«Заплатки» из хондроцитов для больных суставов

   Покровский банк стволовых клеток завершает свой новый проект исследования клеток хрящевой ткани и разработки на их основе суставных поверхностей. Результаты ученых позволяют надеяться, что пациентам, которых раньше могла избавить от боли и неподвижности только замена суставов на искусственные, больше не понадобятся такие тяжелые и травмирующие операции. На место поврежденного хряща будут ставить «заплатку» из родной ткани, выращенной в мультигазовом инкубаторе.

Клеточные технологии

   Повторить путь природы и создать из невидимой клетки маленькую часть организма еще недавно считалось фантастикой. А сегодня ученые научились выращивать целые органы, но пока эта работа находится в стадии исследований и испытаний. Однако некоторые достижения клеточной медицины уже входят в практическую медицину и становятся более легким и эффективным путем лечения для пациентов. И что самое приятное, это происходит в Петербурге, – говорит генеральный директор Покровского БСК Александр Смолянинов.

   В Покровском банке стволовых клеток, где осваиваются современные методики применения клеточных технологий, накоплен огромный опыт применения гематопоэтических клеток для лечения тяжелых заболеваний, в том числе онкологических, а совсем недавно стали использоваться уникальные мезенхимальные стволовые клетки, это уже далеко не первый революционный проект в медицине. Учеными банка был созданы «дермальный эквивалент», заменяющий натуральную кожу фибробластами, которые сегодня успешно применяют в ожоговых центрах, в частности, в Институте скорой помощи и 1-й городской детской больнице, где пациентам с большой площадью обожженной поверхности заменяют поврежденные участки кожи. В результате этого происходит быстрое восстановление кожного покрова и человек идет на поправку. Это социальный проект на безвозмездной основе, которым руководит профессор Алексей Баиндурашвили.

   Несколько месяцев назад Покровский банк совместно с Центральным институтом травматологии и ортопедии и Институтом фтизиопульмонологии начал новый проект по выращиванию суставных поверхностей из хрящевых клеток – хондроцитов. Эти работы проходят уже на стадии научно-клинических исследований и близятся к продвижению в клинику. В недалеком будущем они позволят заменять поврежденную часть суставного хряща собственной тканью, выращенной из родных клеток. Работа прошла апробацию на клеточном уровне, на крупных животных, которые проводил морфолог профессор Николай Омельяненко.

Вначале была клетка

   – Все органы образуются из одной и той же стволовой клетки, но почему-то в одном месте она превращается в клетку крови, в другом – в клетку жировой или костной ткани, а в третьем из нее появляется хрящевая клетка – хондроцит и образуется хрящ, – рассказывает ведущий научный сотрудник НИЛ клеточных технологий им. И.И. Мечникова, ведущий специалист-иммунолог «Покровского банка стволовых клеток», профессор Юрий Юркевич. – Природа использует огромное количество биологически активных веществ в том или ином сочетании, чтобы дифференцировать стволовые клетки в разных направлениях и создавать из них разные органы. Разгадка этого природного кода – самая сложная задача, которой занимаются ученые многих стран мира. Благодаря тому, что зарубежные коллеги делятся своими достижениями и обмениваются опытом, для каждого исследователя этот путь становится короче. В чем-то мы идем по стопам наших чешских коллег из Праги и Брно, которые начали эту работу чуть раньше, но только собственный опыт помогает нам найти и подобрать тот состав биологически активных веществ и ту необходимую концентрацию, которые позволяют культивировать хондроциты.

   Хондроциты – клетки суставного хряща, которые добываются из поврежденного коленного сустава. Пока для проведения научно-исследовательских работ суставный материал поступает в виде медицинских биоматериалов из Института фтизиопульманологии, где проводятся ортопедические операции на коленных суставах. В процессе лечения пациентов будут использоваться собственные хондроциты человека, которому необходимо заменить часть поврежденного хряща.

   В лабораторию культивирования Покровского банка попадают фрагменты хряща размером около 1 см², где из них в специальных условиях выделяют хондроциты. Выращивание суставного хряща – самый сложный и ответственный этап работы. Биотехнологам предстоит в точности повторить путь превращения, который природа запланировала всего один раз – в процессе развития организма человека. Суставный хрящ в естественных условиях растет очень медленно. Когда ребенок рождается, хрящик сустава у него еще очень мягкий, лишь к 16 годам он затвердевает и становится необычайно прочным. Если попробовать ударить по хрящу молотком, он останется невредимым. Только время в совокупности с негативными повреждающими факторами (незаживающие травмы, нарушение обмена веществ, инфекции) способно изъедать и деформировать хрящ.

   Биотехнологи должны не только повторить уникальный процесс превращения клеток в суставную поверхность, но и сделать это в сжатые сроки – в лаборатории на это уходит 3-4 недели.

Клетки превращаются в натуральный хрящик

   – Все биотехнологические работы выполняются в специальном ламинарном шкафу, где создаются особые условия освещения, а ламинарный поток воздуха одного направления исключает попадание посторонних микроорганизмов, – продолжает профессор Юрий Юркевич. – Клетки помещаются в специальную среду с определенным набором солей, кислот и цитокинов, подобранных в определенной концентрации. Цитокины – это специальные белковые вещества, которые дают клеткам сигнал для размножения. Чтобы клетки активно росли, им необходимо питание, температура родной среды – 37 градусов, и определенная атмосфера. Поэтому в инкубатор, где продолжается размножение клеток, постоянно подается углекислый газ.

   Клетки культивируют в прозрачных плоских сосудах, и биотехнолог периодически наблюдает за их ростом с помощью сверхмощного микроскопа. Сначала клетки выглядят как тоненькие белые «комочки», расположенные хаотично в жидкой среде. Через несколько дней они образуют уже небольшие островки, а еще через некоторое время – превращаются в большие колонии, заселяющие всю поверхность, рассказывает биотехнолог Александра Айзенштадт.

   – В общей сложности количество клеток увеличивается примерно в 200 раз. Мы выделяем около 10 тысяч хондроцитов, а в процессе культивирования доводим их число до 30-40 млн клеток в зависимости от величины пораженного участка, – поясняет биотехнолог специалист по хондроцитам Варвара Багаева.

   Специалист оценивает количество полученной биомассы, и если ее достаточно, отрывает от «днища» пластика, в котором растут клетки. Часть массы помещают на специальную фибриновую матрицу (она состоит из специального фибрина – белка крови). Это и есть фрагмент хряща, который подбирают к поврежденному суставу в точности по размеру. Остальную часть в виде суспензии замораживают – ставят в криодъюар с жидким азотом с температурой -196°  на длительное именное хранение. Этот фрагмент суставной поверхности может пригодиться пациенту в следующий раз, если случится травма или возникнет проблема в другом коленом суставе. Например, при артрозах обычно страдают оба сустава, тогда однажды взятые для культивирования клетки понадобятся во второй раз, и лечение уже не потребует много времени, объясняет криоинженер Инна Цымбалюк.

Кому помогут выращенные хондроциты

   Одной из самых распространенных причин повреждения коленных суставов являются деформирующие артрозы, которые возникают вследствие нарушения обмена веществ. Такие заболевания часто приводит к сильной боли и полному обездвижению сустава. Единственным методом лечения пока остается установка искусственного сустава. Эта операция проводится с использованием высоких технологий, поэтому она очень дорогостоящая. А ее эффективность определяется не только уровнем оказания медпомощи, но и качеством имплантата, длительным периодом восстановления. Даже самый лучший искусственный сустав со временем теряет свои свойства и нуждается в замене. Менять не нужно только собственную ткань организма – выращенный из хондроцитов аналог природного хряща.

   Когда исследовательская часть работы закончится, биотехнологи начнут выращивать суставные хрящи для лечения конкретных пациентов.

   Лечение новой клеточной тканью будет проводится тоже операционным путем, но малоинвазивным способом. С помощью артрокопа хирург делает небольшой разрез и удаляет поврежденную часть хряща, который отправляется в лабораторию Покровского банка для выращивания натурального трансплантата. Через месяц пациент вновь приходит в больницу, где ему проводится такая же артроскопическая операция под местным обезболиванием, а на место поврежденного хряща ставится подложка с выращенными хондроцитами. Она, как маленькое окошко, закрывает удаленную часть сустава и быстро приживается в родной среде.

   – Методика культивирования клеток и выращивания суставных поверхностей из хондроцитов будет отработана уже к новому году, – рассказал профессор Юрий Юркевич. – Затем мы планируем работать непосредственно с лечебными учреждениями города. Я думаю, что первым, кто займется проведением ортопедических операций на коленных суставах новым прогрессивным методом, будет Институт фтизиопульманологии – наш непосредственный партнер по научной и клинической работе.

   Покровский банк стволовых клеток и СЗГУ им. Мечникова, на базе которого находится НИЛ клеточных технологий, сотрудничают со многими стационарами и медицинскими центрами Петербурга, где проводят травматологическое и ортопедическое лечение. Первым, кто в Санкт-Петербурге выполнил подобную операцию, был профессор СЗГМУ имени И.И. Мечникова Александр Савинцев. Он пересадил хрящ, выращенный из собственных стволовых клеток 92-летней пациентке, которой уже было отказано по медицинским показаниям в других способах лечения, и она могла умереть. Сейчас эта женщина живет и радует свою семью. Первым, кто превратил стволовые клетки в хондроциты и создал искусственную поверхность сустава, была биотехнолог Покровского БСК и НИЛ клеточных технологий СЗГМУ имени И.И. Мечникова Варвара Багаева. Очевидно, что щадящий и эффективный метод лечения суставных заболеваний может стать распространенной практикой в Петербурге, считает генеральный директор Покровского БСК Александр Смолянинов.

Нина Башкирова

Журнал «Город (812)» № 38 от 11.11.2013