Способ коррекции функциональных нарушений организма, вызванных повреждением нервных клеток мозга
Владельцы патента RU 2368378:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР НЕВРОЛОГИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ МЕДИЦИНСКИХ НАУК (RU)
Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, и может быть использовано для коррекции повреждения нервных клеток мозга, вызванного с помощью митохондриального токсина 3-нитропропионовой кислоты. Способ осуществляется следующим образом. Производят стереотаксическую трансплантацию мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) жировой ткани человека, которые предварительно инкубируют в среде, содержащей 10 мкМ ретиноевой кислоты в течение 6 дней. Изобретение позволяет нормализовать патоморфологические изменения мозговой ткани и сопутствующий неврологический дефицит за счет трансплантации предварительно инкубированных ММСК. 1 табл.
Изобретение относится к медицине, а именно к способам коррекции дегенерации нейронов головного мозга и сопутствующего неврологического дефицита с помощью трансплантации дифференцированных к нейрональному фенотипу мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток (ММСК) жировой ткани.
Несмотря на значительные успехи в разработке концепций патогенеза, патофизиологии и нейрофармакологии тяжелых форм патологии нервной системы, на сегодняшний день нет эффективных методов их лечения.
Вне зависимости от генеза тяжелого неврологического заболевания ему, как правило, сопутствует очаговое или диффузное повреждение тех или иных церебральных структур, сопровождающееся потерей нервных клеток и нарушением нервных связей. Свой вклад в инвалидизирующий исход у пациентов с неврологической патологией вносят нарушения адекватного нейробиохимического регулирования функциональной активности сохранившихся популяций нейронов.
Если для ряда тяжелых неврологических заболеваний, например, таких как синдром Гийена-Барре, миастения, острые инфекционные поражения ЦНС, к настоящему времени разработаны эффективные методы терапии, то сосудистая неврологическая патология, некоторые формы демиелинизирующих заболеваний, хореи Гентингтона, именно в силу их пока необратимого воздействия на структурно-функциональную организацию мозга, требуют для повышения эффективности терапии разработки особых, возможно, нестандартных путей.
Стандартные медикаментозные подходы в лечении тяжелых неврологических заболеваний ограничены низкой эффективностью фармакологических препаратов, в большинстве случаев лишь незначительно коррегирующих и/или повышающих утраченную функциональную активность нейронов. Пока не удалось отыскать фармакологически активные агенты, реально меняющие уровень церебральной интегративной деятельности и способные регулировать метаболизм отдельных нейрональных популяций, пострадавших в результате патологического процесса.
Перспективно с биологической точки зрения применение клеточных технологий, которые в настоящее время широко используются при заболеваниях нервной системы, лишенных альтернативных методов эффективной терапии.
Имеют место различные типы взаимодействия стволовых клеток с мозгом реципиента - секреция трофических факторов, диффузное выделение нейромедиаторов и/или гормонов, миграция клеток в мозг реципиента, регенерация нейронов в мозге реципиента, образование реципрокных связей между введенными клетками и мозгом хозяина.
В результате комплекса этих взаимодействий низкодифференцированных стволовых клеток и нейронально-глиальных структур, вероятно, происходит активация компенсаторных ресурсов поврежденных нервных клеток, запускаются новые механизмы восстановления и регенерации, происходит развитие вегетативного гетерозиса на клеточном уровне или «метаболической кооперации» клеточных систем донора и реципиента. Эффективность воздействия функционально-метаболически активных прогенираторных стволовых клеток при патологии нервной системы может быть обусловлена особенностями функционирования нервной системы в целом и каждого нейрона в отдельности. Информационная структура нейрона имеет возможность изменяться и адаптироваться с поступлением новой информации или изменением информационных отношений внутри самой клетки.
Таким образом, привнесение стволовыми клетками новых информационных стимулов активного функционирования, присущего только данному виду терапии, может лежать в основе клинической эффективности клеточных технологий у пациентов с патологией центральной нервной системы.
Известен способ лечения органических заболеваний нервной системы путем трансплантации фетального клеточного материала [1].
Данный способ позволяет добиться некоторой эффективности при начальных формах органического поражения нервной системы. Например, получены первые положительные результаты в лечении рассеянного склероза (в случаях неэффективности гормональной терапии), бокового амиатрофического склероза, паркинсонизма, различных форм мозжечковых атаксий.
Однако нейротрансплантации фетальных тканей непосредственно в пораженные участки мозга сложны и дорогостоящи, и при этом они не всегда безопасны для пациента. Клинические же эффекты этих операций оказались в ряде случаев кратковременными, а иногда сомнительными. Кроме того, имеет место ряд морально-этических и юридических проблем при трансплантации тканей фетусов, а также не исключена возможность канцерогенеза и биологическая несовместимость трансплантата с организмом реципиента.
В связи с вышесказанным особенно актуальным представляется активный поиск новых методик использования разновидностей стволовых клеток и их экспериментальная проработка на животных, что в дальнейшем может быть применено при терапии тяжелых форм неврологических заболеваний.
Стволовые клетки взрослого организма являются оптимальными для применения в практической медицине по следующим причинам: они наилучшим образом подходят для аутологичной трансплантации, высокая скорость пролиферации позволяет нарастить достаточное количество клеток для трансплантации и, кроме того, они обладают способностью к дифференцировке в разные клеточные линии.
В тканях взрослого организма (костном мозге, пуповинной крови, пуповине, плаценте, волосяных фолликулах, периферической крови, жировой ткани) содержатся стволовые клетки, обладающие высокой способностью к дифференцировке и выраженным стимулирующим потенциалом.
В настоящее время в качестве основных кандидатов на ауто- и аллотрансплантацию признаны стволовые клетки взрослых пациентов, выделенные из кроветворной и жировой ткани, мезенхимов или волосяных фолликулов эпидермиса кожи, так как все они обладают способностью к высокой дифференцировке и активному распространению по организму, а также, что особенно актуально для целей терапии, высокой тропностью преимущественно к поврежденным органам и тканям.
Данные литературы свидетельствуют, что стволовые клетки ММСК жировой ткани обладают более высоким нейрогенным потенциалом, чем ММСК костного мозга [2].
Белая жировая ткань обладает способностью динамично развиваться, увеличиваясь в объеме на протяжении всей жизни человека. Эта способность обусловлена присутствием васкулярных и стромальных клеток, составляющих пул стволовых и прогениторных популяций с уникальной регенеративной способностью. Подобно костному мозгу, жировая ткань является органом мезодермального происхождения, в котором содержатся микроваскулярные эндотелиальные клетки, гладкомышечные и стволовые клетки. Популяции стволовых клеток, обладающих свойством мультипотентности, могут быть выделены из жировой ткани (в основном, из липоаспирата) в тех же условиях, что и стволовые клетки их костного мозга.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ коррекции функциональных нарушений организма, вызванных повреждением нервных клеток токсическим действием 3-нитропропионовой кислоты путем стереотаксической трансплантации нейрональных фетальных стволовых клеток [3].
В данном способе использовали нейрональные стволовые клетки из тканей эмбрионального мозга 15-недели гестации, в клетках предварительно были детектированы нейрональные маркеры. Крысам стереотаксическим методом вводили инъекции в мозг нейрональных фетальных стволовых клеток (hNSCs) 1 неделю до получения нейротоксина. Полученные результаты свидетельствуют об улучшении симптоматики, улучшении двигательной активности и меньшем повреждении нейронов стриатума после трансплантации.
В то же время, трансплантация тех же клеток через 12 часов после токсических инъекций 3-НПК не приводит к значимым изменениям симптоматики. Кроме того, имеется опасность канцерогенеза из-за тотипотентности и высокой способности к неконтролируемой пролиферации фетальных стволовых клеток, а также серьезные этические препятствия.
Целью изобретения является повышение эффективности способа коррекции функциональных нарушений организма, вызванных повреждением нервных клеток мозга для лечения неврологических нарушений в клинике.
Она достигается тем, что в способе коррекции функциональных нарушений организма, вызванных повреждением нервных клеток мозга путем воздействия митохондриального токсина 3 - НПК, осуществляют стереотаксическую трансплантацию в них мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток жировой ткани человека, которые предварительно инкубируют в среде, содержащей 10 мкМ ретиноевой кислоты в течение 6 дней.
Способ реализуется следующим образом
ММСК жировой ткани предварительно инкубируют в среде, содержащей ретиноевую кислоту в концентрации 10 мкМ. Через 6 дней культивирования в культуре отмечают морфологические изменения, характерные для недифференцированных нервных клеток; 41% клеток экспрессировали глутаматные рецепторы NMDA-класса. Параметры культивирования были подобраны экспериментально и показали наилучшую эффективность. В предлагаемом способе используются ММСК жировой ткани человека, получение которых значительно легче методически и предполагает использование аутологичного материала, а не фетального, как в наиболее близком способе (3).
Далее стереотаксически трансплантируют подготовленные клетки в мозг крысам, поврежденный воздействием митохондриального нейротоксина 3НПК.
Для подтверждения эффективности способа используют также контрольную группу животных, (в контрольной и опытной группах - по 20-30 животных).
Регистрируют следующие параметры: улучшение неврологической симптоматики, время нахождения платформы в тесте Морриса, длину пути в тесте Морриса, площади профильных полей нейронов хвостатого ядра.
Результаты исследования сведены в таблицу:
Физиологические и патоморфологические характеристики животных контрольной и опытной группы.
| Исследуемые параметры | Контроль | Опыт |
| Улучшение неврологической симптоматики, баллы | 0,8±0,2 | 1,8*±0,3 |
| Время нахождения платформы в тесте Морриса | 38±11 | 16*±4 |
| Длина пути в тесте Морриса | 9±2 | 5*±2 |
| Площади (мкм2) профильных полей нейронов хвостатого ядра | 21±5 | 42*±10 |
Как видно из таблицы, показатели неврологической симптоматики улучшены по сравнению с контрольной группой животных, не получавших инъекцию клеток.
Отмечается также и восстановление исследовательской активности животных в поведенческих тестах, улучшение обучения и долговременной памяти в тесте Морриса.
Важно отметить, что эти улучшения коррелируют с нормализацией патоморфологических изменений ткани хвостатого ядра (увеличение цитоплазмы клеток, уменьшение признаков отека нейропиля, снижение количества фрагментов нейронов) у животных, получавших инъекцию стволовых клеток. Выявлены достоверные отличия по увеличению площади нейронов хвостатого ядра и площади ядер нейроглии, а также по восстановлению формы нейронов по сравнению с контрольной группой животных.
Предложенное изобретение подготавливает почву для начала клинического применения аутологичного материала стволовых клеток жировой ткани при неврологических нарушениях, в особенности при тяжелых формах неврологических заболеваний.
Источники информации
1. Rosser AE, Zietlow R, Dunnett SB. Stem cell transplantation for neurodegenerative diseases. // Curr Opin Neurol. 2007 20(6) pp.688-92. ннAlexi Т., Hughes P.E., Faull R.L., Williams C.E., 3-nitropropionc acid's lethal triplet: cooperative pathways of neurodegeneration. // Neuroreport. - 1998. - V.9. - №11. - p.54-57.
2. Kang S.K, Putnam L.A., J.Y., Popescu I.R., Dufour J., Belousov A., Bunnell B.A. Neurogenesis of Rhesus adipose stromal cells J. Cell Sci. - 2004. - V.117. - pp.4289-4299.
3. Ryu JK, Kim J, Cho SJ, Hatori K, Nagai A, Choi HB, Lee MC, McLarnon JG, Kim SU. Proactive transplantation of human neural stem cells prevents degeneration of striatal neurons in a rat model of Huntington disease. Neurobiol Dis. - 2004 - 16(1) pp.68-77.
Способ коррекции функциональных нарушений организма, вызванных повреждением нервных клеток мозга с помощью митохондриального токсина 3-нитропропионовой кислоты, путем стереотаксической трансплантации стволовых клеток, отличающийся тем, что для стереотаксической трансплантации используют мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки жировой ткани человека, которые предварительно инкубируют в течение 6 дней в среде, содержащей 10 мкМ ретиноевой кислоты.
