CELLULAR TECHNOLOGIES IN THE CORRECTION OF UROLOGICAL PATHOLOGY

Full Text

Введение

Реконструктивная урология и андрология — сложные и требовательные отрасли современной медицины. Сложные случаи, необходимость микрохирургического подхода и постоянное воздействие мочи делают реконструкцию мочевыводящих путей и половых органов особенно трудной. При нарушенном заживлении, чрезмерном рубцевании и рецидивирующем фиброзе функциональные результаты все еще неудовлетворительны. Для лучших, более успешных итогов лечения постепенно создаются новые решения на основе технологий тканевой инженерии, что является наиболее многообещающей стратегией благодаря возможности проектирования органоспецифичных трансплантатов. Среди нескольких вариантов, предложенных в последние годы для лечения урологических и андрологических заболеваний, терапия мультипотентными стволовыми клетками (МСК) представляет собой принципиально новые возможности. Более того, целенаправленная модификация среды заживления МСК, их экстраклеточными везикулами и ростовыми факторами — уникальная возможность, которая может вывести реконструктивную урологию и андрологию на молекулярный уровень [1, 2].

Исследования, описанные в литературе, продемонстрировали краткосрочную безопасность и многообещающие результаты применения МСК. Однако еще необходимо решить многие аспекты, прежде чем клеточную терапию можно будет внедрить в повседневную клиническую практику. Такие важные ограничения исследований, результаты которых представлены в статьях: малые размеры выборки и короткие периоды наблюдения, неполное знание механизма действия МСК, технические детали, касающиеся метода доставки и наилучших источников МСК, риски безопасности, связанные с геномными или эпигенетическими изменениями и потенциальными иммунными реакциями в долгосрочной перспективе, должны быть подробно исследованы в более строгих доклинических и клинических испытаниях [2].

В связи с вышеизложенным была поставлена цель исследования - на основании изучения литературы обобщить описание общих и частных эффектов клеточной терапии при урологических заболеваниях. Проведен поиск в базе данных PubMed по сочетаниям ключевых слов «complication + urological + stem + cell» за 2019–2025 гг. За указанный период найдено в общей сложности более 454 источника, в данный обзор вошли результаты 64 исследований.

 

Мультипотентные стволовые клетки в терапии патологии почек

Крысам с острой почечной недостаточностью, вследствие ишемии/реперфузии органа, X. Huang с соавт. [3] трансплантировали МСК. Терапия улучшила функции почек, были меньше повреждения тканей, снижен апоптоз и стимулирована васкуляризация. У мышей в результате внутрибрюшинной инъекции глиоксилата B. Zou с соавт. [4] была создана модель острой почечной недостаточности, вызванной гипероксалурией. МСК костного мозга и МСК пуповины вводили в хвостовую вену. Оба типа МСК in vivo значительно подавляли отложение кристаллов оксалата кальция и повреждение почек, а in vitro в макрофагах, культивируемых с МСК, отмечено снижение высвобождения провоспалительных интерлейкинов (ИЛ)-1β и ИЛ-18 и усиление защиты эпителиальных клеток почек. Снижение степени повреждения клеток почечных канальцев является критическим фактором в предотвращении образования конкрементов оксалата кальция.

Диабетическая нефропатия является одним из наиболее типичных осложнений диабетической микроангиопатии и характеризуется прогрессирующим гломерулосклерозом и хроническим воспалением [5, 6]. У мышей моделировали диабетическую патологию почек, создавая стрептозотоциновый сахарный диабет 1 типа. Только при внутривенной инъекции МСК пуповины человека в дозе 3x10⁷ клеток/кг на 8, 10 и 12 недель в течение 14 недель было достигнуто статистически значимое снижение уровня провоспалительных цитокинов (ИЛ-1β и ФНО-α (фактор некроза опухоли-α) и выявлена четкая тенденция (p = 0,06) к уменьшению отношения альбумина к креатинину в моче, по сравнению с группой с диабетом без лечения. Трехкратное увеличение указанной дозы с введением на 5, 6 и 7 неделях в течение 12 недель привело к облегчению тяжести гистологических изменений почек. Лечение МСК может представлять собой потенциальный путь к обращению вспять гломерулосклероза и смягчению воспаления у мышей с диабетической нефропатией [6].

МСК были получены из мочи 9 здоровых мужчин. У мышей с диабетической нефропатией применение таких клеточных элементов способствовало меньшей потере почечных функций, подавлению клеточной инфильтрацию и снижению окислительного стресса, менее выраженным фиброзу почек, гистологическим повреждениям и пролиферативной активности. Сделано заключение о паракринном эффекте клеточной терапии [5].

Таким образом, клеточная терапия снижает выраженность почечной недостаточности вследствие ишемии/реперфузии органа и гипероксалурии в эксперименте за счет стимулирования ангиогенеза, уменьшения повреждения тканей, выраженности воспаления и апоптоза. При диабетической нефропатии, характеризующейся прогрессирующим гломерулосклерозом и хроническим воспалением, МСК снижают уровень провоспалительных цитокинов, степень воспалительной инфильтрации и фиброза, а также выраженность гистологических изменений почек. Возможно, что эффект клеточной терапии обусловлен паракринным действием МСК.

 

Мультипотентные стволовые клетки и реконструкция мочевого пузыря

На сегодняшний день не существует эффективных решений для коррекции патологий мочевого пузыря при состояниях, требующих резекции или удаления органа. Текущие хирургические стратегии, включая отведение мочи и энтероцистопластику с увеличением емкости мочевого пузыря, основаны на использовании аутологичных кишечных сегментов (например, подвздошной кишки) с целью защиты функции почек. Считаясь стандартом лечения, энтероцистопластика чревата многочисленными краткосрочными и долгосрочными клиническими осложнениями [7-9].

1. H. Hendawy с соавт. [9] оценивали результаты применения каркаса из фиброина шелка с и без МСК жировой ткани у крыс. Оба типа каркасов продемонстрировали успешную интеграцию в стенку мочевого пузыря без существенных различий в массе тела или проблемах с мочеиспусканием. Однако трансплантат из чистого фиброина имел усадку и в 41,6% случаев обнаружено образование конкрементов в мочевом пузыре. Применение фиброина с МСК способствовало превосходному морфологическому восстановлению, при этом орган постепенно принимал все более нормальную форму, а случаи образования камней отсутствовали. Гистологический анализ показал, что каркас с МСК в значительной степени способствовал регенерации более организованных слоев уротелия и гладкомышечной ткани, более высокой плотности сосудов и снижению степени инфильтрации воспалительными клетками.

Эластомерный, биомеханосовместимый с мочевым пузырем каркас из poly(1,8-octamethylene-citrate-co-octanol) с аутологичными МСК костномозгового происхождения и CD34+ гемопоэтическими стволовыми/прогениторными клетками запускал и поддерживал надежную долгосрочную функциональную регенерацию ткани мочевого пузыря у бабуинов после имитации тяжелой травмы этого органа. Синергизм стволовых клеток способствовал функциональной трехслойной регенерации ткани мочевого пузыря, включая нейроваскуляризацию всего трансплантата. Приматы с такой аугментацией имели меньше клинических осложнений и более выгодные показатели характеристики тканей по сравнению с животными, которым применили энтероцистопластику подвздошной кишкой или подслизистой тонкой кишки с МСК [7].

МСК жировой ткани, меченые PKH-26, были размещены на трансплантатах бесклеточного матрикса мочевого пузыря. Свиньям была выполнена гемирезекция с последующей аугментационной цистопластикой только матриксом или матриксом с МСК. По 8 из 10 животных в каждой группе пережили 3 месяцев без серьезных осложнений. Функция мочевого пузыря, созданного с помощью тканевой инженерии, была нормальной без каких-либо признаков остаточной мочи после мочеиспускания в самом органе и в верхних мочевыводящих путях. МСК усилили регенерацию мочевого пузыря, но процесс был неполным в центральной области трансплантата. Только небольшой процент имплантированных МСК выжил и дифференцировался в гладкомышечные и эндотелиальные клетки. Основной эффект МСК связан с паракринным действием [10].

Инфравезикальная обструкция может вызывать серьезные осложнения, включая повреждение почек. У мышей через 7 дней после моделирования обструкции наблюдали разрушение структуры почечных канальцев, значительно увеличились экспрессия интерстициальных маркеров и индекса клеточной пролиферации. Введение экзосом из кондиционной среды, где культивировали МСК пуповины человека, обратило повреждение почек, ингибировало клеточную пролиферацию и экспрессию белков, связанных с сигнальным путем Wnt/β-катенина (Wnt — один из внутриклеточных сигнальных путей у животных, регулирующий эмбриогенез, дифференцировку клеток и развитие злокачественных опухолей; в основе пути Wnt-сигнализации лежит стабилизация цитоплазматического белка β-катенина) [11].

B.J. Chiang с соавт. [12] создали модель ишемии мочевого пузыря у крыс путем двусторонней частичной окклюзии подвздошной артерии. Ишемия значительно снизила микроциркуляцию в сосудах мочевого пузыря, интервал между сокращениями и объем органа, при этом возросли амплитуда сокращений при спонтанной активности миоцитов и инфильтрация нейтрофилами. МСК и их микровезикулы после введения в бедренную артерию значительно улучшили состояние мочевого пузыря.

Диабетическая цистопатия является хроническим осложнением диабета, вызванным гипергликемией, связанным, в основном, с ишемией подслизистой и мышечной оболочек органа. Y. Huang с соавт. [13] модифицировали костномозговые МСК геном интегрин-связанной киназы (integrin-linked kinase) и применили для коррекции диабетической цистопатии, вызванной стрептозотоцином у 68 самцов крыс Sprague-Dawley. На 14-й день значительно увеличился уровень васкуляризации тканей мочевого пузыря, через 4 недели функция мочевого пузыря была выражено улучшена у крыс, которым внутривенно вводили модифицированные МСК. Лечение в значительной степени способствовало активации пути AKT/GSK-3β - внутриклеточного сигнального пути, играющего ключевую роль в регуляции клеточного роста, выживания, метаболизма и других процессов. Сигнальный путь начинается с активации фосфоинозитид-3-киназы (PI3K) в ответ на различные внешние сигналы, такие как факторы роста и инсулин. Активированная PI3K вызывает активацию AKT, которая фосфорилирует и ингибирует GSK-3β. В свою очередь GSK-3β в активном состоянии может регулировать множество клеточных процессов, в том числе метаболизм гликогена, транскрипцию генов и клеточный цикл. Также возросли уровни экспрессии белков, связанных с ангиогенезом: VEGF (vascular endothelial growth factor, фактор роста эндотелия сосудов), bFGF (basic fibroblast growth factor, основной фактор роста фибробластов) и SDF(stromal cell-derived factor, фактор стромальных клеток, стромальный клеточный фактор роста)-1. Функция и гистологическое строение мочевого пузыря были восстановлены за счет стимуляции процесса ангиогенеза и защиты клеток от апоптоза, связанного с высоким содержанием глюкозы.

Дисфункция мочевого пузыря развивается с высокой частотой у женщин в постменопаузе с метаболическим синдромом. Крысы с сочетанием овариэктомии и метаболического синдрома продемонстрировали значительные нарушения функции мочевого пузыря, включая уменьшение интервалов между сокращениями и емкости органа, увеличение объема остаточной мочи и количества неэффективных сокращений детрузора. В стенке мочевого пузыря было отмечено значительное увеличение толщины стенок артерий, объема коллагена и количества клеток с апоптозными изменениями. Также наблюдали повышенную экспрессию пуринергических и мускариновых рецепторов, проапоптотических белков и маркеров воспаления, фиброза и окислительного стресса с одновременным снижением экспрессии антиапоптотического белка Bcl-2. Лечение МСК амниотической жидкости человека способствовало восстановлению функции мочевого пузыря и улучшило гистологические и биохимические отклонения через 1 и 3 масяца [14].

1. Matsumoto с соавт. [8] изготовили двухслойные листы из МСК жировой ткани, трансфицированных зеленым флюоресцентным белком (GFP): после достижения слияния МСК до прочных межклеточных контактов, клетки наносили на лист желатинового гидрогеля, затем на желатине с монослоем МСК адсорбировали еще один монослой таких же МСК. У крыс Sprague-Dawley был частично пересечен спинной мозг на уровне T8-9, спустя 4 недели был надрезан детрузор по передней стенке мочевого пузыря, и МСК в виде двухслойного листа имплантированы в виде заплаты на обнаженную слизистую оболочку мочевого пузыря. Еще через 4 недели после трансплантации МСК емкость мочевого пузыря и его растяжимость у крыс стали значительно выше, чем в ложнооперированном контроле. Гладкомышечные слои в мочевом пузыре были значительно толще, а коллагеновых волокон стало меньше. Некоторые трансплантированные МСК дифференцировались в гладкомышечные актин+ или десмин+ клетки, что доказано по наличию GFP. Кроме того, GFP+ клеточные элементы секретировали TGF (transforming growth factor alpha, трансформирующий фактор роста)-β1 или VEGF.

В большинстве экспериментов с повреждением спинного мозга для улучшения функций мочевого пузыря МСК вводили непосредственно в место травмы. H. Salehi-Pourmehr с соавт. [15] исследовали, может ли трансплантация аутологичных костномозговых МСК в стенку мочевого пузыря, как минимально инвазивный метод, улучшить функции органа во время хронической фазы спинальной травмы. Самкам крыс Wistar моделировали полную и неполную транспозицию спинного мозга на уровне T9. Все мочевые пузыри после операции были гиперрефлекторного типа, остаточный объем мочи был увеличен. Через 1 месяц после операции животным трансплантировали 1 × 10⁶/120 мкл МСК в шесть участков мышечной оболочки мочевого пузыря. После применения МСК у крыс с полным пересечением мозга амплитуда сокращений была снижена, а при неполной транспозиции комплаентность была полностью восстановлен. Кроме того, снизился остаточный объем, но статистически значимо – только при неполном повреждении, в этой же группе был отмечен меньший объем формирования коллагена.

Для цистопластики, особенно после резекции или удалении органа, предложено множество типов трансплантатов, каждый из которых имеет свои недостатки и преимущества. Адсорбция МСК на каркасах перед их внедрением способствует нормализации функции мочевого пузыря, более успешной регенерации уротелия и гладкомышечной ткани, включая восстановление иннервации и васкуляризации, и снижению интенсивности воспалительного процесса. В некоторых случаях отмечена неполная регенерация мочевого пузыря, особенно в центральных отделах трансплантата. МСК с успехом были применены при ишемии этого органа, в том числе и при диабетической цистопатии, что связано с активацией ангиогенеза. Также показана эффективность МСК для коррекции функциональных расстройств мочевого пузыря при сочетании постменопаузы с метаболическим синдромом и при повреждениях спинного мозга, причем в последнем случае при использовании не только в месте травмы, но и в самом пузыре. Только небольшой процент имплантированных МСК остается жизнеспособным и дифференцируется в гладкомышечные и эндотелиальные клетки, основной эффект МСК может быть обусловлен паракринным действием. Экстраклеточные везикулы, продуцируемые МСК, оказались эффективными при инфравезикальной обструкции и обратили вспять повреждение почек.

 

Мультипотентные стволовые клетки в коррекции стрессового недержания мочи

Стрессовое недержание мочи (НМ) является распространенной дисфункцией и у женщин чаще всего обусловленные патологией тазового дна. В настоящее время консервативные варианты лечения имеют низкие показатели успешности, в то время как хирургические вмешательства часто приводят к многочисленным осложнениям [16-18].

Измененное состояние внеклеточного матрикса является ключевым фактором в возникновении различных урологических патологических процессов и, вероятно, играет значительную роль в патогенезе НИ, особенно за счет изменений содержания коллагена и эластина. Терапия МСК показала значительные перспективы в лечении НМ через индукцию ремоделирования матрикса, тем самым улучшая состояние тканей тазового дна у женщин. Кроме того, МСК продемонстрировали значительный потенциал в улучшении функции сфинктера уретры, модуляции архитектуры соединительной ткани и стимуляции активности фибробластов, влияя на различные сигнальные пути, включая TGF-β/SMAD (сигнальный путь, который играет ключевую роль в регуляции клеточного роста, дифференцировки, апоптоза, иммунного ответа и других клеточных процессов), JAK/STAT (внутриклеточный сигнальный путь, который играет ключевую роль во многих биологических процессах, включая иммунный ответ, клеточный рост, дифференцировку, апоптоз и выживание, активируется при связывании цитокинов и факторов роста с клеточными рецепторами), Wnt/β-катенин, PI3K/AKT и ERK/MAPK (mitogen-activated protein kinase, митоген-активируемая протеинкиназа — группа мультифункциональных внутриклеточных сигнальных путей (ERK), содержащих одну из митоген-активируемых протеинкиназ и контролирующих транскрипцию генов, метаболизм, апоптоз, пролиферацию и подвижность клеток) [18].

Однократная доза МСК частично восстанавливала функцию уретры в модели НМ на животных (сдавливание n. pudendus и перерастяжение влагалища), но регенерация была частичной [19-21]. K. Janssen с соавт. [21] крысам с НМ внутривенно вводили одну, две или три дозы 2 × 10⁶ МСК через 1 час, 7 и 14 сут после травмы. Однократная доза МСК не повысила пиковое давление в точке утечки, но две и три дозы МСК были значительно эффективнее. И однократные, и повторные дозы МСК улучшили состояние уретры за счет регенерации соединительной ткани и нервно-мышечных структур, восстановили морфологию наружного уретрального сфинктера и n. pudendus.

30 женщин со стрессовым недержанием мочи без улучшения в результате консервативного лечения были разделены на две группы по 15 человек в каждой, которым периуретрально инъецировали МСК мышечной ткани или имплантировали среднеуретральный слинг. В течение 1 года в группе с МСК 10 пациентов (66,6%) отметили улучшение, половина из них (33,3%) сообщили о полном выздоровлении. В группе с использованием слинга 13 пациентов (93,3%) испытали улучшение, а 12(80%) - заявили о полном выздоровлении. Несмотря на то, что периуретральная инъекция МСК значительно улучшает симптомы с минимальными осложнениями у женщин с НМ, терапевтический ответ все-таки значительно ниже, по сравнению со слинговой операцией [22]. Но, по мнению M. Mahboubeh с соавт. [23], группе с МСК требовалось более короткое время для проведения процедуры, эти пациенты меньшее время находились в больнице и у них было меньше осложнений.

Клеточная терапия оказалась перспективной в лечении НМ у женщин и экспериментальных животных через модуляцию ремоделирования матрикса, улучшение состояния тканей тазового дна, нормализацию функции сфинктера уретры и архитектуры соединительной ткани, восстановление нервно-мышечных структур и стимуляцию активности фибробластов. Но особых преимуществ перед слинговыми операциями применение МСК не показало.

 

Мультипотентные стволовые клетки в коррекции патологии уретры

Стриктура уретры часто развивается в результате процесса рубцевания и может быть скорректирована уретральной дилатацией и уретротомией, но в случаях длинных стриктур единственным вариантом является заместительная уретропластика. Однако ряд осложнений, сопровождающихся последующим фиброзом тканей и образованием вторичных стриктур, ограничивают применение различных трансплантатов [24, 25]. В качестве альтернативного подхода недавно появились методы тканевой инженерии, направленные на преодоление этих ограничений. Среди каркасов при использовании для тканевой инженерии уретры наилучшим вариантом являются синтетические скаффолды с надлежащей пористостью и механической прочностью. Дифференцировка МСК в уротелиальные и гладкомышечные клетки для использования в урологических целях не дает никаких преимуществ по сравнению с аутологичными уротелиальными и гладкомышечными клетками. МСК, предварительно подвергнутые гипоксии, в сочетании с аутологичными клетками адсорбированные на предварительно васкуляризированном синтетическом биоразлагаемом каркасе, являются лучшей комбинаторной стратегией в тканевой инженерии человеческой уретры [25].

Инъекцию in situ МСК жировой ткани человека потенциально можно применять для профилактики фиброза уретры, но одной трансплантации клеток может быть недостаточно из-за сложных гистопатологических изменений микросреды в месте повреждения. В связи с этим Z. Feng с соавт. [24] изучали, может ли модификация МСК miR(микроРНК)-21 улучшить терапевтическую эффективность клеточной терапии при фиброзе уретры для профилактики рецидивов. Результаты in vitro показали, что модификация miR-21 увеличивала экспрессию генов ангиогенеза в МСК. In vivo было выявлено, что такая модификация способствовала повышению уродинамических параметров и лучшему формированию эпителиальной и мышечной оболочек, по сравнению с группами, которым трансплантировали неизмененные МСК. Модификация МСК miR-21 улучшала микросреду заживления ран уретры, повышала выживаемость самих МСК и способствовала неоваскуляризации за счет регулирования экспрессии ангиогенных генов, что в конечном итоге увеличивало регенераторный потенциал МСК.

39 самцам новозеландских белых кроликов резецировали заднюю стенку уретры. Дефекты заживали без лечения или были восстановлены с использованием пористого фиброина шелка без или с МСК жировой ткани, меченых бромдезоксиуридином (bromodeoxyuridine). Частота послеоперационных осложнений составила 76,92%(7/13), 23,07%(3/13) и 15,38%(2/13), соответственно (p < 0,05). Через 4 недели после операции МСК были разбросаны по фиброину, в основном, в месте контакта материала с уретрой. В группах с фиброином без МСК и с МСК наблюдали положительное окрашивание на панцитокератин. Выстилка восстановленной уретры была сходна по морфологии с нормальной слизистой оболочкой [26].

В качестве альтернативного подхода появились методы тканевой инженерии для лечения стриктур уретры, когда перед уретропластикой МСК адсорбируют на различных трансплантатах: клеточная терапия улучшает интеграцию инородных материалов и снижает степень фиброза.

 

Мультипотентные стволовые клетки в коррекции патологии полового члена

В период с июня 2016 года по июнь 2018 года 36 мужчин 20–48 лет с микропенисом, прошли процедуру аугментации. Была приготовлена смесь тромбоцитов, фибринового клея и МСК, полученных из жировой ткани дермы. Эта смесь была помещена на трубчатый каркас из полимолочной и гликолевой кислот и подвергнута инкубации в течение 1 сут. Каркасы были хирургически имплантированы под фасцию Бака. За пациентами наблюдали в течение 6-12 (8 ± 2,86) месяцев. Длина полового члена в эрегированном состоянии до операции составляла 6,5 - 12,5 см (9,08 ± 1,6), после операции увеличилась до 7 - 14 см (10,59 ± 1,71) (p < 0,0001). Обхват полового члена до и после операции составил 8,49 ± 1,53 и 10,91 ± 1,96 см, соответственно (p < 0,0001). Было достигнуто статистически значимое, по мнению авторов, увеличение длины и обхвата полового члена на 1,5 и 2,6 см, соответственно. Пациенты высоко оценили результаты хирургического вмешательства. Максимально возможный балл (5) по шкале Лайкерта от одного до пяти поставили 27 % пациентов, 33 % дали очень хорошую (4), а 19 % - хорошую (3) оценку [27].

Болезнь Пейрони или фибропластическая индурация полового члена — редкое заболевание соединительной ткани, при котором мужской половой член искривляется вследствие прогрессирующих фиброзных изменений (образования фиброзных бляшек) в белочной оболочке. Аномальные бляшки и рубцовая ткань поддерживают хроническое воспаление, вызывая искривление полового члена и эректильную дисфункцию. 5 пациентам с болезнью Пейрони вводили МСК, полученные из плацентарного матрикса. У всех пациентов отмечено статистически значимое увеличение пиковой систолической скорости. Из 10 бляшек 7 полностью исчезли через 3 месяца наблюдения. Вместе с этим, изменения конечной диастолической скорости, длины растянутого полового члена и его окружности не были статистически значимыми [28]. Использование комбинации введения аутологичной стромально-васкулярной фракции с ударно-волновой терапии полового члена способствовало тому, что 7 из 11 пациентов сообщили об улучшении эректильной функции. Средний балл оценки эректильной твердости увеличился с 2,7 до 3,5, а средний балл по опроснику болезни Пейрони снизился с 15,0 до 8,7. Все 11 пациентов отметили субъективное уменьшение кривизны и уменьшение размера бляшек [29].

Наиболее распространенной формой приапизма является ишемическая форма. Экспериментальная модель ишемического приапизма была создана у крыс с использованием вакуумного эректильного устройства и наложения стягивающей ленты на 1 или 12 часов, МСК были применены интракавернозно сразу после удаления ленты. Через 1 месяц в результате терапии МСК значительно возросли пиковое и среднее интракавернозное давление, а также отношение последнего к системному среднему артериальному давлению. Гистопатологический анализ выявил значительное увеличение пропорции гладких мышц к коллагену и некоторое снижение выраженности фиброза в кавернозных телах. На молекулярном уровне при терапии МСК отмечено выраженное снижение экспрессии мРНК TGF-β и VEGF, в то время как экспрессии мРНК NGF (nerve growth factor, фактор роста нервов) и BDNF (brain-derived neurotrophic factor, нейротрофический фактор мозга) значительно возросли. Клинически клеточная терапия оказалась более эффективной при краткосрочном приапизме, но при рассмотрении гистопатологических и молекулярных параметров было выявлено, что лечение оказало положительное влияние на более широкий спектр параметров при долгосрочном патологическом состоянии [30].

Таким образом, отмечено появление интересных сообщений об успешном применении МСК для увеличения полового члена, лечения болезни Пейрони и ишемического приапизма.

 

Мультипотентные стволовые клетки в лечении эректильной дисфункции

Эректильная дисфункция, вызванная повреждением кавернозного нерва (n. cavernosus), является распространенным осложнением после радикальной простатэктомии, несмотря на разнообразные техники сохранения нервов. Традиционные подходы к лечению не имеют большого успеха в лечении тяжелого кавернозного фиброза, который является следствием такой травмы [31-34]. 21 пациенту с эректильной дисфункцией после радикальной простатэктомии, без признаков восстановления при использовании традиционной терапии, однократно интракавернозно ввели МСК жировой ткани и наблюдали в течение 1 года. У 6  мужчин отмечалось НМ, 8 из оставшихся 15 (53%) пациентов без НМ сообщили об эректильной функции, достаточной для полового акта, через 1 год. Не было отмечено улучшений эрекции в группе мужчин с НМ и с эректильной дисфункцией до радикальной простатэктомии [35].

Размещение источника ростовых и противовоспалительных факторов в области сосудисто-нервных пучков является новой технологией для восстановления удержания мочи и эректильной функции. A. Kennedy с соавт. [32, 36] определяли, ускоряет ли использование криоконсервированной ткани пуповины при радикальной простатэктомии восстановление удержания мочи и эрекции. Ретроспективно изучены данные 176 пациентов после простатэктомии с и без применения пуповинной ткани с 2015 по 2020 год. Удержание мочи было достигнуто через 3 месяца после операции у 86% (99/115) пациентов с использованием клеток пуповины, по сравнению с 74% (45/61) у пациентов после только простатэктомии (p = 0,044). Через 2 года после операции 32% пациентов после применения пуповинной ткани сообщили о хорошей сексуальной функции по сравнению с 33% пациентов без такового (p = 0,9). Использование криоконсервированной ткани пуповины в процессе радикальной простатэктомии связано с более быстрым возвращением к удержанию мочи, но никаких различий в восстановлении потенции не наблюдали, а один пациент сообщил, напротив, об ухудшении качества жизни.

H.W. Moon с соавт. [31] оценивали действие биомеханической ткани из децеллюляризованного внеклеточного матрикса фибробластов человека с МСК костного мозга человека на модели двустороннего повреждения кавернозного нерва у крыс. Анализ in vitro показал, что такая ткань значительно увеличила экспрессию маркеров развития нервных структур. In vivo найдено, что у крыс, которым применяли пластырь из этой ткани, было более высокое отношение содержания гладких мышц к коллагену. Ткань из внеклеточного матрикса с МСК эффективна для стимуляции ангиогенеза, регенерации гладких мышц и нервов, что может способствовать улучшению эректильной функции после простатэктомии.

Модель эректильной дисфункции, вызванной нейроваскулярным повреждением органов малого таза, была создана у бестимусных крыс двусторонним раздавливанием кавернозных нервов с перевязкой внутренних нервно-сосудистых пучков половых органов. Во время операции МСК плаценты человека вводили в пещеристое тело в концентрации 2,5 × 10⁶ клеток/0,2 мл. Отношение интракавернозного давления к среднему артериальному давлению значительно увеличилось на 6-й и 12-й неделях, достигнув 72% превышения от контрольного уровня (введение забуференного физиологического раствора). Произошло значительное увеличение экспрессии маркеров нейронов (84,3%), эндотелиоцитов (70,2%) и гладкомышечных клеток (70,3%) на 6-й неделе в группах лечения, указанные результаты сохранялись в течение 12 недель. Была обнаружена люминесценция трансплантированных МСК, меченых мономерным флюоресцентным белком Katushka far red, в месте введения сразу после инъекции и миграция в участки повреждения, включая место хирургического разреза и перипростатические сосуды, уже на 1-й день. Флюоресцирующие клетки присутствовали в кавернозных телах и большом тазовом ганглии на 1-й и 3-й сут после операции. Через 7 дней флюоресценция в пенисе исчезла и уменьшилась в главном тазовом ганглии [37].

МСК пуповины человека были трансплантированы в пещеристое тело крыс с двусторонним разрушением кавернозного нерва. Через 1 месяц применение МСК значительно улучшило эректильную функцию и снизило отношение коллагена к гладким мышцам. Также были восстановлены масса и функции митохондрий в гладкомышечных клетках пещеристых тел, поврежденных при травме или in vitro гипоксией, и ингибирован их апоптоз. Нокдаун SIRT1 (ген SIRT1 кодирует белок сиртуин 1, расположенный преимущественно в клеточном ядре, который деацетилирует факторы транскрипции, влияющие на клеточную регуляцию) в гладкомышечных клетках отменил защитное действие МСК на массу и функцию митохондрий, одновременно приведя к усилению апоптоза [33]. Похожий эффект был обнаружен X. Zhang с соавт. [34], которые использовали экзосомы МСК жировой ткани человека после воздействия мелатонином. Экзосомы ингибировали фиброз посредством miR-145-5p, нацеленной на TGF-β2/SMAD3.

Суспензию МСК жировой ткани (1× 10⁶/0,2 мл) вводили интракавернозно сразу после двустороннего повреждения кавернозного нерва или с экспозицией 60 мин in vitro, также применяли клеточные агрегаты, выделенные из последней группы МСК. Примерно 85% МСК самоагрегировались в клеточные кластеры в течение 60 мин экспозиции, которые затем в большем количестве присутствовали в пещеристом теле и были более эффективны для коррекции эректильной дисфункции. Не найдено значительной разницы между введением МСК после экспозици в 60 мин и изолированных из этой культуры агрегатов. Иммунофлюоресцентное окрашивание показало повышенное содержание экспрессии биомаркеров гладкомышечной и нервной ткани в пещеристых телах после интракавернозной инъекции, по сравнению с внутривенной. При внутривенном введении клеточные агрегаты были найдены в пещеристых телах только в небольшом количестве, а, в основном, концентрировались в легких. Самоагрегация МСК перед введением, как минимум, может способствовать их удержанию в месте инъекции [38]. Необходимо отметить, что другие исследователи также описывают концентрацию в легких инъецированных внутривенно и даже в ткани МСК и их экстраклеточных везикул [39, 40].

У крыс Wistar Ö. Albayrak с соавт. [41] моделировали умеренную или тяжелую травму спинного мозга. МСК бурой жировой ткани (3 × 10⁵ клеток/5 мкл) локально трансплантировали в область травмы. Сделано заключение, что терапия МСК может быть полезной при эректильной дисфункции при экспериментально вызванной травме спинного мозга за счет улучшения состояния нейронов.

Сахарный диабет у мужчин старшего возраста увеличивает распространенность эректильной дисфункции до 86,3%, изменения микроциркуляции и иннервации являются ключевыми факторами. Среди доступных методов лечения оказались особенно эффективными интракавернозные инъекции МСК за счет регенеративного и антиапоптотического эффектов. Возможно, что высокая эффективность лечения и быстрое терапевтическое действие при интракавернозном введении связаны с повышением чувствительности рецепторов к другим препаратам, таким как силденафил [42].

Для лечения 4 пациентов с рефрактерной эректильной дисфункцией на фоне сахарного диабета 2-х кратно интракавернозно инъецировали аутологичные МСК костного мозга. В результате отмечено значительное улучшение показателей: эректильная функция (p = 0,03), сексуальное желание (p = 0,04), удовлетворение от полового акта (p = 0,04) и общее удовлетворение (p = 0,04) [43]. Позже эти результаты уже на большем количестве мужчин были подтверждены S. Al Demour с соавт. [44], которые применили аллогенные МСК Вартонова студня. Отмечены значительные улучшения в твердости и других показателях эрекции, а также пиковой и 20-минутной систолической скорости по данным цветного дуплексного допплеровского сканирования на всех временных точках в течение 1 год.

8 пациентам с эректильной дисфункцией, вызванной микрососудистой патологией (сахарный диабет или гипертоническая болезнь) были сделаны инъекции МСК, полученных из плацентарного матрикса. Через 6 недель пиковая систолическая скорость варьировала от 25,5 см/сек до 56,5 см/сек, 2 пациента, у которых предыдущая пероральная терапия не дала результата, смогли самостоятельно поддерживать эрекцию; спустя 3 месяца - от 32,5 см/сек до 66,7 см/сек, еще 1 пациент смог самостоятельно достичь эрекции, к 6 месяцев скорость составляла 50,7-73,9 см/сек (p < 0,01). Конечная диастолическая скорость, ширина и длина растянутого полового члена статистически значимо не изменялись [45].

Также 8 пациентам с органической эректильной дисфункцией (сахарный диабет, гипертоническая болезнь, гиперхолестеринемия, болезнь Пейрони) интракавернозно вводили МСК, полученные из жировой ткани, без и в смеси с лизатом тромбоцитов. Отмечено улучшение эректильной функции через 1 и 3 месяца наблюдения, но различий, обусловленных применением тромбоцитарного лизата, не было [46].

J.H. Wu с соавт. [47] оценивали влияние МСК Вартонова студня человека, на нарушения интракавернозного давления, связанные с диабетом у крыс. Интракавернозное давление было значительно улучшено через 1 месяц в результате трансплантации МСК в одно пещеристое тело. Уровни экспрессии VEGF, IGF-1 (insulin-like growth factor, инсулиноподобный фактор роста) и bFGF были выше в местах инъекций МСК, чем в контрлатеральных участках. Трансплантация МСК может улучшить эректильную дисфункцию при диабете за счет увеличения продукции паракринных факторов роста.

Через 2 месяца после индукции у крыс диабета стрептозотоцином была диагностирована эректильная дисфункция (неэффективная эректильная стимуляция в течение 30 мин). Крысы получили 1x10⁶ или 3x10⁶ МСК пупочного канатика в забуференном физиологическом растворе. Введение МСК нормализовало экспрессию TGF-β, α-SMA (alpha-smooth muscle actin, альфа-актин гладких мышц) и коллагена в тканях пещеристого тела, что привело к улучшению эректильного состояния [48]. Похожие результаты восстановления эрекции описывают другие ученые. Дополнительно можно отметить уменьшение выраженности фиброза и усиление экспрессия VEGF [49], и что использование МСК жировой ткани способствовало реваскуляризации пещеристых тел и оказалось более эффективным, чем МСК костномозгового происхождения [50]. МСК жировой ткани, модифицированные для большей продукции IGF-1 и VEGF, при интракавернозной инъекции у крыс с диабетом обеспечили дополнительные преимущества в восстановлении пещеристых структур с быстрым эффектом (1 неделя), по сравнению с простыми МСК [51].

Хотя для лечения эректильной дисфункции при сахарном диабете применяли различные МСК, механизм, лежащий в основе этих подходов, был идентичен: восстановление сосудистых повреждений, регенерация гладких мышц и нейрональных клеток, ингибирование образования воспалительных цитокинов и снижение апоптоза в пещеристом теле [52]. Возможно, что улучшение эректильных функций при сахарном диабете после введения МСК связано с дифференцировкой последних в эндотелиоциты, восстановлением эндотелия и улучшением микроциркуляции [53].

M.L. Quaade с соавт. [54] напрямую сравнили МСК жировой ткани от крыс с сахарным диабетом 2-го типа (Goto-Kakizaki) и от недиабетических животных дикого типа соответствующего возраста. Несмотря на то, что МСК при диабете имели несколько более низкую скорость пролиферации, протеомы обеих линий МСК были почти идентичны, и после инъекций в пещеристое тело эти МСК были одинаково эффективны в восстановлении эректильной функции у крыс после двустороннего повреждения кавернозного нерва. Молекулярный анализ тканей пещеристого тела показал, что у крыс, получавших МСК была повышена индукция генов, участвующих в восстановлении эндотелия. Скорее всего, диабет 2-го типа не является лимитирующим фактором для терапии аутологичными МСК жировой ткани при коррекции эректильной дисфункции.

Внеклеточные везикулы, секретируемые МСК, представляют собой новую медицинскую платформу для лечения эректильной дисфункции благодаря их способности содержать биоактивные вещества (miR, белки, ростовые факторы и др.) и воздействовать на поврежденные ткани. Везикулы повышают содержание гладкомышечных клеток и улучшают их соотношение с коллагеном. Анализ результатов применения экстраклеточных везикул не выявил существенных различий между их источниками: МСК различного происхождения. Также не было разницы в эффектах везикул при различных причинах эректильной дисфункции: сахарный диабет или повреждение кавернозного нерва. Ограничения исследований связаны с небольшими размерами выборки и короткими периодами наблюдений. Будущие исследования должны отдавать приоритет трансляции в клинику и стандартизированным протоколам получения внеклеточных везикул [55]. У крыс SpragueDawley после индукции диабета стрептозоцином экспрессия α-SMA была снижена, а экспрессия остеопонтина - повышена. После интракавернозного введения экзосом МСК наблюдали улучшение эректильной функции, особенно выраженное в группе с применением везикул, обогащенных miR-200a-3p. Такие экстраклеточные везикулы обратили указанные изменения, ингибировали потерю гладких мышц и развитие кавернозного фиброза [56].

Все публикации, описывающие влияние МСК на эректильную дисфункцию, свидетельствуют о высокой эффективности данного метода терапии. МСК и их экзосомы оказывают выраженное действие при нарушениях эрекции при повреждении кавернозного нерва во время простатэктомии в клинике и в экспериментах на животных, при травмах спинного мозга, сахарном диабете и других микрососудистых патологиях. Трансплантация МСК может улучшить эректильную дисфункцию за счет увеличения продукции паракринных факторов роста, можно отметить восстановление сосудистых повреждений и усиление экспрессия VEGF, регенерацию гладких мышц и нейрональных клеток, ингибирование образования воспалительных цитокинов, уменьшение выраженности фиброза и снижение апоптоза. Также не исключено, что улучшение эректильных функций после введения МСК связано с дифференцировкой последних в эндотелиоциты, восстановлением эндотелия и улучшением микроциркуляции. Самым действенным методом проведения клеточной терапии являются интракавернозные инъекции, возможно, что высокая эффективность лечения и быстрое терапевтическое действие при таком способе введения связаны с повышением чувствительности рецепторов к другим веществам.

 

Влияние мультипотентных стволовых клеток на нарушение структуры и функций тестикулярного аппарата

Повреждение яичек, вызванное перекрутом, ишемия/реперфузия после деторсии может привести к резкому нарушению сперматогенеза, мужской субфертильности и даже бесплодию, это – ургентная ситуация, требующая немедленной операции. Терапия МСК является альтернативой для смягчения повреждения тканей яичек и стимуляции сперматогенеза [57-59].

1. L. Zhou с соавт. [57] моделировали у крыс перекрут яичка и местно вводили стромально-васкулярную фракцию, выделенную из жировой ткани, без культивирования in vitro. Гистопатологические результаты показали тяжелую травму яичек без лечения, в то время как фракция уменьшила степень повреждения. Введенные в составе фракции клетки, меченные липофильным флюорохромом хлорметилбензамидодиалкилкарбоцианином (chloromethylbenzamidodialkylcarbocyanine), в основном были интегрированы в интерстициальную область и семенные канальцы. Произошло усиление секреции bFGF и SDF в яичках, снизился уровень малонового диальдегида, восстановился гормональный гомеостаз и сперматогенез, также было менее выражено повреждение клеток Лейдига и половых клеток.

У взрослых крыс после перекрута яичка (ишемии) на 2 часа и деторсии (реперфузия) значительно возросли экспрессии белков окислительного стресса, митохондриальных повреждений, характерных для апоптоза, показателей воспаления (матриксная металлопротеиназа-9 и CD68) и фибротических биомаркеров (TGF-β/SMAD3). При сочетанном применении МСК жировой ткани и мелатонина указанные показатели были самыми низкими: меньше, чем при введении только МСК или только мелатонина. Количество клеток Сертоли, α-тубулина, адрогеновых рецепторов и виментина, а также ширина семенных канальцев изменились в противоположном направлении [58].

1. M. Ramesh с соавт. [59] оценивали защитные эффекты факторов, секретируемых МСК амниотической мембраны человека, на конденсацию хроматина сперматозоидов мышей и улучшение сперматогенеза после ишемически-реперфузионного повреждения яичка. Среднее количество сперматогенных и миоидных клеток, клеток Лейдига и Сертоли, параметры сперматогенеза, а также высота герминального эпителия и диаметр семенных канальцев значительно снизились после ишемически-реперфузионной травмы, а увеличились - толщина базальной мембраны и процент сперматозоидов с избыточным гистоном. Факторы, секретируемые МСК, после интратестикулярной инъекции в значительной степени восстановили нормальную конденсацию хроматина сперматозоидов, параметры сперматогенеза и гистоморфометрическую организацию семенных канальцев.

80 пациентов с необструктивной азооспермией разделили на тех, кто получал лечение аутологичными МСК костномозгового происхождения непосредственно в канальцевую сеть яичек микрохирургическим инструментарием (n=40), и тех, кому проводили гормональную терапию: контроль (n=40). Через полгода после клеточной терапии было выявлено значительное улучшение, включая регенерацию семенных канальцев, увеличение уровня тестостерона и ингибина B (вырабатывается в фолликулах яичников у женщин и клетками Сертоли у мужчин, является маркером фолликулярного резерва у женщин и сперматогенеза у мужчин), повышение концентрации сперматозоидов и снижение уровней пролактина, фолликулостимулирующего и лютеинизирующего гормонов. Примечательно, что у 9 пациентов (22,5%) с вторичным бесплодием и азооспермией до лечения, предложенный подход дал успешные результаты, о чем свидетельствуют изменения гормонального профиля. Кроме того, было обнаружено взаимодействие между белковыми компонентами экзосом этих МСК и рецепторами, необходимыми для сперматогенеза [60].

Ишемически-реперфузионная повреждение тестикулярного аппарата может привести к нарушению сперматогенеза и явиться причиной мужского бесплодия. Применение МСК, согласно мнению всех исследователей, может уменьшить степень повреждения структур и тканей яичек и сохранения или, в случае недостаточности, даже стимуляции сперматогенеза с восстановлением гормонального статуса. Такой эффект МСК, скорее всего, связан с ингибицией воспалительного процесса и фиброза.

 

Мультипотентные стволовые клетки как причина урологических осложнений

После применения клеточной терапии в клинических условиях, в основном, для лечения мужской сексуальной дисфункции были обнаружены только легкие преходящие нежелательные явления в местах донорства или введения МСК: в основном, со стороны кожи полового члена. Только в 1 случае был зарегистрирован приапизм. Тяжелых побочных эффектов описано не было [10, 28, 29, 35, 43-46, 60-64].

 

Заключение

Таким образом, клеточная терапия снижает выраженность почечной недостаточности вследствие ишемии/реперфузии органа или гипероксалурии в эксперименте. Также в экспериментальных и клинических исследованиях показана эффективность МСК для коррекции НМ, а также функциональных расстройств мочевого пузыря при сочетании постменопаузы с метаболическим синдромом и при повреждениях спинного мозга, причем в последнем случае при использовании не только в месте травмы, но и в самом пузыре. Экстраклеточные везикулы, продуцируемые МСК, оказались эффективными при инфравезикальной обструкции и уменьшали повреждение почек. В качестве альтернативного подхода появились методы тканевой инженерии для цистопластики и лечения стриктур уретры, когда перед вмешательством МСК адсорбируют на различных трансплантатах. МСК и их экзосомы оказывают выраженное действие при эректильной дисфункции вследствие повреждений кавернозного нерва во время простатэктомии в клинике и в экспериментах на животных, при травмах спинного мозга, сахарном диабете и других микрососудистых патологиях, самым действенным методом проведения клеточной терапии при нарушениях эрекции являются интракавернозные инъекции. Применение МСК для лечения ишемически-реперфузионных повреждений яичек может уменьшить степень повреждения и сохранить или, в случае недостаточности, даже стимулировать сперматогенез с восстановлением гормонального статуса. Имеются данные об успешном применении МСК для увеличения полового члена, лечения болезни Пейрони и ишемического приапизма. Высокая эффективность клеточной терапии, скорее всего, связана со стимулированием регенерации и ангиогенеза, восстановлением микроциркуляции и иннервации, ингибицией воспалительного процесса и апоптоза, уменьшением повреждения тканей и степени фиброза. Необходимо обратить внимание, что, согласно мнению многих исследователей, только небольшой процент имплантированных МСК остается жизнеспособным и дифференцируется в гладкомышечные и эндотелиальные клетки, основной эффект МСК, наиболее вероятно, обусловлен паракринным действием. В качестве осложнений клеточной терапии можно отметить, что после применения МСК в клинических условиях были обнаружены только легкие преходящие нежелательные явления в местах донорства или введения МСК, тяжелые побочные эффекты не выявлены.

About the authors

Igor Maiborodin

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Novosibirsk Medical and Dental Institute Dentmaster

Author for correspondence.
Email: imai@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8182-5084
SPIN-code: 8626-5394

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Chief Research Fellow, Laboratory of Invasive Medical Technologies; Vice-Rector

Russian Federation, 8, Akademika Lavrent'eva St., Novosibirsk, 630090, Russia; 12/3, Nikolaeva St., Novosibirsk, 630090, Russia

Anton Tsukanov

Omsk State Medical University

Email: autt@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3497-5856
SPIN-code: 9310-1220
http://omsk-osma.ru/vracham-i-provizoram/centr-povysheniya-kvalifikacii-i-professional-noy-perepodgotovki-specialistov/kafedry-i-kursy-dpo/hirurgicheskih-bolezney-i-urologii-dpo/sotrudniki-kafedry

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Head of the Department of Surgical Diseases and Urology of Additional Professional Education

Russian Federation, 12, Lenina St., Omsk, 644099, Russia

Gennadiy Yurievich Yarin

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: gennadiyyarin@gmail.com
SPIN-code: 7560-2751

MD, Cand. Sci. (Medicine), Junior Research Fellow

8, Akademika Lavrenteva St, Novosibirsk, 630090, Russia

Boris Sheplev

Novosibirsk Medical and Dental Institute Dentmaster

Email: shepa@icloud.com
ORCID iD: 0009-0008-4140-3531
SPIN-code: 9905-4138

MD, Dr. Sci. (Medicine), Rector

Russian Federation, 12/3, Nikolaeva St., 12/3, Novosibirsk, 630090, Russia

Andrey Shevela

Institute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: ashevela@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3164-9377
SPIN-code: 5674-1975

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor, Deputy Director for Science, Head of the Laboratory of Invasive Medical Technologies

Russian Federation, 8, Akademika Lavrent'eva St., Novosibirsk, 630090, Russia

References

Supplementary files