Stem cell-based technologies in treatment of age-related macular degeneration patients: current state of the problem

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Согласно современным представлениям возрастная макулярная дегенерация (ВМД) представляет собой хронический дегенеративный процесс с преимущественной локализацией в области макулы у лиц пожилого и старческого возраста, имеющих генетическую предрасположенность. Заболевание характеризуется поражением и гибелью пигментного эпителия сетчатки (ПЭС) и фоторецепторов, а также специфическими нарушениями в хориокапиллярном слое и мембране Бруха [1].

ВМД, будучи основной причиной слепоты у пациентов старше 60 лет в развитых странах, считается серьезной медико-социальной проблемой, привлекающей внимание многих исследователей. Патологический процесс локализуется в анатомической зоне, ответственной за центральное зрение. Заболевание приводит к нарушению зрения при распознавании лиц, вождении автомобиля и чтении, значительно ограничивая повседневную деятельность и весомо снижая качество жизни [2].

На сегодняшний день отсутствуют эффективные методы лечения неэкссудативной («сухой») формы ВМД, которая, непрерывно прогрессируя, приводит к необратимой потере центрального зрения. В терапии пациентов с экссудативной («влажной») формой до определённого момента развития болезни с успехом применяют антиангиогенную, фотодинамическую терапию (ФДТ), однако патологический процесс, пройдя «точку невозврата», связанную с атрофией и гибелью клеток ПЭС и фоторецепторов, далее не поддаётся коррекции и стабилизации этими методами лечения.

ПАТОГЕНЕЗ ВОЗРАСТНОЙ МАКУЛЯРНОЙ ДЕГЕНЕРАЦИИ

Исследователи ищут причину ВМД на протяжении долгого времени, но точная этиология заболевания до сих пор не установлена. В целом считают, что ВМД вызвана сочетанием генетических причин и факторов окружающей среды, то есть представляет мультифакторное заболевание [3]. Исследования патогенеза ВМД последних лет сосредоточены на патологических процессах, происходящих в ПЭС [4]. Помимо того, что ПЭС является частью гематоофтальмического барьера, он выполняет ряд функций, играющих решающую роль в сохранении сетчатки и, следовательно, зрения. Важнейшая из них — фагоцитоз наружных сегментов фоторецепторов, благодаря которому обеспечивается постоянное обновление световоспринимающего аппарата и физиологическое равновесие фотобиохимических процессов, происходящих в нем [5]. По данным ряда авторов, к нарушениям функций клеток ПЭС приводят следующие патофизиологические механизмы:

• нарушение кровообращения в хориокапиллярах макулярной зоны, характеризующихся значительно более интенсивной перфузией крови по сравнению с хориокапиллярами периферических отделов сосудистой оболочки [6];
• хронический оксидативный стресс в митохондриях ПЭС, обусловливающий развитие биоэнергетического кризиса в клетках с последующим нарушением энергетического обеспечения фагоцитоза [7];
• аномальная активность системы комплемента на фоне повреждения гематоретинального барьера, провоцирующая в клетках ПЭС развитие хронического аутоиммунного воспаления [8, 9];
• мутации в генах, ответственных за процесс фагоцитоза [10].

Установлено, что в результате поражения механизма фагоцитоза в ПЭС в его клетках откладывается и накапливается липофусцин («пигмент старения») [11]. Основной компонент липофусцина — N-ретилидин-N-ретинилэтаноламин, который способен нарушать функции ПЭС, вызывая его апоптоз. Накопление N-ретилидин-N-ретинилэтаноламина в клетках ПЭС повышает риск экссудативной ВМД, при которой под воздействием VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor, сосудистый эндотелиальный фактор роста) развивается хориоидальная неоваскуляризация (ХНВ). Кроме того, нарушается транспорт нутриентов, биологически активных молекул через ПЭС от хориокапилляров в направлении фоторецепторов, что в итоге приводит к дистрофии и гибели клеток ПЭС и фоторецепторов [12].

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ ВОЗРАСТНОЙ МАКУЛЯРНОЙ ДЕГЕНЕРАЦИИ

В настоящее время в лечении пациентов с «сухой» формой ВМД большое значение имеют мероприятия, направленные на исключение модифицируемых факторов риска развития и прогрессирования заболевания (отказ от курения, снижение массы тела, дозированная физическая нагрузка), а также назначение препаратов витаминов Е и С, зеаксантина и лютеина [13], цинка и меди, β-каротина, играющих важную роль в формировании антиоксидантной защиты, поддержании биохимического равновесия в тканях внутренних оболочек глаза [14].

«Влажная» форма ВМД обусловлена образованием ХНВ, растущей из хориокапилляров через дефекты в мембране Бруха. Эта форма — результат дисбаланса между фактором VEGF, который стимулирует рост сосудов, и фактором PEDF (Pigment Epithelium-Derived Factor, фактор — производное пигментного эпителия), который его подавляет [15]. Излишки VEGF провоцируют образование под макулой новых кровеносных сосудов, которые характеризуются патологической проницаемостью вследствие структурной неполноценности их стенок. В лечении пациентов с неоваскулярной ВМД активно и довольно успешно используют антиангиогенную терапию. Наиболее широкое распространение в офтальмологической практике получили пегаптаниб (первый одобренный ингибитор VEGF для лечения «влажной» формы ВМД), ранибизумаб, афлиберцепт, бевацизумаб [16]. В сочетании с анти-VEGF-терапией высокую эффективность в отношении ХНВ показала ФДТ с вертепорфином, который, являясь фотосенсибилизатором, накапливается в активно делящихся клетках (в неоваскулярной ткани). Вещество вводят внутривенно, оно активируется при локальном воздействии излучения диодного лазера с длиной волны 689 нм, что соответствует абсорбционному пику вертепорфина. Основное преимущество ФДТ заключается в возможности избирательного повреждения тканей, которое основано на преимущественном накоплении фотосенсибилизатора в ХНВ и на воздействии, ограниченном тканью-мишенью [17].

Однако при всех преимуществах анти-VEGF-терапии даже в случае комплаентности пациента в долгосрочной перспективе зрение постепенно снижается из-за развивающихся осложнений (субретинальное кровоизлияние, субретинальный макулярный фиброз и т. п.) или атрофии сосудистой оболочки и ПЭС. В таких ситуациях дальнейшая антиангиогенная терапия нецелесообразна, а прогноз восстановления зрительных функций неблагоприятен. Для лечения подобных состояний разработаны различные варианты субретинальной хирургии: механическое удаление субретинальной неоваскулярной мембраны из-под нейросенсорной сетчатки через парамакулярный ретинотомический доступ, транслокация макулы на 5–45° после круговой (360°) ретинотомии, пересадка свободного комплекса «ПЭС – хориоидея» с периферии глазного дна [18, 19].

ХИРУРГИЧЕСКОЕ ЛЕЧЕНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК

Стремительный прогресс медицинской науки, связанный с выдающимися открытиями и достижениями в области стволовых клеток, не обошёл стороной и офтальмологию. На сегодняшний день учёные из ряда зарубежных стран работают над вопросами применения клеточных технологий в лечении больных ВМД. Глаз в целом и субретинальное пространство в частности являются идеальной мишенью в отношении применения стволовых клеток ввиду своей «иммунологической привилегированности», которую обеспечивает несколько структурных и функциональных особенностей:

• гематоофтальмический барьер (сосуды радужки, эпителий цилиарного тела, пигментный эпителий и сосуды сетчатки) препятствует проникновению в глаз эффекторных Т-клеток и антител;
• отсутствие во внутренних отделах лимфодренажной системы;
• стромальные клетки глаза редко экспрессируют молекулы главного комплекса гистосовместимости I (major histocompatibility complex, МНС I) и совсем не экспрессируют молекулы МНС II [20];
• экспрессия на поверхности интраокулярных клеток Fas-лиганда и других мембранных ингибиторов компонентов активации комплемента предотвращает иммунозависимый клеточный лизис. Fas-лиганд при нарушении гематоофтальмического барьера противодействует образованию каскада комплемента [7];
• пигментный эпителий, покрывающий заднюю поверхность радужной оболочки и цилиарного тела и создающий основу для фоторецепторного слоя сетчатки, является ещё одним иммунологическим барьером глаза: плотные соединения в ПЭС препятствуют проникновению различных клеток и веществ из хориокапилляров в субретинальное пространство.

Ряд научных работ, посвящённых доклиническим исследованиям безопасности применения стволовых клеток на экспериментальных моделях макулярной дистрофии у животных, показал хорошую переносимость, отсутствие иммунологического отторжения даже ксенотрансплантатов, отсутствие образования опухолей, возможность приживления и интеграции культивированного ПЭС в нативный монослой клеток [21, 22]. Полученные в последние годы результаты первых клинических испытаний с применением субретинальной трансплантации суспензии человеческих эмбриональных стволовых клеток (human Embryonic Stem Cells, hESC) у пациентов с ВМД дают надежду на появление и внедрение в клиническую практику новых эффективных методов хирургического лечения [23].

На основе анализа работ по данной проблеме можно выделить две стратегии применения стволовых клеток.

1. Культивирование стволовых клеток с дифференцировкой в ПЭС с последующей заменой повреждённого эндогенного ПЭС на новый монослой, культивированный на носителе [24].
2. Использование стволовых клеток в качестве поддерживающей системы для сохранения жизнеспособности, функциональной активности и полноценности ПЭС и фоторецепторов [25].

Для реализации первой стратегии используют два вида клеточных линий:

1) человеческие эмбриональные стволовые клетки (hESC) — уникальные клеточные популяции, обладающие способностью к самообновлению и дифференцировке в различные клеточные типы и полученные из внутренней клеточной массы эмбриона [20, 26, 27];

2) индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (induced Pluripotent Stem Cells, iPSC) — клеточные линии, полученные в результате репрограммирования соматических клеток человека в плюрипотентные стволовые клетки с возможностью дальнейшей дифференцировки в различные клеточные типы [28–30].

В качестве каркаса, на котором выращивают монослой ПЭС, используют как натуральные, так и синтетические носители. Эталонный носитель должен обладать рядом критически важных качеств:

• in vitro обеспечивать формирование поляризованного слоя, который будет выполнять функции нативного ПЭС;
• иметь достаточную прочность и гибкость для того, чтобы его можно было поместить в субхориоидальное пространство;
• обеспечивать имплантацию и интеграцию с мембраной Бруха реципиента;
• обладать инертностью по отношению к тканям глаза;
• облегчать функционирование ПЭС и не препятствовать ему.

Наиболее часто среди натуральных субстанций для этих целей применяют носители из коллагена [31], желатина, мембраны Бруха с фибронектином [32], десцеметовой мембраны, передней капсулы хрусталика, амниотической мембраны и фиброина шёлка с ламинином. К числу синтетических скаффолдов относят парилен-С, полиэстер (PET), политриметилен карбонат (PTMC), политетрафлюороэтилен (PTFE), поликапролактон (PCL), полиимид (PI) [33].

При отборе пациентов, которым планируется вмешательство по первой стратегии, необходимо учитывать, что необратимые изменения в хориокапиллярах макулярной зоны и мембране Бруха могут негативно сказаться на отдалённых результатах, поэтому таким пациентам данное лечение не показано. Важно, чтобы болезнь в своем развитии не прошла «точку невозврата», когда значительная часть фоторецепторов уже погибла.

При выполнении трансплантации по второй стратегии используют и другие клеточные линии.

1. Мезенхимальные стволовые клетки (mesenchymal stem cells).

1.1. Стволовые клетки пуповины (umbilical cord-derived stem cells, UC-MSC), которые получают из пуповинной крови, отличаются высокой толерантностью к HLA-несовместимости между донором и реципиентом [5].

1.2. Стволовые клетки костного мозга (bone marrow-derived stem cells, BM-MSC) обладают высоким пролиферативным потенциалом, высокой способностью к адгезии [34].

2. Нервные стволовые клетки (neural stem cells), секретирующие нейротрофические и ростовые факторы, оказывают протекторное действие на клетки ПЭС и фоторецепторы [35].
3. Стволовые клетки центральной нервной системы (CNS stem cells) [36].

При отборе пациентов для лечения решающее значение имеет стадия развития дегенеративных изменений, причем чем раньше будет проведена трансплантация, тем лучше будут результаты лечения.

Протокол оперативного вмешательства может варьировать в зависимости от исходной клинической ситуации, состояния заднего сегмента глаза, опыта и предпочтений хирурга. В ходе стандартной операции выполняют витрэктомию, отслаивание сетчатки, периферическую ретинотомию, удаление хориоидальной неоваскулярной мембраны, введение перфторорганической жидкости для расправления сетчатки, замену перфторорганической жидкости на силиконовое масло, после чего субретинально вводят суспензию стволовых клеток [20].

По результатам первого завершившегося на сегодняшний день клинического испытания субретинальной трансплантации hESC-ПЭС у пациентов ВМД (9 пациентов — 9 глаз) и болезнью Штаргардта (9 пациентов — 9 глаз) (Astellas Institute For Regenerative Medicine (США, 2011–2016) под руководством S.D. Schwartz) были сделаны следующие выводы:

• все пациенты хорошо перенесли операцию с трансплантацией стволовых клеток;
• вмешательство оказалось достоверно безопасным;
• отсутствовали образования опухолей, иммунологическое отторжение трансплантата, кистозный макулярный отёк;
• неблагоприятные последствия были связаны с витреоретинальной хирургией и иммуносупрессивной терапией;
• значимое улучшение остроты зрения отмечено в 10 глазах;
• улучшение или сохранение остроты зрения зарегистрировано в 7 глазах;
• снижение остроты зрения наблюдалось в 1 глазу;
• при этом улучшений в неоперированных парных глазах не отмечалось [37–39].

На сегодняшний день представлены сведения о ещё десятке зарегистрированных незавершённых клинических испытаний по применению клеточных технологий в лечении пациентов с ВМД на разных стадиях. Руководители некоторых из них уже публикуют статьи с промежуточными обнадёживающими положительными результатами, подтверждающими безопасность, хорошую переносимость и достоверное улучшение зрительных функций у пациентов [20, 40].

Тем не менее, оставаясь важным перспективным направлением в лечении ВМД, хирургия с применением стволовых клеток сопряжена со сложными вопросами и проблемами.

• Спорный этический вопрос о применении эмбриональных стволовых клеток.
• Несовершенные протоколы дифференцировки стволовых клеток.
• Применение натуральных или искусственных каркасов для культивации и последующей трансплантации клеток: с одной стороны, носитель может стать причиной воспаления и отторжения трансплантата, а с другой — стволовые клетки в составе суспензии могут быть поглощены фагоцитами, так и не оказав ожидаемого лечебного действия.
• Отсутствие протокола введения/доставки клеток в субретинальное пространство.
• Иммунологическая совместимость: в случае иммунологического отторжения убрать клетки из субретинального пространства технически трудно.
• Отсутствие чётких критериев прохождения «точки невозврата» в процессе макулярной дегенерации, а следовательно, и определения показаний к оперативному лечению с помощью клеточных технологий.
• Значительные финансовые затраты, высокая стоимость лечения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возрастная макулярная дегенерация, несмотря на успехи, достигнутые в последние десятилетия в её лечении, остаётся ведущей причиной слепоты среди лиц пожилого и старческого возраста. По-прежнему актуальны вопросы этиологии и патогенеза ВМД, которым до сегодняшнего дня продолжают посвящать свои работы исследователи по всему миру. На фоне появления новых высокотехнологичных методов лечения не утратили своей актуальности патогенетически обоснованные и эффективные методы консервативной терапии — антиангиогенная терапия, ФДТ. Свою нишу в лечении неоваскулярной ВМД прочно занимают и хирургические методы лечения, к которым прибегают в тех случаях, когда консервативные методы уже не в состоянии ни остановить анатомические изменения, ни стабилизировать зрительные функции. Результаты исследований трансплантации стволовых клеток в лечении пациентов с ВМД дают офтальмологам и их пациентам надежду на улучшение зрения. С другой стороны, данные доклинических исследований и клинических испытаний заставляют специалистов искать и разрабатывать новые подходы к лечению, оптимизировать имеющиеся протоколы дифференцировки и культивирования стволовых клеток, а также решать многие смежные проблемы, которые порой носят немедицинский характер.

Дополнительная информация

Авторы данной статьи подтверждают отсутствие конфликта интересов.

Вклад авторов:

К.Ю. Гайдук — анализ литературных данных, написание текста.

С.В. Чурашов, А.Н. Куликов — концепция и дизайн обзора.

About the authors

Kirill Yu. Gayduk

S.M. Kirov Military Medical Academy

Author for correspondence.
Email: gaidukkukir@gmail.com
SPIN-code: 6540-3323

resident, Ophthalmology Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Sergey V. Churashov

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: Churashoff@mail.ru

MD, PhD, DMedSc, Assistant Professor, Professor, Ophthalmology Department

Russian Federation, Saint Petersburg

Alexey N. Kulikov

S.M. Kirov Military Medical Academy

Email: alexey.kulikov@mail.ru

MD, PhD, DMedSc, Professor, Head of the Department, Ophthalmology Department

Russian Federation, Saint Petersburg

References

Supplementary files