Перепрограммирование клеток для лечения болезни Паркинсона: что показывает новейшая наука

Оглавление

• Ключевые моменты
• Что такое болезнь Паркинсона?
• Текущие методы лечения и их ограничения
• Ранняя клеточная заместительная терапия: уроки, полученные от фетальной ткани
• Новый источник для трансплантации: человеческие органоиды среднего мозга
• Как работает клеточное перепрограммирование
• Подготовка и очистка клеток
• Сохранение перепрограммированных клеток
• Выживаемость трансплантированных клеток
• Заставляем клетки созревать до нужного типа
• Прямое перепрограммирование клеток: превращение клеток непосредственно в мозге
• Выбор наилучших исходных клеток
• Сводка ключевых научных исследований
• Клинические последствия для пациентов
• Ограничения исследования
• Рекомендации и перспективы
• Часто задаваемые вопросы
• Источник информации

Ключевые моменты

• Болезнь Паркинсона характеризуется прогрессирующей потерой дофаминергических нейронов; существующие препараты и глубокая стимуляция мозга облегчают симптомы, но не влияют на прогрессирование заболевания.
• В 2018 году пациентам с болезнью Паркинсона были имплантированы дофаминергические предшественники, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), — это было первое подобное клиническое исследование; терапия остается экспериментальной.
• Остатки недифференцированных плюрипотентных стволовых клеток могут образовывать опухоли, поэтому перед трансплантацией необходима их очистка; долгосрочное выживание графтов низкое.
• Кажется, что только дофаминергические нейроны типа A9 способны надежно восстановить двигательную функцию; многие пересаженные нейроны никогда не созревают до этого подтипа.
• Прямая репрограммирование астроцитов in situ могло бы избежать трансплантации, но существует мало исследований на приматах, поэтому исходы у людей остаются неопределенными.

Что такое болезнь Паркинсона?

Болезнь Паркинсона (БП) — это нейродегенеративное заболевание, означающее, что оно сопровождается прогрессирующей потерей клеток мозга с течением времени. Его отличительной чертой является дегенерация дофаминергических нейронов (DAN) — клеток мозга, вырабатывающих дофамин, химический посредник, помогающий контролировать движение, — в области мозга, называемой черная субстанция pars compacta.

Эти дофаминергические нейроны являются частью цепи, известной как нигростриарный путь. Когда эти клетки погибают, уровень дофамина в более глубокой области мозга, называемой стриатумом, падает. Это нарушает передачу сигналов в базальных ганглиях, группе структур, регулирующих движение и позу.

В результате возникает набор характерных двигательных симптомов:

• Тремор в покое (дрожание, возникающее, когда мышцы расслаблены)
• Мышечная ригидность (скованность)
• Брадикинезия (замедление движений)
• Нестабильность позы (трудности с балансом)

По мере прогрессирования заболевания пациенты могут потерять способность самостоятельно ходить. На поздних стадиях многие длительное время находятся в постели, что резко снижает их качество жизни и способность заботиться о себе в повседневной деятельности.

Существующие методы лечения и их ограничения

Сегодня врачи в основном лечат БП двумя методами: медикаментозной терапией и электрической стимуляцией. Медикаментозная терапия, такая как леводопа, направлена на повышение уровня дофамина в мозге. Глубокая стимуляция мозга (DBS) использует имплантированные электроды для подачи электрических импульсов в определенные области мозга.

В последнее время исследователи экспериментировали с электрической стимуляцией, предназначенной для усиления собственного производства мозгом нейротрофических факторов — естественных белков, поддерживающих выживание нейронов, — чтобы замедлить потерю дофаминергических нейронов в черной субстанции.

У этих методов лечения есть критическое ограничение. Они могут лишь временно облегчить симптомы; они не изменяют основное прогрессирование заболевания. По мере продвижения БП дозы препаратов должны увеличиваться, а реакция на лечение постепенно снижается. Из-за этих ограничений исследователи обратились к другой идее: полной замене утраченных дофаминергических нейронов.

Ранняя терапия заменой клеток: уроки, полученные из фетальной ткани

Первые попытки терапии заменой использовали ткань вентральной средней доли мозга человека (fVM) — эмбриональной области мозга, где формируются дофаминергические нейроны, — в качестве источника донорских клеток.

Эти ранние трансплантации дали неоднозначные результаты. У многих пациентов, получивших графты, развилась дискинезия (непроизвольные неконтролируемые движения). Исследователи связали это с двумя проблемами: трансплантированная ткань высвобождала дофамин несбалансированным образом и имела ограниченную способность к интеграции в нейронные цепи мозга реципиента.

К другим серьезным проблемам относятся:

• Иммунное отторжение трансплантированной ткани (ксенографт-отторжение, поскольку ткань была получена из другого источника)
• Загрязнение другими типами нейронов, такими как серотонинергические нейроны (клетки, вырабатывающие серотонин), что еще больше усложняло терапию
• Низкая чистота полученных дофаминергических нейронов, что означало: одному пациенту часто требовалась ткань от нескольких прерванных беременностей — это является серьезным препятствием для стандартизации лечения и его широкого применения
• Этические вопросы, связанные с происхождением ткани

Исследователи также отметили, что стадия прогрессирования заболевания у каждого пациента влияла на эффективность альтернативных методов лечения, добавляя еще один уровень сложности.

Новый источник графтов: органоиды средней доли мозга человека

В последние годы ученые разработали альтернативный источник графтов: органоид средней доли мозга человека (hMO). Органоид — это миниатюрное трехмерное скопление клеток, выращенное в лаборатории, которое имитирует некоторые аспекты реальной ткани.

hMO получают из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) — взрослых клеток, которые были перепрограммированы в гибкое состояние, подобное состоянию стволовых клеток. Он выращивается в условиях 3D-культуры и объединяет преимущества графтов из фетальной ткани и двухмерных культур дофаминергических клеток.

Это привело исследователей к мысли рассматривать hMO как потенциально безопасный и эффективный донорский источник для клеточной терапии болезни Паркинсона.

Как работает клеточное перепрограммирование

Клеточное перепрограммирование означает превращение клетки из одного типа (линии) в другой. В стандартном подходе ученые преобразуют обычные соматические клетки тела в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, заставляя их сверхэкспрессировать четыре белка, известных как факторы Яманаки: Oct3/4, Sox2, Klf4 и c-Myc (часто сокращенно OSKM). После перепрограммирования эти iPSC можно направить на дифференцировку (специализацию) в любой нужный тип клеток.

История этой области уходит корнями более чем на 60 лет назад. В 1962 году Дж. Б. Гурдон впервые успешно перепрограммировал соматические клетки обратно в плюрипотентно-подобное состояние. Десятилетия спустя Яманака выявил ключевые факторы, делающие это возможным, что стало настоящим прорывом для технологии iPSC.

Примерно в то же время Р. Л. Дэвис и коллеги обнаружили, что сверхэкспрессия одного белка под названием MyoD может напрямую превращать фибробласты (клетки соединительной ткани) в миобласты (клетки-предшественники мышц). Это было ключевым открытием: оно показало, что линейно-специфичные транскрипционные факторы — белки, контролирующие включение определенных генов, — иногда сами по себе достаточны для изменения судьбы клетки.

Вместе эти открытия открыли путь к решению трех давних проблем в терапии дофаминергическими нейронами: ограниченного запаса человеческих дофаминергических нейронов, иммунного отторжения и этических вопросов.

Однако создание дофаминергических нейронов из стволовых клеток далеко не просто. Оно сталкивается с несколькими препятствиями:

1. Низкая выживаемость трансплантированных клеток в живой ткани
2. Нестабильные или неправильно сформированные дофаминергические нейроны, полученные из человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESC)
3. Низкая чистота перед трансплантацией
4. Риск образования опухолей из оставшихся недифференцированных плюрипотентных клеток
5. Существующие этические вопросы, связанные с использованием hESC

Подготовка и очистка клеток

Для превращения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) в дофаминергические нейроны ученые используют тщательно выверенный химический протокол. Сначала применяется метод двойного ингибирования SMAD, который использует ноггин (антагонист BMP, то есть вещество, блокирующее определенный сигнальный путь) и малую молекулу SB431542 (ингибитор сигнального пути TGFβ). Это значительно повышает эффективность нейральной индукции (направления клеток по пути становления нервными клетками).

Затем в среде питания, называемой N2 medium, с помощью комбинации BDNF, аскорбиновой кислоты, SHH и FGF8 запускается формирование дофаминергического паттерна. Далее созревание происходит в присутствии BDNF, аскорбиновой кислоты, GDNF, TGFβ и цАМФ.

Исследователи многократно совершенствовали этот протокол. П. Статакос и коллеги определили монослойный протокол превращения человеческих iPSC в дофаминергические нейроны среднего мозга (mDA). Они обнаружили, что FGF8 не увеличивает долю клеток среднего мозга, но повышение концентрации GDNF и соединения под названием DAPT (до 20 нг/мл и 10 мкМ соответственно) приводит почти к двукратному увеличению количества TH-положительных дофаминергических нейронов. TH расшифровывается как тирозингидроксилаза — фермент, маркирующий функционирующие дофаминергические клетки.

Чанда и коллеги сделали смежное открытие: одного лишь транскрипционного фактора Ascl1 было достаточно для превращения эмбриональных стволовых клеток в дофаминергические нейроны у мышей и людей. Добавление Nurr1 и Lmx1a не увеличило долю TH-положительных клеток, но два нейротрофических фактора — BDNF и GDNF — были необходимы для успешной индукции.

Испытания на приматах нечеловеческого вида помогают преодолеть разрыв между моделями на грызунах и клиническими испытаниями на людях. Исследования показали, что трансплантация дофаминергических предшественников, полученных из hiPSC, способна восстановить уровень дофамина в стриатуме и способствовать восстановлению моторных функций как в моделях болезни Паркинсона на грызунах, так и на приматах. В 2018 году ученые из Университета Киото (Япония) впервые имплантировали iPSC-производные дофаминергические предшественники в мозг пациентам с болезнью Паркинсона.

Остаются две основные проблемы: обеспечение безопасности трансплантируемых клеток и достижение их долгосрочного выживания, а также реконструкции нейронных цепей и восстановления функции. Трансплантация неполностью паттернированных клеток несет риск образования опухолей, поэтому очистка перед трансплантацией имеет решающее значение.

Используются две стратегии: обогащение целевых клеток и устранение нежелательных (особенно плюрипотентных). Изначально ученые сортировали клетки по поверхностным маркерам дофаминергических нейронов с помощью проточной флуоресцентной цитометрии или иммуномагнитных микросфер.

В 2018 году Фати и коллеги выявили новые маркеры — белки GAP43, GSK3β и VIM, а также поверхностные маркеры CNTN2, FLOT2, CALB2 и APMAP, которые можно использовать для эффективной сортировки и очистки клеток. Другие подходы включают:

• Малые молекулы, такие как кверцетин и ингибиторы γ-секретазы (GSIs), блокирующие сигнальный путь Notch в дофаминергических клетках-предшественниках
• "Ген самоубийства" (тимидинкиназа, ассоциированная с циклином D1), введенный в линии iPSC/hESC, позволяющий селективно уничтожать трансдуцированные клетки с помощью генной терапии, активируемой пролекарством
• Оптимизация дифференцировки iPSC с использованием ДНК-сшивающего агента митомицина С (MMC)
• Адъювантная лучевая терапия после трансплантации
• Дизайнерские рецепторы, используемые в качестве поверхностных маркеров клеток, с моноклональными антителами для селективного устранения специфических клеток

В 2022 году Фудзита и коллеги создали особенно мощную систему очистки. Она использует переключатели miRNA-ON и -OFF, кодирующие Bn (смертельный рибонуклеазу, убивающую клетки путем деградации РНК) и его ингибирующий белок Bs, что позволяет точно контролировать выживание определенных клеток — достигая очень высокой степени очистки клеток.

Сохранение репрограммированных клеток

После создания идеальных дофаминергических нейронов их необходимо хранить для доставки большому числу пациентов. Это ставит два вопроса: как эффективно замораживать клетки и как обеспечить их выживание после разморозки с сохранением исходных характеристик.

Исследователи подходят к этой задаче с двух сторон. Во-первых, они выбирают правильную форму для замораживания — либо суспензию отдельных клеток, либо агрегаты нейросфер (скопления клеток). Во-вторых, они оптимизируют протокол замораживания, включая скорость разморозки, плотность клеток, объем замораживания и тип флакона (материал и толщина).

Нольбрант и коллеги обнаружили, что дофаминергические клетки-предшественники, полученные из эмбриональных стволовых клеток и замороженные в виде суспензии отдельных клеток, имели 60% уровень выживаемости в мозге после трансплантации. Заморозка клеток в виде агрегатов или нейросфер обеспечивала более высокую жизнеспособность после трансплантации, сохраняла трехмерную структуру донорских клеток и была проще в обращении, однако заморозка агрегатов более сложна и требует сочетания с оптимальным протоколом.

Хирамацу и коллеги протестировали шесть клинических криопротекторов (веществ, защищающих клетки во время замораживания) и исследовали шесть различных условий охлаждения. Они обнаружили, что среда Bambanker hRM в сочетании с протонным криостатом оказалась наиболее эффективной для дофаминергических нейросфер, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. После разморозки клетки демонстрировали хорошую жизнеспособность — включая способность формировать нейриты (ветвящиеся отростки нейронов) — и имели те же специфические для дофамина маркеры, секрецию дофамина и электрофизиологическую активность, что и свежеприготовленные клетки. Одно ограничение: созревание размороженных агрегатов было задержано в организме.

Выживаемость трансплантированных клеток

Необходимо тщательно учитывать долгосрочное развитие, созревание и выживание пересаженных клеток. Опора исключительно на оценки краткосрочной выживаемости может привести к неверной оценке истинного терапевтического эффекта.

Брот и коллеги превратили человеческие фибробласты в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки с помощью мРНК-репрограммирования, а затем трансплантировали дофаминергические нейроны, полученные из этих клеток, в компактный отдел черной субстанции (SNpc) мышей с моделью болезни Паркинсона. Затем они провели комплексное однолетнее наблюдение.

Результаты оказались показательными. Хотя трансплантация в черную субстанцию восстановила дегенерирующий стриатный путь и индуцировала функциональное восстановление, количество дофаминергических нейронов, погибших в результате апоптоза (программируемой клеточной гибели), постепенно снижалось с течением времени. Доля пересаженных клеток, находящихся в состоянии пролиферации (деления), была низкой и значительно снизилась с 1 до 12 месяцев после трансплантации (1–12 MPT).

На 6-м месяце после трансплантации только 1,3% клеток находились в состоянии пролиферации, и все они принадлежали к предшественникам глиальных клеток (поддерживающие клетки, а не нейроны). Исследование также впервые показало, что незрелые нейроны все еще присутствовали в трансплантате на 12-м месяце после трансплантации.

Одним из ключевых факторов, влияющих на эффективность трансплантации, является стадия развития используемых клеток. Исследования показывают, что трансплантация клеток от поздней стадии дна среднего мозга до зрелой стадии дофаминергических нейробластов среднего мозга — или ранних дофаминергических нейронов — значительно улучшает развитие трансплантата. Эти стадии лучше поддерживают иннервацию связанных с дофамином мишеней, увеличивают иннервацию и помогают восстановить двигательные дефекты.

Созревание клеток в нужный тип

Не все дофаминергические нейроны одинаково полезны. Исследования показывают, что при разрушении стриатных нейронов хозяина выживаемость дофаминергических нейронов внутри трансплантата снижается. Это соответствует выводам Брота и коллег: изменения в пути дофаминергических волокон привели к уменьшению количества подпопуляций A9 дофаминергических нейронов — клеток, критически важных для восстановления двигательной функции, — в то время как субпопуляция A10 увеличилась. Значительная часть трансплантированных дофаминергических нейронов вообще не созрела ни в один конкретный подтип.

Это означает, что исследователи должны отслеживать не только долгосрочную выживаемость, но и то, созревают ли трансплантированные нейроны в подпопуляцию A9, которая вносит наибольший вклад в восстановление двигательной функции.

Используя оптимальные физические, химические и развивающие сигналы, исследователи разработали эффективный и надежный лабораторный метод, называемый методом «споттинга». Этот метод позволяет получать дофаминергические нейроны среднего мозга из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, которые демонстрируют типичную экспрессию генов и электрические характеристики подпопуляции A9. При трансплантации в стриат крыс с моделью болезни Паркинсона, вызванной 6-OHDA (химическая модель), трансплантаты восстановили двигательные дефекты.

Чтобы увеличить долю клеток A9, исследователи попробовали несколько подходов:

• Сверхэкспрессия Lmx1a: Используя лентивирусные векторы для стимуляции экспрессии Lmx1a, Санчес-Данес и коллеги показали, что более 60% нейронов hESC, полученных с помощью инженерии Lmx1a, были подпопуляцией A9. Сверхэкспрессия Lmx1a также увеличила долю A9 в дофаминергических нейронах, индуцированных из плюрипотентных стволовых клеток.
• Комбинированная индукция леводопой: Трансплантация трансплантатов клеток-предшественников дофамина в стриат моделей болезни Паркинсона у крыс с добавлением леводопы увеличила количество клеток, экспрессирующих Girk2 (специфический маркер A9), хотя это не оказало влияния на общее количество дофаминергических нейронов или рост волокон.

Это подчеркивает необходимость индивидуализированных подходов, учитывающих биологические факторы, влияющие на развитие трансплантированных нейронов.

Прямое репрограммирование клеток: превращение клеток внутри мозга

Трансплантация in vitro сталкивается со многими ограничениями: чистота клеток, опухолевая трансформация (потенциал образования опухолей), сохранение, восстановительная активность и выживаемость после трансплантации. Это ставит смелый вопрос: можно ли репрограммировать клетки непосредственно внутри мозга — in situ — в дофаминергические нейроны или даже специфически в нейроны A9?

В 2010 году Фирбухен и коллеги впервые внедрили эту концепцию. Проведя скрининг 19 генов-кандидатов, они выявили комбинацию из трех факторов транскрипции — Ascl1, Brn2 (также известного как Pou3f2) и Myt1l — которая успешно превратила фибробласты мыши в индуцированные функциональные нейроны (iNs) в лабораторных условиях.

Прямая репрограммирование клеток, также называемое прямой трансформацией клеточной линии, репрограммированием линии или транسدифференцировкой, означает прямое превращение соматических клеток в функциональные нейроны без прохождения через состояние плюрипотентных стволовых клеток. По сравнению с индуцированными плюрипотентными стволовыми клетками (iPSC), прямая репрограммирование является более быстрой и эффективной, а также обладает уникальными преимуществами для восстановления тканей, поскольку позволяет осуществлять трансформацию непосредственно в целевой ткани in situ. Она также полностью исключает необходимость обращения с клетками ex vivo, трансплантации и имплантации.

Преимущества включают:

• Короткие циклы индукции клеток
• Высокая эффективность транسدифференцировки
• Меньшее количество этических проблем
• Сниженный риск образования опухолей и иммунного отторжения

Исследователи применяли несколько стратегий репрограммирования:

1. Вирусная доставка специфических факторов транскрипции клеточной линии
2. Малые молекулы, белковые факторы и индукция с помощью препаратов
3. МикроРНК (короткие молекулы РНК, регулирующие активность генов)
4. Наноматериалы для содействия трансформации

Хотя в моделях на грызунах были достигнуты значительные достижения, лишь немногие исследования пытались провести in situ репрограммирование дофаминергических нейронов у приматов, не являющихся людьми, что подчеркивает очевидную необходимость в дополнительных исследованиях в этой области.

Выбор наилучших исходных клеток

Исследователи пытались индуцировать или репрограммировать дофаминергические нейроны из широкого спектра источников клеток, включая:

• Взрослые клетки-предшественники глаза
• Сперматогониальные стволовые клетки человека
• Клетки периферической крови человека
• Эпителиальные клетки амниона
• Стволовые клетки волосяных фолликулов
• Хромаффинные клетки-предшественники
• Мезенхимальные клетки

Важно отметить, что происхождение различных индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC) существенно влияет на их способность к дифференцировке в дофаминергические нейроны на ранних этапах. Для будущего клинического применения исходные клетки должны быть легкодоступными. По этой причине фибробласты и мононуклеарные клетки периферической крови (PBMC) являются наиболее часто изучаемыми источниками.

Для терапии in situ репрограммированием при болезни Паркинсона идеальная целевая клетка должна быть многочисленной, широко присутствовать в головном мозге (включая такие ключевые области, как чёрная субстанция и стриатум) и подходить для репрограммирования. Астроциты — звездчатые поддерживающие клетки головного мозга — являются наиболее подходящими кандидатами по всем этим причинам. При воспалительной реакции в мозге появляется множество реактивных глиальных клеток, и эти реактивные астроциты в месте повреждения являются первичными мишенями для репрограммирования.

Обзор ключевых исследовательских работ

В приведенной ниже таблице обобщены ключевые исследования по трансдифференцировке взрослых клеток в дофаминергические нейроны, показывающие год, исходные клетки, модель организма, сообщаемую эффективность и использованный метод.

iDANs = индуцированные дофаминергические нейроны; iPAD = индуцированные дофаминергические клетки-предшественники; Tuj = маркер нейронов; TH = тирозингидроксилаза (маркер дофаминергических нейронов).

Клинические последствия для пациентов

Эти исследования указывают на будущее, в котором болезнь Паркинсона можно будет лечить путем замены утраченных дофаминергических нейронов — что потенциально позволит остановить или обратить вспять развитие заболевания, а не просто маскировать его симптомы.

Несколько достижений имеют особое значение для пациентов:

• Клинические испытания уже начались. С 2018 года пациентам с болезнью Паркинсона имплантировали дофаминергические клетки-предшественники, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), что перевело эту технологию из области лабораторных теорий в клиническую практику.
• Чистота клеток имеет огромное значение. Новые системы очистки, такие как технология переключения микроРНК 2022 года, позволяют ученым удалять нежелательные клетки, которые могут образовывать опухоли, что является серьезной проблемой безопасности.
• Становятся возможными замороженные препараты «готового к применению» типа. Усовершенствованные методы криоконсервации (замораживания) означают, что дофаминергические нейроны в будущем можно будет хранить и отправлять по почте, как и другие лекарства, делая лечение доступным для гораздо большего числа пациентов.
• Важно нацеливаться на правильный подтип нейронов. Только дофаминергические нейроны типа A9, по-видимому, надежно восстанавливают двигательную функцию. Такие методы, как сверхэкспрессия Lmx1a и совместное лечение леводопой, могут увеличить долю этих критически важных клеток.
• In situ репрограммирование может обойти необходимость хирургического вмешательства. Если ученым удастся преобразовать собственные астроциты пациента непосредственно в дофаминергические нейроны внутри мозга, можно будет полностью избежать трансплантации, иммунного отторжения и этических проблем.

Авторы подчеркивают, что поскольку болезнь Паркинсона сложна, а пациенты сильно различаются друг от друга, будущие методы лечения, вероятно, по-прежнему будут включать традиционные препараты и их усовершенствованные версии — клеточная репрограммирование будет дополнять, а не заменять существующие терапии.

Ограничения исследования

Несмотря на обнадеживающие результаты, остаются несколько важных ограничений. Их понимание помогает скорректировать ожидания и направить будущие исследования.

• Низкая долгосрочная выживаемость. Даже в лучших трансплантатах многие дофаминергические нейроны со временем погибают. В одном исследовании только 1,3% пересаженных клеток продолжали пролиферировать через 6 месяцев, а незрелые нейроны сохранялись целый год после трансплантации.
• Неполное созревание. Значительная часть трансплантированных нейронов никогда не созревает до специфического подтипа A9, необходимого для восстановления моторики.
• Риск образования опухолей. Оставшиеся недифференцированные плюрипотентные клетки могут формировать опухоли, что делает очистку необходимой, но технически сложной задачей.
• Мало исследований на приматах. Большая часть работ по прямой репрограммированию проводилась на грызунах. Лишь немногочисленные исследования тестировали in situ репрограммирование на нечеловеческих приматах, что затрудняет прогнозирование результатов у людей.
• Задержка созревания после замораживания. Оттаявшие нейросферные агрегаты созревают в организме медленнее, чем свежие клетки.
• Разнообразие результатов в зависимости от стадии заболевания. Стадия прогрессирования заболевания у пациента влияет на эффективность клеточной замены, усложняя стандартизацию.

В обзоре также отмечается, что различное происхождение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток может влиять на качество дифференцировки клеток — этот фактор необходимо контролировать перед широким клиническим применением.

Рекомендации и перспективы

На основе выводов обзора для продвижения этой области вперед выделяются несколько приоритетов:

1. Фокус на подтипе A9. Исследователям следует отдавать приоритет методам, которые надежно производят дофаминергические нейроны подтипа A9, поскольку именно эти клетки наиболее ответственны за восстановление движений.
2. Идеальная очистка перед трансплантацией. Удаление всех плюрипотентных клеток необходимо для устранения риска образования опухолей. Наиболее перспективными показывают себя такие техники, как переключатели на основе микроРНК и гены самоубийства.
3. Оптимизация этапа трансплантации. Клетки, трансплантированные на стадии от позднего дна среднего мозга до ранней стадии развития дофаминергических нейронов, выживают и развиваются лучше всего.
4. Улучшение хранения. Продолжение работы над криопротекторами и протоколами замораживания сделает дофаминергические нейроны более практичными для широкого клинического применения.
5. Расширение тестирования на приматах. Больше исследований на нечеловеческих приматах необходимо, прежде чем in situ репрограммирование сможет быть широко протестировано на людях.
6. Учет контекста пациента. Поскольку результаты варьируются в зависимости от стадии заболевания, планы лечения должны быть индивидуализированы.

Для пациентов и их семей сегодня эти исследования действительно вселяют надежду, но все еще остаются экспериментальными. Терапия на основе клеточной репрограммирования пока не является стандартным вариантом лечения. Любой, кто рассматривает возможность участия в клиническом испытании, должен тщательно обсудить риски и преимущества со своим неврологом. Тем временем существующие методы лечения — препараты на основе леводопы, глубокая стимуляция мозга и физиотерапия — остаются стандартом помощи при управлении болезнью Паркинсона.

Часто задаваемые вопросы

Что такое болезнь Паркинсона?

Болезнь Паркинсона — это нейродегенеративное заболевание, при котором дофамин-продуцирующие клетки мозга в чёрной субстанции (pars compacta) постепенно погибают. Это снижает уровень дофамина в стриатуме и нарушает цепи, регулирующие движение, что вызывает тремор в покое, скованность, замедленность движений и проблемы с балансом. На поздних стадиях многие пациенты длительное время находятся прикованными к постели, что снижает качество жизни и независимость.

Почему текущие методы лечения болезни Паркинсона не останавливают заболевание?

Лекарственная терапия, такая как леводопа, повышает уровень дофамина, а глубокая стимуляция мозга использует имплантированные электроды для подачи электрических импульсов. Оба метода могут лишь временно облегчить симптомы; они не изменяют основное прогрессирование заболевания. По мере продвижения болезни Паркинсона дозы лекарств необходимо увеличивать, а реакция на лечение постепенно снижается, поэтому исследователи изучают возможность замены утраченных дофаминергических нейронов.

Проводились ли испытания трансплантации дофаминергических клеток у людей?

Да. В 2018 году ученые имплантировали пациентам с болезнью Паркинсона предшественники дофаминергических клеток, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), что стало первым таким клиническим испытанием на людях. Более ранние попытки использовали ткань вентральной средней доли мозга плода, но эти трансплантаты показали смешанные результаты, включая дискинезию, иммунное отторжение, загрязнение другими типами нейронов, низкую чистоту и этические проблемы. Терапия клеточной репрограммирования все еще является экспериментальной и не входит в число стандартных вариантов лечения.

Какие риски связаны с трансплантированными клетками?

Оставшиеся недифференцированные плюрипотентные клетки могут образовывать опухоли, поэтому очистка перед трансплантацией имеет решающее значение. Еще одной проблемой является иммунное отторжение, хотя использование собственных репрограммированных клеток пациента может снизить этот риск. Долгосрочное выживание также остается низким: в одном исследовании только 1,3% трансплантированных клеток продолжали пролиферировать через шесть месяцев, а незрелые нейроны сохранялись целый год после трансплантации.

Почему важно, какой именно подтип дофаминергического нейрона создается?

Не все дофаминергические нейроны одинаково полезны. Только дофаминергические нейроны типа A9, по-видимому, надежно восстанавливают двигательную функцию. В одном исследовании изменения в пути дофаминергических волокон привели к уменьшению подтипа A9 и увеличению подтипа A10, а многие трансплантированные нейроны так и не созрели до какого-либо конкретного подтипа. Исследователи тестируют сверхэкспрессию Lmx1a и совместное лечение с леводопой для повышения доли клеток типа A9.

Можно ли репрограммировать клетки непосредственно в мозге, а не трансплантировать их?

Прямое репрограммирование превращает соматические клетки в нейроны без прохождения через состояние плюрипотентных стволовых клеток. Это быстрее и эффективнее, позволяет избежать хирургического вмешательства и трансплантации, а также может снизить риск опухолеобразования и иммунного отторжения. Астроциты считаются наиболее подходящими целевыми клетками. Однако лишь немногие исследования пытались провести in situ репрограммирование дофаминергических нейронов у нечеловеческих приматов, поэтому результаты для человека предсказать сложно.

Что означает замораживание клеток для будущего лечения?

Замораживание позволяет хранить и транспортировать дофаминергические нейроны, как и другие лекарства, потенциально делая лечение доступным для гораздо большего числа пациентов. В одном исследовании предшественники дофаминергических клеток, полученные из эмбриональных стволовых клеток (ESC) и замороженные в виде суспензии одиночных клеток, показали 60% выживаемости в мозге после трансплантации. Замораживание агрегатами обеспечило более высокую жизнеспособность и сохранило трехмерную структуру, но оттаявшие агрегаты созревали внутри организма медленнее.

У меня болезнь Паркинсона, и мой невролог упомянул терапию клеточной репрограммирования — когда мне следует seek второго мнения?

Терапия клеточной репрограммирования пока не является стандартным вариантом лечения; она остается экспериментальной, а существующие методы лечения, такие как препараты на основе леводопы, глубокая стимуляция мозга и физиотерапия, остаются стандартом медицинской помощи. Второе мнение стоит получить перед записью в любое клиническое испытание, поскольку результаты варьируются в зависимости от стадии заболевания, а планы лечения должны быть индивидуализированы. Тщательное обсуждение рисков и преимуществ с неврологом помогает прояснить, подходит ли вам участие в испытании. Diagnostic Detectives Network предоставляет независимые экспертные вторые мнения.

Информация об источнике

Original article title: Somatic cell reprogramming for Parkinson's disease treatment.

Authors: Li X, Fang K, Wang F.

Corresponding author: Fengping Wang, College of Traditional Chinese Medicine, Shandong Second Medical University, Weifang, Shandong 261053, China

Publication: Ibrain, 2025; 11:59–73. DOI: 10.1002/ibra.12189

Article type: Review

Funding: National Natural Science Foundation of China, Grant/Award Number: 32400679

Received: May 23, 2024 | Revised: December 4, 2024 | Accepted: December 10, 2024

Эта статья для пациентов основана на рецензируемых исследованиях, опубликованных в журнале открытого доступа Ibrain. Оригинальная работа распространяется на условиях лицензии Creative Commons Attribution.