Надія проти ажіотажу: що досягнуто в тканинній інженерії та регенеративній медицині?
Експерт із тканинної інженерії та регенерації органів, доктор Катерина Берішвілі, обговорює прогрес, можливості та проблеми регенерації та відновлення при трансплантації органів.
Зростаючий тягар неінфекційних захворювань йде рука об руку зі зростаючою потребою у лікуванні дефектів тканин і втрати органів. Трансплантація органів є ключовою для покращення виживаності та якості життя пацієнтів, а також для зменшення значних соціально-економічних витрат. У Європі у 2021 році до і без того величезного списку очікування, який складається з десятків тисяч пацієнтів, було додано ще одну тисячу пацієнтів – або майже п’ять пацієнтів на годину. Поки лист очікування постійно зростав, трансплантацію зробили лише 36 тисячам пацієнтів. За оцінками, до 4% пацієнтів, які перебувають у списку очікування, помруть, не пройшовши процедуру трансплантації. Цей постійний і зростаючий розбіжність між попитом і пропозицією говорить про потребу в джерелах органів і тканин поза типовими шляхами донорства. Введіть регенеративну медицину (RM), нову галузь у біомедичних науках, яка прагне замінити, відновити або регенерувати дефектні або дефіцитні тканини та органи.
Регенеративна медицина
На відміну від традиційної трансплантології, регенеративна медицина (RM) спрямована на створення нових частин тіла за допомогою комбінації стратегій, таких як клітинна терапія, генетичні маніпуляції, імуномодуляція та тканинна інженерія. Цей останній підхід стосується засівання біосумісних каркасів клітинами ex vivo для виробництва тканин. Можливо, найдавніше задокументоване клінічне застосування тканинної інженерії, і, отже, RM, передбачало поєднання фібробластів, кератиноцитів і скелета для отримання заміни шкіри, призначеної для сприяння загоєнню ран.
Понад 40 років минуло з перших днів біоінженерії, і все ж, незважаючи на обіцянку виготовлення органів на замовлення в лабораторії, замінники шкіри все ще, можливо, представляють золотий стандарт комерційних продуктів тканинної інженерії. Чи загальмувався прогрес у РМ?
Поява регенеративної медицини і сучасний прогрес
Першим комерційно доступним продуктом RM був Integra®, каркас для регенерації шкіри, що складається з двох шарів: зовнішнього епідермального шару на основі кремнію та внутрішнього шару матриці на основі колагену. У 1996 році його вперше схвалило Управління з контролю за якістю харчових продуктів і медикаментів США, і він став піонером того, що сьогодні є широким набором продуктів, схвалених для загоєння ран і лікування рубців, охоплюючи безклітинні та клітинні платформи на основі різноманітних біологічних і синтетичних матриць. Деякі схвалені показання включають шкірні венозні виразки, діабетичні виразки стопи та інші хронічні рани.
Відновлення хряща є ще одним поширеним застосуванням RM, в якому використовуються відносно прості структури без міцної судинної мережі та нервових або лімфатичних компонентів – характеристики, які перешкоджають природному загоєнню in vivo, але обходять значні ускладнення в біоінженерії тканин. Ще в 1994 році була зроблена спроба використовувати аутологічні хондроцити для відновлення хряща, після чого в 2001 році була схвалена матрична імплантація аутологічних хондроцитів, що призвело до запуску подібних продуктів, призначених для лікування дефектів колінного суглоба. У цих продуктах зазвичай використовуються каркаси на основі колагену, за деякими винятками, включаючи Osteopore®, який продає безклітинні 3D-друковані біорозсмоктуючі полікапролактонові імплантати для сприяння загоєнню черепно-лицевої кістки.
Інші багатообіцяючі терапії RM наразі досліджуються в ході клінічних випробувань, наприклад препарат Vertex VX-880 для лікування діабету 1 типу, який використовує функціональні острівцеві клітини підшлункової залози, отримані з ембріональних стовбурових клітин (ESC), для відновлення виробництва інсуліну. Біоштучні підшлункові залози також досліджуються в доклінічних дослідженнях, наприклад у фінансованому ЄС проекті VANGUARD, метою якого є збирання органоїдів, що виробляють інсулін, і змінених геномів клітин у васкуляризований і функціональний орган для трансплантації без необхідності довічної імуносупресії.
Однак єдиним повним органом людини, який на сьогоднішній день підлягає біоінженерії для трансплантації, є сечовий міхур, який можна розглядати як низько звисаючий плід для RM – будучи тонким і порожнистим, він відносно нескладний порівняно з іншими органами.
Було досягнуто успіхів у лікуванні більш складних органів, але схвалені на сьогодні продукти все ще використовуються для сприяння загоєнню, а не для заміни дефектних тканин або органів. Holoclar, наприклад, був схвалений Європейським агентством з лікарських засобів у 2015 році для регенерації рогівки після опіків ока. Продукти для регенерації серця також були схвалені, включаючи CardioCel®, безклітинний колагеновий каркас, призначений для сприяння відновленню пошкодженої серцевої тканини ендогенними клітинами.
Захоплюючі доклінічні досягнення, доповнені додатковим прогресом у технологіях стовбурових клітин і генетичній модифікації, сприяли створенню функціональних тканин і органів in vitro, зазвичай шляхом децелюлярізації та рецелюляризації всього органу. Перші біоштучні серця були створено з трупних сердець щурів у 2008 році, і цей успіх був відтворений в інших тканинах і більших органах розміром з людину… Тож де ж вузькі місця у перекладі цих вирощених у лабораторії органів у звичайну клінічну практику?
Виклики та можливості
Оскільки технологія RM еволюціонувала від безклітинних каркасів до клітинних матеріалів, оптимальний вибір джерела та типу клітин був ключовим фактором, який слід враховувати. Джерела аутологічних клітин забезпечують очевидні переваги, усуваючи потребу в імуносупресії для запобігання відторгненню нової тканини або органу; однак отримання достатньої кількості відповідної тканини залишається проблемою.
Використання стовбурових клітин може обійти цю проблему, оскільки їх можна виділити, розширити та диференціювати ex vivo в бажаний тип клітин для цілей RM. Плюрипотентні стовбурові клітини особливо зручні, оскільки вони мають потенціал для диференціації в більшість типів клітин. ESC є алогенними та обтяженими етичними проблемами; натомість поява та вдосконалення технології індукованих плюрипотентних стовбурових клітин (iPSC) забезпечило майже необмежене джерело аутологічних стовбурових клітин для застосування в тканинній інженерії. Незважаючи на те, що протоколи виробництва та диференціації iPSC є відносно дорогими та викликають тривалі проблеми безпеки, очікується, що постійне вдосконалення протоколів виробництва iPSC мінімізує вплив цих проблем.
