показал наилучшие результаты среди других синтетических материалов, по своим особенностям он оказался практически идентичен нативным костным структурам [15]. Также интересными на сегодняшний день являются исследования регенеративной медицины в отоневрологии, а именно в лечении сенсоневральной тугоухости. Группа ученых M. Perny и соавт. (2017 г.) из Швейцарии в эксперименте на мышах представили регенеративную стратегию, в которой описывается технология стимуляции дифференцировки эндогенных клеток в новые волосковые клетки или возможности имплантации экзогенных стволовых клеток для замещения волосковых клеток. В результате эксперимента были получены положительные результаты на животных моделях, однако процесс контроля дифференцировки по-прежнему остается проблематичным [23]. Ринология Без использования реконструктивных технологий невозможно представить и ринологию. В коррекции деформаций наружного носа используют хрящевую ткань пациента, из которой выращивают необходимые хрящи для реконструкций. Так, исследователи из Швейцарии представили результаты реконструкции крыла носа у пациентов после удаления опухоли с помощью хряща, полученного из хондроцитов перегородки носа [24]. Через 6 мес после имплантации хряща в 85% случаев вживленные ткани обладали свойствами нативных структур; через 12 мес все пациенты были довольны эстетическими результатами. В работе G. Sándor и соавт. (2014 г.) продемонстрирована техника закрытия перфорации перегородки носа у 2 пациентов с помощью жировых МСК и скаффолда на основе b-трифосфата кальция. В этой же работе показана успешная облитерация лобной пазухи аналогичным материалом у 3 пациентов с рецидивирующим фронтитом [4]. Еще одной актуальной областью научного поиска в ринологии являются расстройства ольфакторной функции. Данная патология крайне сложно поддается лечению, но возможным терапевтическим методом в будущем может стать введение стволовых клеток в носовую полость. По результатам доклинических исследований, проведенных в Южной Корее, интраназальное введение нейрональных стволовых клеток из обонятельной луковицы животным с аносмией, вызванной интраперитонеальной инъекцией 3-метилиндола, существенно ускоряет восстановление обонятельной функции в эксперименте [25]. Исследование X. Xu и соавт. (2015 г.) показало положительный эффект имплантации жировых МСК вместе с аутологичной жировой тканью в нижние носовые раковины при синдроме пустого носа [26]. Группе итальянских ученых удалось получить статистически значимые результаты в терапии пациентов с синдромом пустого носа после инъекций жировой ткани в сочетании с плазмой, богатой тромбоцитами. Среди 22 пациентов положительный эффект лечения наблюдался у 20. Данное исследование позволяет снизить число инвазивных реконструктивных операций на носовых раковинах и ускорить процесс восстановления пациентов [27]. Ларингология Среди многочисленных поражений гортани и трахеи, в терапии которых применимы подходы регенеративной медицины, особый интерес для исследователей представляют парезы и параличи гортанных нервов и рубцовые повреждения. С 2014 г. проводятся эксперименты по терапии пареза возвратного гортанного нерва; в ряде доклинических исследований внутривенное введение МСК при острой травме возвратного гортанного нерва демонстрировало тенденцию к более выраженному восстановлению подвижности складок. Однако статистически значимых результатов достичь пока так и не удалось [28]. Подскладковые стенозы гортани и трахеи стабильно удерживают лидирующие позиции среди нерешенных задач ларингологии. В течение последних лет ведутся исследования, основанные на модели использования децеллюляризованных основ донорской трахеи или биосинтетических скаффолдов с последующим нанесением на них различных клеток. По результатам экспериментального исследования F. Gray и соавт. (2012 г.) при трансплантации тканеинженерного комплекса децеллюляризованной трахеи и амниотических стволовых клеток эмбрионам овец наблюдается полная эпителизация трансплантата и статистически значимое увеличение просвета трахеи [29]. В работе T. Go и соват. (2010 г.) на свиньях наилучший результат и стойкий просвет трахеи получены в группе, где использовался каркас донорской трахеи с нанесенными снаружи хондроцитами, дифференцированными из МСК, и эпителиальными клетками дыхательных путей, распределенными по внутренней поверхности импланта [30]. Еще одним наиболее востребованным направлением научных исследований в ларингологии является изучение рубцовых поражений голосовых складок [31]. На данный момент, несмотря на разнообразие существующих методов лечения, их функциональный результат существенно ограничен, так как они не способны восстановить структуру собственной пластинки голосовой складки, обеспечивающую вибрацию последней за счет уникальной архитектоники и состава белков межклеточного матрикса [32]. Использование методов регенеративной медицины в решении данной проблемы выглядит многообещающе [33, 34]. Более чем в 20 экспериментальных работах на животных продемонстрированы антифибротические эффекты жировых, костномозговых МСК, а также клеток из других источников при их имплантации в повреждения голосовых складок изолированно или в комплексе со скаффолдами [35]. Общими гистологическими находками в складках с введенными стволовыми клетками были снижение количества коллагеновых депозитов в рубцах, уменьшение толщины слизистой оболочки, а также увеличение содержания гиалуроновой кислоты. Неменее интересными являются результаты анализа механических свойств голосовых складок. В работах B. Svensson и соавт. (2010 г.) и K. Young-Mo и соавт. (2013 г.) методом параллельной сдвиговой реометрии показано, что регенерация повреждений в голосовых складках в присутствии аллогенных костномозговых стволовых клеток приближает их механические свойства, такие как динамическая вязкость и эластический модуль, к их значениям в интактной слизистой оболочке [31, 36]. В настоящее время в открытых источниках имеется информация о 2 клинических исследованиях по терапии рубцовых повреждений голосовых складок с использованием клеточных продуктов [37, 38]. В последнее время в мировой оториноларингологии возрос интерес к достижениям регенеративной медицины. За последние несколько лет в большом количестве экспериментальных исследований продемонстрирована эффективность подобных подходов. В то же время, несмотря на, казалось бы, обширную доказательную базу, количество проводимых клинических исследований остается сравнительно небольшим. С одной стороны, это может свидетельствовать о несовершенстве нормативно-правового регулирования в области регенеративной медицины, с другой - о несоответствии качества доклинических исследований требованиям этических комитетов или аналогичных организаций. В некоторых странах существуют механизмы приоритетного рассмотрения препаратов для клеточной терапии с целью вывода на рынок, например процедуры ускоренного рассмотрения, ускоренного утверждения, условной регистрации. Биомедицинские клеточные продукты в России являются отдельным классом медицинских средств, отличным от биологических лекарственных препаратов, и регулируются Федеральным законом от 23.06.2016 №180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах» [39]. На сегодняшний день остаются открытыми также многие вопросы в подходах к реализации требований по проведению доклинических исследований, однако перспективность продолжения последних в данном направлении очевидна. Оториноларингология ежедневно сталкивается с множеством патологий, при которых не обойтись без регенеративных технологий. Восстановление тканей и их функций в этой области методами регенеративной медицины позволит решить задачи, которые раньше казались невыполнимыми.

About the authors

Valerii M. Svistushkin

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
D. Sci. (Med.), Prof. Moscow, Russia

Svetlana V. Starostina

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

D. Sci. (Med.), Prof. Moscow, Russia

Mikhail V. Svistushkin

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Аssistant Moscow, Russia

Anna A. Pobivantseva

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: www.vesta.ru@mail.ru
Clinical Resident Moscow, Russia

Maksim V. Arkhipov

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Student Moscow, Russia

References

Supplementary files