---

Гемопоэтические стволовые клетки

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) – особый вид клеток костного мозга, которые запускают процесс кроветворения и дают начало мезенхимным, миелоидным, лимфоидным и эмбриональным стволовым клеткам. Их также называют гемоцитобластами, а их предшественниками являются прегемангиобласты и гемангиобласты, сформированные из мезодермы эмбриона. В процессе дифференцирования и созревания они могут трансформироваться в тромбоциты, лейкоциты, эритроциты. При наличии рака, гематологических заболеваний или генетических нарушений ГСК, полученные от донора, используются для нормализации работы кроветворной системы и улучшения состояния пациента.

Особые свойства

Гемопоэтические стволовые клетки костного мозга отличаются способностью активировать создание как лимфоидных, так и миелоидных клеток, а именно:

• макрофагов и моноцитов;
• базофилов, нейтрофилов и эозинофилов;
• мегакариоцитов;
• эритроцитов;
• миелоидных дендритных клеток;
• B  и Т-лимфоцитов;
• лимфоидных дендритных клеток;
• NK- лимфоцитов. 

Одновременно с этим, из ГСК не могут формироваться структурные элементы различных органов и тканей, включая головной или костный мозг. 

За счет широкого спектра вариаций для дифференцировки их называют универсальными, при этом последние исследования показывают, что:

• дифференцирование не проходит по стандартной схеме – ГСК имеют способность к обратной трансформации (полной или частичной);
• даже во взрослом возрасте в организме присутствует определенный запас гемопоэтических клеток, которые задействуются по мере необходимости, в том числе путем обратной дифференцировки.

Также гемоцитобласты обладают способностью к неограниченному количеству самообновлений, то есть могут делиться до момента окончательного дозревания. Их размножение происходит ассиметрично, что увеличивает длительность процесса и позволяет сохранять на протяжении всей жизни определенный уровень генерации массы клеток системы кроветворения. 

Кроме того, их можно получать из разных источников, что открывает массу вариантов для применения в медицинских целях для оказания помощи пациентам с раком крови и другими заболеваниями.  

Структура и строение

Рассматривая ГСК с морфологической точки зрения, можно обозначить следующие особенности:

• визуальную схожесть с лимфоцитами за счет наличия округлого ядра;
• отсутствие адгезивности;
• незначительное соотношение цитоплазмы к ядру.

На функциональное состояние влияет совокупность факторов, основные из которых: SDF-1, TGF-β, SCF и соотношение апо- и протопических белков (Notch и Bcl2). В свою очередь, дифференцировка и поддержание уровня ГСК зависят от GATA-1/PU.1, Ikaros, Bmi-1 и C/EBPα. Совокупно перечисленные факторы обеспечивают гемопоэз и способность созданных клеток к восстановлению, размножению и дифференцированию либо пребыванию в состоянии покоя. При развитии инфекционных заболеваний либо в случае серьезных травм дифференцировка чаще всего начинает проходить по миелоидному пути, повышая риск развития онкологии.



Если говорить о специфических маркерах для гемопоэтических стволовых клеток, то к ним относятся:  CD34, CD14, CD11b, CD34, CD79a, HLA-DR, CD19, CD45. При этом сами ГСК стимулируют синтез SCF, интерлейкинов 11, 7 и 8. 

Основываясь на результатах последних исследований, можно говорить о том, что ГСК нельзя идентифицировать как единую гомогенную популяцию. Это совокупность разных клеток, которые отличаются по зрелости, времени жизни, регенерационным способностям, профилю генной экспрессии и заложенной изначально эпигенетической программе дифференцировки. По соотношению количества миелоидных и лимфоидных клеток ГСК разделяют на следующие классы: My-bi, Ly-bi и Bala. 

Расположение и источники получения

Максимальная концентрация ГСК наблюдается в костном мозге, а точнее, в его строме, где и происходит дифференцирование предшественников в клетки крови иммунной системы. В дополнение к этому там присутствует определенных запас МСК, необходимый, чтобы поддерживать гемопоэтические клетки в недифференцированном состоянии. Ежедневно происходит синтез свыше 500 млрд. эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и т.д. 

ГСК локализуются в красном костном мозге в губчатых тканях:

• грудной клетки;
• бедренной кости; 
• области таза.

В дополнение к этому их присутствие фиксируется в незначительном количестве в периферической, плацентарной и пуповинной крови. Поэтому при пересадке костного мозга задействуют ГСК доноров с предварительной стимуляцией их усиленной выработки. Трансплантация гемопоэтических стволовых клеток предполагает использование биоматериала из  подвздошной кости или грудины. Забор делается шприцом и иглой, при этом клетки могут браться в разном виде:

• жидкости;
• части костномозговой ткани;
• вместе со стромой, сосудами и костью.

История изучения

По-настоящему активное изучение структуры, свойств ГСК и технологий их трансплантации происходит на протяжении последних 50 лет, однако об их существовании известно было еще в начале прошлого столетия. Именно гемопоэтические клетки подразумевал в своей трактовке стволовых клеток А. А. Максимов в 1908 году – именно ему принадлежит авторство данного термина.

Последующие исследования создали почву для появления идеи о лечении путем пересадки костного мозга от здорового донора реципиенту. Изначально метод стал объектом военных исследований, но постепенно им заинтересовались и обычные ученые. Наиболее весомый вклад внесли:

• Эдвард Доннел Томас, возглавивший команду ученых центра Fred Hutchinson Cancer Research Center – вместе с коллегами он доказал возможность распространения по организму и дифференцировки пересаженных ГСК;
• Жорж Мате – французский врач-онколог, который первым в Европе в 1959 году провел неродственную трансплантацию 5 работникам атомной электростанции в Югославии, пострадавшим в результате аварии и получившим огромную дозу радиации. В результате четверо выздоровели, а спустя два года у одной из женщин родился здоровый ребенок;
• Роберт Гуд, который первым в мире в 1968 году пересадил костный мозг пятилетнему ребенку, и на 2003 годы тот был жив и смог стать отцом;
• Шерли Нолан – создатель первого реестра доноров, который был основан в Лондоне в 1973 году и уже через пару лет содержал информацию о более чем 18 млн. добровольцах;
• С. Кнудтзон – датский ученый, которому в 1974 году удалось доказать присутствие в пуповинной крови таких же ГСК, как в костном мозге;
• Джон Керси – американский специалист, который первым использовал метод трансплантации для лечения лимфомы.

Пересадку ГСК с 1970-х годов делают тысячам пациентов, а в США в 1990 году впервые была проведена трансплантация пуповинной крови.  Затем аналогичные процедуры стали проводить в Польше и Японии (с 1994 года), Португалии (с 1996 года) и по всему миру. В 2003 году были презентованы результаты исследований PNAS USA, доказывающие, что при нахождении в жидком азоте ГСК сохраняют изначальные свойства в течение 15 лет, а затем этот факт подтвердили и в отношении биоматериала, хранимого в течение 24 лет.

В год на планете проводят примерно 50-60 тысяч пересадок гемопоэтических стволовых клеток, что спасает жизни пациентам с разными видами онкологических, иммунных и иных заболеваний.

Применение гемопоэтических клеток

Способность ГСК к неограниченному делению позволяет получать из небольшого исходного материала множество «дочерних» клеток, которые могут в дальнейшем превращаться в разные клетки крови. Благодаря инновационным технологиям есть возможность делать забор биологического материала и вводить его в рамках лечебного курса пациентам, которые страдают от:

• злокачественной лимформы;
• апластической анемии;
• хронического миелолейкоза и острого лейкоза;
• тяжелых аутоиммунных нарушений;
• определенных видов солидных новообразований, таких как нейробластома, множественная миелома, рецидивирующая опухоль Вильмса или саркома Юинга;
• гемоглобинопатий;
• аномалий обмена веществ и иммунодефицитов врожденного характера. 

В зависимости от источника получения гемопоэтических стволовых клеток трансплантация может быть:

1. Алогенной – берутся клетки от члена семьи либо другого донора с высокой степенью совместимости. Если задействуется костный мозг однояйцевого близнеца, то такая пересадка называется сингенной. 
2. Аутологической, когда забор делают у самого больного и вводят клетки ему обратно после специальной обработки. 

Процедура может проводиться на разных этапах борьбы с болезнью: во время частичной либо полной ремиссии, при наступлении рецидива, если опухоль чувствительна к химиотерапевтическому лечению. Если пациент имеет первичную резистентность либо проходит курс приема цитостатиков, то эффективность терапии небольшая. 

Суть трансплантации заключается во внутривенном введении биоматериала с целью дальнейшего распространения и дифференциации клеток в эритроциты, лейкоциты, тромбоциты и т.д. В процессе «заселения» костного мозга реципиент находится под контролем врачей в стерильных условиях. Лечение может предполагать использование клеток костного мозга, периферической либо пуповинной крови, но последний вариант менее распространен. 

После начала активного применения G-CSF чаще всего процедуру выполняют с использованием стволовых клеток периферической крови. Цитокины вводят в организм для стимуляции деления ГСК и выход их из костного мозга. Забор под общим наркозом путем аспирации, у которого множество противопоказаний и повышенный риск осложнений, сейчас делают крайне редко. 

Пересадка гемопоэтических стволовых клеток

Процесс пересадки происходит следующим образом:

1. Сначала врачам необходимо убедиться в наличии показаний и отсутствии возможности улучшения состояния с помощью других методов. После подтверждения диагноза определяется подходящий донор, которому назначают в индивидуальной дозировке цитотокины для мобилизации синтеза ГСК. 
2. За 1-1,5 недели до пересадки больной начинает проходить кондиционирование – химиотерапию в высоких дозах для уничтожения злокачественных клеток и отключения иммунитета. 
3. В «день 0» пациенту при помощи катетера внутривенно вводят подготовленные продукты крови.
4. На протяжении 2-3 недель организм восстанавливается, гемопоэтические клетки распространяются и приживаются, начинается синтез клеток крови. 
5. Восстановительный период длится минимум полгода (иногда до 12 месяцев) – на скорость выздоровления влияет тяжесть диагноза, возраст, соблюдение врачебных рекомендаций. 

Основные требования к донору 

Пересадка гемопоэтических стволовых клеток при своевременном и грамотном выполнении способна спасти жизнь пациенту и пройти с минимальными рисками для обоих участников процесса. Но из 1430 кандидатов на пересадку по данным WMDA реальным донором удается стать только одному.

Базовый список требований сравнительно небольшой. Чтобы стать претендентом, необходимо:

• быть совершеннолетним, но не старше 55 лет;
• не иметь в анамнезе туберкулеза, гепатита С либо В, малярии, онкологии, психических нарушений;
• получить отрицательный результат теста на ВИЧ;
• ощущать готовность добровольно отдать ГСК и придерживаться рекомендаций врачей в период подготовки, проведения операции и на этапе реабилитации;
• пройти HLA-типирование – анализ крови из вены.

Но в дополнение к этому нужно иметь высокий процент совместимости с конкретным пациентом, и именно на данном этапе возникают проблемы. Общемировой базы нет, поэтому большинству пациентов приходится заниматься поиском самостоятельно в разных странах и нести все сопутствующие расходы по организации лечения.