ПЛЮРИПОТЕНТНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ СЕРДЦА: ОБЗОР ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ И НОВЫХ ТЕНДЕНЦИЙ

Аннотация. Клеточная регенеративная терапия стала одним из наиболее многообещающих вариантов лечения пациентов, страдающих сердечной недостаточностью. Плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки человека (hESC) стали привлекательным источником стволовых клеток-кандидатов для получения кардиомиоцитов из-за их огромной способности к размножению и неоспоримому потенциалу дифференцироваться в кардиомиоциты. Концепция трансплантации мультипотентных предшественников сердечно-сосудистой системы, происходящих из hESC, возникла, поскольку предшественники сохраняют сильную пролиферативную способность и мультипотентную природу, позволяя обновить популяцию других элементов миокарда также в дополнение к кардиомиоцитам.

Ключевые слова: кардиомиоциты, инфаркт, предшественники, регенерация, стволовые клетки, плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки.

Миокард взрослого человека имеет ограниченную регенеративную способность, и миокард, повреждённый во время инфаркта из-за ишемии, заменяется несокращающейся рубцовой тканью, что в конечном итоге вызывает застойную сердечную недостаточность. Несмотря на то, что доступен широкий спектр вариантов лечения, обычное лечение сердечной недостаточности, как правило, не позволяет успешно заменить потерянную массу кардиомиоцитов или рубец миокарда новыми сократительными клетками. Эти вопросы вызвали большой интерес к альтернативным стратегиям лечения.

Клеточная регенеративная терапия быстро развивалась за последнее десятилетие и обещает стать долгосрочной стратегией лечения. Постоянные исследовательские усилия сосредоточены на выявлении эндогенных или экзогенных стволовых клеток, способных дифференцироваться в кардиомиоциты и повторно заселить утраченный миокард. В результате для клеточной терапии были протестированы несколько типов клеток, включая кардиомиоциты человеческого плода, миобласты скелетных мышц, гладкомышечные клетки, гематопоэтические стволовые клетки костного мозга, мезенхимальные стволовые клетки, резидентные сердечные стволовые клетки и клетки-предшественники, стволовые клетки, полученные из пуповинной крови, стволовые клетки, полученные из жировой ткани, эмбриональные стволовые клетки, индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Доклинические исследования на моделях больных животных показали, что некоторые из этих кардиогенных предшественников могут способствовать замене мышц посредством эндогенных репаративных процессов. Первое клиническое испытание на пациентах дало некоторые обнадеживающие результаты, показав скромные преимущества, главным образом благодаря благоприятному паракринному влиянию стволовых клеток на микросреду повреждения. Однако существует много разногласий относительно способности многих из этих типов клеток действительно дифференцироваться в кардиомиоциты, что приводит к противоречиям.

Кардиогенная дифференцировка hESC. Способность hESC дифференцироваться в спонтанно сокращающиеся кардиомиоциты вызвала интерес многих исследователей. Это привело к всплеску интереса к изучению молекулярного эмбриогенеза сердца и идентификации ключевых регуляторов роста и сигнальных путей, участвующих в формировании сердца.

Кардиомиоциты, полученные путем дифференцировки hESC, широко охарактеризованы по транскрипционным, иммуноцитохимическим, ультраструктурным и функциональным конечным точкам. Фенотипически hESC -каодиомиоциты демонстрируют сферическую, треугольную или многоугольную, веретеновидную или стержнеобразную морфологию со случайно организованными саркомерами и вставочными дисками, напоминающими кардиомиоцит плода, и в большинстве своем представляют собой удлиненные поперечно-полосатые клетки, демонстрирующие Z-диски и плотные соединения между соседними клетками.

Регенерация сердца с помощью hESC. Доклинические исследования, проведенные на моделях больных мелких и крупных животных для оценки эффективности hESC-кардиомиоцитов, были рассмотрены в следующих разделах. Однако со временем стало очевидно, что, поскольку hESC-кардиомиоциты окончательно дифференцированы, их благотворное влияние на функцию сердца было кратковременным. Сердце содержит различные типы мышечных и немышечных клеток, поэтому регенерация миокарда требует не только репопуляции функциональных кардиомиоцитов, но и развития сети кровеносных сосудов (артериальных и венозных гладкомышечных клеток и эндотелиальных клеток) для поддержки и питания этих новообразованных кардиомиоцитов. Это привело к поиску более примитивного типа клеток, который был бы мультипотентным и мог бы более активно размножаться. Как результат, после трансплантации in vitro и in vivo.

Доклинические исследования с использованием терминально дифференцированных hESC-кардиомиоцитов: большинство первоначальных экспериментов по трансплантации сердца проводилось на неповрежденном сердце. Когда hESC -кардиомиоциты были пересажены в неповрежденных сердца с ослабленным иммунитетом мышей, крыс и свиней, они образуются трансплантаты человеческого миокарда. Первоначальные исследования продемонстрировали, что hESC-кардиомиоциты могут выживать и функционально интегрироваться после трансплантации в сердца свиней. Единственная неудача заключалась в том, что клетки, по-видимому, не созрели значительно in vivo на месте трансплантации. Трансплантация hESC-кардиомиоциты в неповрежденные голые сердца крыс показала, что клетки выживают, пролиферируют и формируют ткань миокарда. Клетки созревали в течение 4-недельного периода исследования и, в частности, внесердечные клетки, присутствующие в ксенотрансплантатах, предпочтительно удалялись из сердец крыс.

В экспериментальных моделях острого инфаркта миокарда (ИМ) на животных сообщалось о положительном влиянии на функцию сердца после трансплантации hESC-кардиомиоцитов в место повреждения. Трансплантаты выжили и присутствовали даже через 4 недели после трансплантации, при этом сердца реципиентов показали сохраненную глобальную сократительную функцию, утолщение региональной стенки и размер левого желудочка по сравнению с контролем.  Магнитно-резонансная томография (МРТ), выполненная через 4 недели после трансплантации, показала положительный функциональный эффект на размеры и функцию левого желудочка. Однако эти функциональные преимущества не наблюдались через 12 недель.

В заключении, хотя исследования с hESC -кардиомиоцитами показали функциональное улучшение в травмированном сердце, эти преимущества не поддерживаются в течение длительного срока наблюдения исследования. Потенциальные ловушки среди прочего включают  отсутствие электрического взаимодействия между трансплантатом и тканью реципиента, неспособность hESC-кардиомиоцитов идти в ногу с высокой частотой сердечных сокращений грызунов (450 ударов / мин для крысы), терминально дифференцированные кардиомиоциты имеют ограниченную способность к делению клеток, из-за чего преимущества со временем начинают уменьшаться, и, наконец, репопуляция только кардиомиоцитов не поможет, так как поддерживающие клетки и сосудистая сеть также потребуются для питания трансплантата во враждебной среде инфаркта.