Пересадка донорских клеток для лечения диабета

Пересадка донорских клеток для лечения диабета

По прогнозам медиков, лечение диабета в будущем будет проводиться в основном с помощью пересадки (имплантации) больным клеток поджелудочной железы здоровых доноров. По их мнению, главное препятствие в широком применении такого подхода - отторжение имплантата иммунной системой пациента - может быть преодолено.

Еще в начале века диабет был неизлечим, и люди молодого возраста, у которых обнаруживали это заболевание, умирали в считанные недели и месяцы. Медикам было известно, что сахарный диабет связан с нарушением синтеза и секреции гормона, впоследствии названного инсулином. В поджелудочной железе есть скопления специализированных клеток, называемые островками Лангерганса. Когда у здоровых людей в крови повышается уровень глюкозы, клетки островков Лангерганса начинают вырабатывать инсулин, который контролирует количество и скорость поступления глюкозы из крови в другие клетки организма. В отсутствие инсулина (у больных диабетом) клетки не способны поглощать глюкозу, которая накапливается в крови, а клетки, не получившие глюкозу, вынуждены переключаться на другие пути обмена веществ, что опасно для организма.

Известно два типа диабета: инсулин-независимый и инсулинзависимый. В первом случае заболевание вызвано нарушением секреции этого гормона или понижением чувствительности к нему клеток организма, хотя в поджелудочной железе гормон вырабатывается в достаточных количествах. При инсулин-зависимом диабете клетки поджелудочной железы не вырабатывают инсулин, и в этом случае больные вынуждены пожизненно его применять в виде ежедневных инъекций.

Широкое внедрение инсулина в медицинскую практику началось в 1920-х гг., когда он был выделен из поджелудочных желез животных. С тех пор инсулин спасает диабетиков от смерти. Отметим, что это заболевание сопровождается целым рядом серьезных осложнений, возникающих из-за повреждений капилляров, что нередко приводит к слепоте, почечной недостаточности, атеросклеротическим поражениям кровеносных сосудов. Из-за нарушений в работе нервной системы часто наблюдаются онемение и боли в конечностях. И, наконец, самое катастрофическое осложнение, обусловленное избыточным уровнем сахара в крови, - коматозное состояние.

К сожалению, инъекция не идентична нормальной секреции инсулина, отсутствует обратная связь, за счет которой клетки поджелудочной железы выделяют такое количество гормона, которое поддерживает содержание сахара в крови на оптимальном уровне. И если введенная диабетику доза инсулина слишком велика, то уровень сахара в крови резко падает. Это может вызывать дезориентацию, провалы памяти и потерю сознания.

Поэтому медики ищут новые подходы к лечению диабета. При инсулин-зависимом диабете самый перспективный из них - это пересадка ответственных за синтез инсулина клеток островков Лангерганса, взятых от здоровых доноров. Теоретически имплантацию можно производить только один раз, поскольку островки Лангерганса жизнеспособны в течение многих лет и содержат как синтезирующие инсулин В-клетки, так и клетки-предшественники, из которых образуются новые В-клетки взамен отмерших. После имплантации В-клетки не только начинают выделять инсулин, но и обеспечивают контроль за поддержанием нормального уровня сахара в крови. Однако при явной перспективности метода осуществлять массовую имплантацию клеток в повседневной практике пока довольно трудно.

Мы расскажем о многолетних исследованиях профессора П.Лейси и его коллег из Вашингтонского университета в области применения имплантатов для лечения диабета.

Самые первые эксперименты на лабораторных животных имели целью разработку способов выделения островков Лангерганса - они составляют менее 2% от массы поджелудочной железы и рассредоточены по всему ее объему (остальные клетки синтезируют пищеварительные ферменты). островки Лангерганса (панкреотические островки)представляют собой скопление эпителиольных клеток, пронизанных густой сетью кровеносных капилляров. В зависимости от строения и синтезируемого гормона разделяют три вида клеток: F-клетки - окрашиваются кислыми красителями и синтезируют гормон глюкагон; В-клетки - основная масса клеток, выделяют гормон инсулин; D-клетки - дегенерирующие формы А-и В-клеток. В 1967 г. ученым удалось выделить синтезирующие инсулин клетки из поджелудочной железы крысы. Затем была осуществлена пересадка выделенных клеток крысам инбридинговой линии, у которых искусственно вызывали диабет введением препарата, разрушающего В-клетки. В этих экспериментах крысы-доноры и крысы-реципиенты были близкородственными, поэтому иммунная система животного, которому имплантировали островки Лангерганса, не воспринимала их как чужеродные, и отторжения не происходило. Имплантированные клетки приживались и исправно производили инсулин, о чем свидетельствовал нормальный уровень сахара в крови. При успешной имплантации у животных не развивались и даже исчезали симптомы имеющихся осложнений - слепота и поражения почек.


 

 

 

Однако метод выделения островков Лангерганса, разработанный для крыс, оказался непригодным для человека. Лишь спустя несколько лет удалось создать соответствующий полуавтоматизированный метод, который сейчас применяется в медицинской практике. С его помощью из одной поджелудочной железы можно выделить около 400 тыс. клеток - примерно половину того количества, которое необходимо имплантировать больному диабетом.

Испытания по пересадке синтезирующих инсулин клеток в организм человека начались в 1986 г. Поскольку вероятность отторжения пересаженной ткани или органа иммунной системой реципиента довольно высока, при вживлении клеток поджелудочной железы применяют специальные приемы, позволяющие ее уменьшить.

Один из таких приемов - введение в организм реципиента препаратов, снижающих иммунитет, так называемых иммунодепрессантов. Но эти препараты могут приводить к тяжелым побочным эффектам: почечной недостаточности, снижению сопротивляемости инфекциям, развитию опухолевых процессов. Риск был слишком велик, чтобы оправдать применение иммунодепрессантов только для лечения диабета. Поэтому первыми, кому предложили имплантировать островки Лангерганса, стали те больные сахарным диабетом, которым необходима была трансплантация почки, поскольку для защиты ее от отторжения больным все равно нужно вводить иммунодепрессанты.

Сама процедура имплантации технически не сложна: больным под местной анестезией делался небольшой надрез вблизи пупка, через который в одну из вен вводили клетки островков Лангерганса. Попав в воротную вену печени, а затем в разветвляющиеся от нее более мелкие кровеносные сосуды, введенные клетки закреплялись там. Непосредственный контакт с протекающей кровью позволял им не только реагировать на повышение уровня глюкозы в ней и синтезировать дополнительные порции инсулина, но и получать из крови необходимое для своей жизнедеятельности количество питательных веществ. Первые клинические испытания оказались обнадеживающими: имплантированные диабетикам 400 тыс. клеток островков Лангерганса прижились и функционировали, хотя количество производимого ими инсулина было недостаточным, чтобы отказаться от инъекций. Однако при увеличении числа имплантируемых клеток в два раза в ряде случаев удавалось добиться интенсивности синтеза инсулина, достаточной для прекращения инъекций, по крайней мере на какое-то время.


Опыт профессора Лейси и его коллег был взят медиками на вооружение. В общей сложности за период с 1990 по 1995 гг. имплантацию синтезирующих инсулин клеток произвели 145 пациентам. В большинстве случаев, к сожалению, имплантированные клетки не могли полностью контролировать уровень сахара в крови реципиента, их активность поддерживалась не более трех лет. Причиной этого было или недостаточное количество вживляемых клеток, или то, что имплантированные клетки постепенно исчерпывали свой ресурс, а новые клетки не образовывались. Немаловажную роль играли и процессы отторжения их реципиентом.

В этой связи американскими исследователями был развернут широкий фронт работ. Как известно, механизм отторжения тканей и органов, имплантированных больному, связан с киллерной активностью белых кровяных клеток - Т-лимфоцитов, которые распознают расположенные на поверхности чужеродной клетки белковые молекулы - антигены. Появление антигенов является первым сигналом, который заставляет лимфоциты выйти из неактивного состояния и атаковать чужеродные клетки. Второй сигнал, вероятно, опосредуется низкомолекулярными белковыми молекулами - цитокинами, которые выделяются из имплантированных клеток и стимулируют Т-лимфоциты. В зависимости от того, получают лимфоциты один или оба сигнала, проявляется их киллерная активность.

Это имеет значение вот почему. Сами по себе клетки, синтезирующие инсулин, имеют поверхностные антигены, но не выделяют цитокины. Поэтому Т-лимфоциты реципиента узнают чужеродные антигены, но не уничтожают распознанные клетки. Однако вместе с пересаживаемыми клетками островков Лангерганса в организм реципиента попадают донорские лимфоциты, которые не только имеют такие же антигены, но и выделяют цитокины, то есть несут оба сигнала. Под их воздействием Т-лимфоциты реципиента атакуют уже все перевиваемые клетки, несущие на себе распознанный ими чужеродный антиген. Таким образом, вероятно, именно примесные лимфоциты провоцируют отторжение имплантата. Сейчас предпринимаются небезуспешные попытки блокировать лимфоциты в перевиваемых тканях, но эксперименты ведутся пока на лабораторных животных.

Исследования в области изучения иммунитета приобрели чрезвычайное значение, когда выяснилось, что инсулин-зависимый диабет возникает из-за сбоев в работе иммунной системы. Т-лимфоциты ошибочно принимают антигены собственных В-клеток за чужеродные и начинают разрушать их - развиваются так называемые аутоиммунные реакции. Именно такая ситуация может свести на нет все усилия по пересадке диабетикам В-клеток. Поэтому встает вопрос, как защитить их от аутоиммунных реакций.

Один из способов защиты мог бы состоять в обманном маневре - пересадке синтезирующих инсулин клеток с антигенами, отличающимися от антигенов собственных В-клеток. Тогда лимфоциты и антитела не смогут их узнать и не будут бороться с ними.

Однако многие исследователи видят перспективу в применении другого подхода, а именно в том, чтобы заключить донорские В-клетки в капсулы с пористой пластичной мембраной. При правильно подобранном размере пор глюкоза будет проникать внутрь капсулы, а синтезируемые молекулы инсулина - выходить наружу. Гораздо более крупные по размеру лимфоциты и антитела не смогут проникнуть через поры, что и обеспечивает защиту В-клеток от аутоиммунных реакций и отторжения.

На пути применения технологии капсулирования возник целый ряд технических трудностей, связанных прежде всего с несовместимостью материала капсул с организмом. В первых опытах грызунам с диабетом были имплантированы приготовленные из альгината (полисахарида некоторых водорослей) капсулы с В-клетками. Хотя реакции отторжения не возникали и содержание инсулина в крови поддерживалось на нормальном уровне, этот эффект сохранялся в течение очень непродолжительного времени, поскольку капсулы снаружи обрастали фиброзной тканью, из-за чего доступ питательных веществ внутрь капсул прекращался и панкреатические клетки погибали от голода.

Более выигрышными в плане биосовместимости оказались капсулы из пористого акрилового полимера - они не обрастали фиброзной тканью, а заключенные в них В-клетки функционировали в организмах подопытных животных-диабетиков уже в течение 12 дней, хотя и этот срок явно недостаточен. По-видимому, недолгая жизнь имплантированных клеток была связана с некомфортностью условий внутри капсулы - панкреатические островки внутри нее агрегировали, и большая часть клеток внутри агрегатов испытывала голод и утрачивала свои функции.

В конце концов было найдено удачное решение, когда предназначенные для трансплантации островки Лангерганса суспендировали в альгинатном геле и помещали в специальные трубки из пористого волокнистого материала. Приготовленный таким образом имплантат вводили или под кожу, или в кровеносные сосуды брюшной полости мышам, страдающим от диабета. Выяснилось, что после пересадки уровень глюкозы в крови поддерживался имплантированными клетками в течение как минимум одного года, т.е. около половины продолжительности жизни животных. Мыши хорошо переносили такой имплантат, а аутоиммунные реакции и отторжение не наблюдались.

Были проведены предварительные клинические испытания на больных, страдающих диабетом, которым похожие имплантаты вводили под кожу на двухнедельный срок, и результат оказался весьма обнадеживающим.

Казалось бы, медики уже близки к тому, чтобы перенести эти научные достижения в лечебную практику. Но неизбежно возник вопрос: где взять такое большое количество трансплантируемых клеток, если иметь в виду, что для пересадки одному больному их требуется не менее 800 тыс.? По приблизительным подсчетам, только в США около 700 тыс. людей страдают от инсулинзависимого диабета, и ежегодно регистрируется 13 тыс. новых случаев заболевания. Имеющийся банк донорских органов никак не может покрыть все потребности, и больные вынуждены годами ждать операций.

Исследователи связывают определенные надежды с получением культур панкреатических клеток в лабораторных условиях. Для этой цели можно было бы применить опухолевые В-клетки, которые быстро размножаются в подходящей питательной среде. Однако у них отсутствует способность регулировать синтез инсулина в соответствии с изменением уровня глюкозы в крови, и к тому же нельзя гарантировать, что после имплантации таких клеток в организме реципиента не возникнут раковые процессы. На решение этих проблем направлены основные усилия ученых.

Возможно, что в недалеком будущем поставщиками клеток поджелудочной железы окажутся свиньи, у которых инсулин более, чем у любых других животных, похож на человеческий. И если удастся защитить свиные панкреатические клетки от повреждения лимфоцитами и антителами человека, например с помощью капсулирования, то такая межвидовая трансплантация не вызовет реакций отторжения и имплантат сможет нормально функционировать.

Интересны также попытки создания "искусственной поджелудочной железы" - компактного автоматического устройства, которое будет вводить больному строго необходимое количество инсулина в ответ на изменение в его крови уровня сахара, определяемого с помощью вмонтированного сенсора. Но это уже совсем другая история.


По материалам журнала
Scientific American,
1995, V. 1, No 273

Другие записи

10.06.2016. Основы иммунитета
Основы иммунитета   ВВЕДЕНИЕ Иммунитет - защита организма от инфекции или, в более широком смысле, - реакция организма на чужеродные макромолекулы, микроорганизмы и клетки. Защита…
10.06.2016. Нервные клетки восстанавливаются
Нервные клетки восстанавливаются Мозг новорожденного младенца содержит 100 миллиардов нервных клеток - нейронов. Считается, что их количество остается неизменным в течение всей жизни. По…
10.06.2016. Гемофилия
Гемофилия Если же эта волокнина удалена, кровь не свертывается. Аристотель Мудрость "Талмуда" 22 марта 1791 г. в частной американской газете Салема "Gazette" была опубликована…
10.06.2016. Всеоенная внутри капли
Всеоенная внутри капли Несколько лет назад российские ученые сделали открытие: капля биологической жидкости - крови, слюны, мочи, внутримозгового ликвора - несет в себе информацию…
10.06.2016. Воспаление
Воспаление ВВЕДЕНИЕ Воспаление - реакция организма на чужеродные микроорганизмы и корпускулярные продукты тканевого распада. Воспаление - основной механизм естественного (врожденного)…