Стволовите клетки в урологията, Моят уролог
Всяка Нобелова награда в естествените науки – химия, физика, медицина и физиология – не е само награда за изключителни открития и пробиви. Това е и знаково събитие в света на съответната наука, показващо, както се казва сега, тенденции.
Съвременната научна медицинска литература е пълна с разпръснати доклади за стволови клетки, генно инженерство, биотехнологии и тяхното приложение в различни области на медицината. И ако преди няколко десетилетия използването на стволови клетки беше само теоретично, сега SC технологиите се използват практически, но само в рамките на клинични изпитвания. Надяваме се да стане постоянен и интересен за вас, скъпи колеги.
В това отношение за класика може да се счита наградата за 2012 г. по физиология или медицина (между другото, по-правилно е да я наричаме Prize in Physiology OR Medicine - така се казва на английски), връчена на Джон Гърдън и Шиня Яманака. За това е награден за работа в ключова област на съвременната наука - работа по клониране и стволови клетки. D. Gerdon беше първият, който успя да клонира жаба от епителни клетки, а S. Yamanaka успя да получи плурипотентни стволови клетки от обикновени диференцирани клетки. Преди век такива неща дори теоретично се смятаха за невъзможни.
Пълно извикване
Каквое стволови клетки (SC)? Това е източникът на обновяване на всички клетки на тялото, докато някои видове SC могат да образуват различни клетки. Ембрионът расте от стволови клетки. Първата клетка, от която произлиза тялото ни, е стволова клетка. Както и хиляди последващи клетки. Между друготосъществуването на стволови клетки е предсказано от големия български хистолог и ембриолог Александър Александрович Максимов през 1908 г.
Има няколко вида стволови клетки. Най-универсалната стволова клетка е зиготата. Той поражда всички видове клетки в тялото. Същите свойства притежават бластомерите - клетки, образувани по време на първите няколко деления на зиготата. Цял организъм може да бъде отгледан от зигота или бластомер. Такива клетки се наричат тотипотентни стволови клетки.
Малко по-малко универсални са клетките, образувани по време на няколко последователни зародишни деления (преди разделянето на зародишни слоеве). Те могат да дадат начало на всички клетки на тялото, но не и на плацентата, така че е невъзможно да се развие цял нов организъм от една такава клетка. Тези клетки се наричат плурипотентни стволови клетки (PSC).
Мултипотентните стволови клетки вече са специализирани — т.е. тези, които могат да дадат начало на много видове клетки, които са характерни за даден организъм, но не всички. Мултипотентните клетки са, така да се каже, „повече или по-малко мощни" - тоест те могат да дадат началото на повече или по-малко видове клетки. Някои от стволовите клетки, които са активни във възрастния организъм, които бяха споменати по-горе, също принадлежат към мултипотентните клетки. Постепенната диференциация на потомците на мултипотентни клетки води до появата на олигопотентни (пораждащи само малък брой типове клетки) и унипотентни (пораждащи само един тип) клетки.
Човешкото тяло съдържа около 50 милиарда стволови клетки, които редовно се обновяват. С годините броят им намалява, към 20-годишна възраст започват да избледняват, а на 70 остават много малко. За сравнение: в ембрион - 1 стволова клетка на 10 000 нормални, в човек на 60-80 години - 1 клетка на 5-8 милиона.
Използването на стволови клетки в медицината започва доста отдавна и се осъществява в две направления: 1. инжектиране на подходящи стволови клетки в увредения орган и 2. опити за отглеждане на тъкан или цял орган и след това трансплантирането му на пациент.
Вторият начин е добър с това, че човек действително получава нов здрав орган вместо повреден или мъртъв, като същевременно елиминира проблемите със съвместимостта на донорния орган. През последните години учените са отгледали много видове тъкани и органи, от сърдечна клапа до цяло сърце. Вярно, последното все още не работи.
Урологията също не остана настрана.
От пикочен мехур от епруветка до бъбрек от ... принтер (!)
Те се опитват да "работят" и върху бъбреците, които растат много по-трудно от пикочния мехур. Самият професор Атала възлага големи надежди на технологията за 3D принтиране, чрез която орган може просто да бъде отпечатан от подходящи клетъчни култури. Въпреки това, по-прости случаи на клетъчна недостатъчност се лекуват чрез инжектиране на стволови клетки в бъбрек, който не работи.
3D принтирането е бързото създаване на реален модел от неговия виртуален образ. Технологичният процес на 3D печат е създаване на слой по слой на бъдещ обект без използване на форми или допълнително оборудване. Съществуващите технологии позволяват създаването на модели от пластмаса, гипс, специални полимери и други прахообразни компоненти,които могат да бъдат залепени или синтеровани по време на процеса на прототипиране.
Същият д-р Антъни Атала, който пръв отгледа и трансплантира човешки пикочен мехур, проведе друг успешен експеримент през 2009 г., но не върху хора. Той успя да отгледа и имплантира тъканта на кавернозното тяло на пениса. Не е изненадващо, че като експериментални животни, проф. Е. Атала и екипът избраха зайци.
Експериментът завърши успешно: 12 оперирани зайци се чифтосаха с женски, в резултат на което четири женски забременяха. Ако технологията може да бъде прехвърлена на хора, това ще бъде голям пробив в лечението на тежка еректилна дисфункция и сериозна алтернатива на протезирането на пениса.
Интервю с професор Антъни Атала, ръководител на Института по регенеративна медицина към университета Уейк Форест
Антъни Атала Професор
Кои са основните приоритети в развитието на технологиите, свързани с използването на стволови клетки в урологията?
Стволовите клетки на пикочния мехур (мускулни и епителни) се използват клинично за създаване на пикочния мехур и уретрата, които се имплантират в пациента. Проекти в моментапредварителните клинични изпитвания включват използването на мускулни прогениторни клетки за лечение на уринарна инконтиненция и еректилни тъканни клетки, които да го заместят.
Освен това учени от Института за регенеративна медицина Уейк Форест провеждат клинични изпитвания за използването на трансплантация на сперматогенни епителни стволови клетки като потенциално лечение на мъжко безплодие.
Кога е създаден първият изкуствен орган на пикочната система? Кога за първи път е трансплантиран на човек? И каква е съдбата на този пациент?
Биоинженерният пикочен мехур е имплантиран за първи път на пациент през 1999 г. Докладвахме дългосрочни резултати при седем пациенти през 2006 г. Изследването показа, че биоинженерните органи функционират по същия начин като органите, преустроени с помощта на червата, но без нито един страничен ефект. Засега тези пациенти се чувстват добре.
Извършвали ли сте подобни операции оттогава? Колко от тях са по света? Можете ли да говорите за въвеждането на този опит в масовата практика?
След нашата пионерска работа ние лицензирахме технологията на компания, която продължава да провежда клинични изпитвания. Нашата технология все още не е преминала процеса на одобрение от FDA, така че не е достъпна извън клиничните изпитвания.
Какви са етапите на образуването на нов орган, например пикочния мехур? Колко време отнема?
Създаването на пикочен мехур в лабораторията отнема около 6-7 седмици. Този период от време започва с малка биопсия със събиране на клетъчен материал, продължава с клетъчния растеж и завършва с имплантирането на нов орган в тялото на пациента.
Има ли разлики в случая на създаване на бъбрек? Трудно ли се прави бъбрек? Колко е часътвземете?
Бъбрекът е много по-сложен орган от пикочния мехур, както по отношение на броя на видовете клетки (около 20), така и по отношение на плътността. Проучваме няколко начина за лечение на бъбречна недостатъчност, от използването на 3D принтиране за създаване на орган до инжектиране на стволови клетки в орган. Основният проблем при тъканното инженерство е осигуряването на адекватно снабдяване с кислород на клетките след имплантиране.
Нобеловата награда за медицина през 2012 г. беше присъдена на Shinya Yamanaka, който получи стволови клетки от обикновени соматични клетки. Имате ли планове да повторите опита си с пикочния мехур, но като използвате соматични клетки като основен материал?
С нашата технология за тъканно инженерство би било идеално да се използват собствени стволови клетки на пациента, тъй като няма да има проблеми с отхвърлянето. Когато това не е възможно, решението е да се използват стволови клетки от друг източник.
Кои глобални постижения в тази област през последните 5 години смятате за най-важни?
Много важно е развитието на биопечата, както и, разбира се, работата на д-р Яманака и други учени в областта на индуцираните плурипотентни стволови клетки.