Способ продуцирования стволовых клеток

Изобретение относится к экспериментальной медицине. Способ включает облучение биообъекта внешним агентом электромагнитной природы с изменяемыми параметрами. Облучение осуществляют в зоне анатомического расположения красного костного мозга. При этом облучение осуществляют электромагнитным излучением крайневысокой частоты в диапазоне 35-80 ГГц, модулированным по амплитуде, с изменением частоты модуляции в диапазоне 4-10 Гц. Плотность потока 0,1-10 мВт/см². Способ обеспечивает активацию образования стволовых клеток красного костного мозга при одновременной стимуляции процессов пролиферации и дифференцировки клеток красного костного мозга в организме. 1 з.п.ф-лы.

 

Изобретения относятся к области биомедицины и могут быть использованы для лечения заболеваний, требующих регуляции изменения клеточного состава красного костного мозга (ККМ), в том числе управления продуцированием и размножением стволовых клеток (СК) и их способностью к процессам пролиферации и дифференцировки, а также для изучения в рамках нормальной и патологической физиологии и биофизики воздействия на организм низкоинтенсивных (нетепловых) электромагнитных полей (ЭМП) диапазона крайне высоких частот (KBЧ), модулированных инфранизкими частотами (ИНЧ), а также с право- или левосторонней круговой поляризацией с ИНЧ вращения плоскости поляризации.

Известен способ воздействия ЭМП КВЧ на регуляцию функций клетки (а.с. СССР №5522090, М. кл.² А61N 5/02, Бюл. №12, 30.03.77), включающий использование воздействия низкоинтенсивного (нетеплового) ЭМП КВЧ с малыми энергиями квантов, например с частотами, соответствующими длинам электромагнитной волны (ЭМВ) от 5,7 до 8 мм.

Недостатком известного способа является то, что в нем не используется модуляция ИНЧ, диапазон используемого излучения ограничен сверху частотой 50 ГГц, не выявлено воздействие на ККМ, что ограничивает его терапевтические и профилактические возможности.

Известен также способ рефлексотерапии воздействием на биообъект ЭМП КВЧ (пат.Украины №19645 А, МПК 6 А61N 5/02, Бюл. 25.12.1977), включающий облучение биообъекта ЭМП КВЧ с амплитудной модуляцией треугольными импульсами, причем частота модуляции пропорциональна частоте пульсации крови в кровеносных сосудах.

Недостатком известного способа является то, что в нем используется модуляция ИНЧ в диапазоне 1-2 Гц (частота пульсации крови в кровеносных сосудах), что не является терапевтически значимым для ККМ, диапазон используемого излучения ограничен сверху частотой 55 Гц, не выявлено воздействие на ККМ, что ограничивает его терапевтические и профилактические возможности.

Известен также способ получения жизнеспособных клеток печени человека, в том числе печеночных СК/клеток-предшественников (пат. РФ №2346981, МПК 7 С12N 5/00, С12N 5/08, А61К 35/407, А61Р 1/16, G01N 33/00, A61К 48/00, С12Н 21/02, Бюл. №5, 20.02.2009), включающий получение популяции клеток из целой печени или из ее резецированной части, обогащенную жизнеспособными клетками печени человека, в том числе печеночными СК/клетками-предшественниками, а полученную популяцию клеток используют для лечения пациентов, имеющих заболевания печени.

Недостатком известного способа является то, что СК получают (регулируют) только in vitro (в пробирке) и не используется облучение внешними электромагнитными агентами, что в совокупности указанных недостатков не позволяет управлять продуцированием СК in vivo (в живом организме), тем самым и использовать способ в лечении и/или профилактике заболеваний, требующих регуляции изменения клеточного состава ККМ, в том числе управление продуцированием СК.

Известно также устройство, осуществляющее способ (прототип) производства и выращивания СК (полезная модель к патенту РФ №47651, МПК 7 А61В 17/435 А, Бюл. №25, 10.09.2005), включающий управление продуцированием СК in vitro, помещенных в сосуд-термостат с системой жизнеобеспечения СК, а облучение производится с помощью электроразрядника, выполненного с изменяемой геометрией параметров, задаваемых от подключенного к нему программатора задания программ геометрии параметров импульсов по току, напряжению, длительности и форме.

Недостаток прототипа в части способа состоит в том, что СК получают только in vitro, а в качестве внешнего агента электромагнитной природы используется электроразрядник, не позволяющий достичь тех эффектов продуцирования и регуляции СК, которые возможны при использовании высокочастотных модулированных ЭМВ с гибко управляемыми параметрами.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение воздействия на организм биообъекта, в частности пациента с заболеванием, требующим для лечения регуляции изменения клеточного состава ККМ, в том числе управления продуцированием СК и их способностью к пролиферации и дифференцировке, внешнего агента электромагнитной природы, а именно локализованного в зоне анатомического расположения ККМ, то есть направленного облучения КВЧ-диапазона с модуляцией ИНЧ.

Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является амплитудная модуляция ЭМП КВЧ монохроматическим гармоническим сигналом ИНЧ или поляризационная модуляция ЭМП КВЧ в форме изменяемой право- или левосторонней круговой поляризации ЭМИ с инфранизкой частотой вращения плоскости поляризации ЭМВ КВЧ в диапазоне ИНЧ, причем в процессе облучения сохраняется идентичность его спектральных и пространственно-временных характеристик, имманентных структуре живого вещества (биоткани), то есть получения биотронного поля.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе управления продуцированием СК, включающем облучение биообъекта внешним агентом электромагнитной природы с изменяемым параметрами, задаваемыми от подключенного к источнику агента программатором задания программ, причем облучение осуществляют in vivo в зоне анатомического расположения ККМ, внешним агентом - ЭМИ КВЧ в диапазоне 35-80 ГГц с поверхностной плотностью потока энергии в диапазоне 0,1-10 мВт/см², модулированным по амплитуде с изменением частоты модуляции в диапазоне 4-10 Гц. Кроме того, модуляцию производят в форме измененной право- или левосторонней круговой поляризации ЭМИ с частотой вращения плоскости поляризации излучения в диапазоне 4-10 Гц.

Способ управления продуцированием СК in vivo осуществляется следующим образом.

Рупорная направленная антенна специально разработанного генератора ЭМВ КВЧ с регулированием частоты несущей в диапазоне 35-80 ГГц, с обеспечением амплитудной модуляции в диапазоне ИНЧ 4-10 Гц и/или изменения право- или левосторонней круговой поляризации ЭМВ КВЧ с частотой вращения плоскости поляризации в диапазоне 4-10 Гц, содержащей аттенюатор, обеспечивающий изменение поверхностной плотности потока энергии в диапазоне 0,1-10 мВт/см², а также программатор, задающий программу изменения параметров облучения, устанавливается относительно биообъекта, в частности пациента, таким образом, чтобы направленное излучение было локализовано в зоне анатомического расположения ККМ. Далее производится процедура облучения, согласно программе осуществляемая в течение требуемого числа сеансов с заданной длительностью сеансов.

Режим облучения, который реализует программа, разработан исходя из результатов проведенных экспериментальных исследований и морфологического анализа на лабораторных животных-млекопитающих с соответствующей корректировкой для организма человека. При проведении экспериментов с лабораторными животными выполнялись нормы биоэтики, связанные с проведением экспериментов на животных, в том числе регламентированные в «Международных рекомендациях по проведению биомедицинских исследований с использованием животных», принятые в 1985 г. Международным советом медицинских научных обществ (CIOMS, 1985).

Сущность проведенных экспериментов состояла в облучении крыс линии Вистар ЭМИ КВЧ с несущей частотой ƒ_н=37 ГГц, амплитудно-модулированной изменяемыми ИНЧ в диапазоне ƒ_мод=4-10 Гц, с изменяемой поверхностной плотностью потока энергии в диапазоне 0,1-10 мВт/см² с последующим морфологическим анализом клеточного состава ККМ. Указанный диапазон ИНЧ был выбран с учетом ранее выполненных авторами исследований, свидетельствующих о выраженном биотронном воздействии модулированного ЭМИ КВЧ на быстро делящиеся клетки.

Взятие ККМ осуществлялось из грудины и головки бедренной кости. Препараты окрашивались по Романовскому-Гимзе. Морфологические исследования проводились под световым микроскопом при увеличении 720 х. Оценка клеточного состава ККМ выполнялась спустя 24, 48, 72 часа и 6 суток после однократного пятнадцатиминутного воздействия амплитудно-модулированного (AM) ЭМИ КВЧ. В качестве контроля исследования ККМ после воздействия немодулированного ЭМИ КВЧ с прочими равными условиями.

Были выявлены при AM с изменяемыми частотами ИНЧƒ_мод=4-10 Гц существенные изменения клеточного состава ККМ и способности СК к пролиферации и дифференцировке. Через 48 часов после облучения наблюдалось, наряду с уменьшением содержания клеток II-III классов, увеличение числа СК. Такая динамика изменения состава ККМ нарастала с течением времени после облучения. Наибольшая активация в части увеличения числа СК наблюдалась в интервале времени 48-72 часов. Результаты отличны от контрольной группы (без AM), для которой характерна выраженная стимуляция процессов пролиферации в ККМ. Поскольку к шестым суткам исследования в пунктате ККМ наблюдались только единичные СК, отличающиеся полиморфизмом, а переходные формы отсутствовали, что свидетельствует об угнетении процессов пролиферации и дифференцировки клеток ККМ, то при разработке режима облучения человека в лечебных/профилактических целях желательным является: а) увеличение AM ИНЧ ближе к верхним частотам диапазона, то есть брать ƒ_мод=8-10 Гц; б) снижение поверхностной плотности потока энергии излучения до 0,1-10 мВт/см², а возможно и до сотых долей 0,1-10 мВт/см; в) уменьшение времени экспозиции AM ЭМИ ниже уровня t_э=15 мин.

Таким образом, оптимизированный терапевтический режим должен соответствовать условию обратимости процесса после облучения и не достигать порога, при котором начинает сказываться угнетение процесса кроветворения, самый крайний негативный случай - это формирование гипо- и апластического состояния ККМ. Оптимальным для предлагаемого способа управления продуцированием СК in vivo является тщательно выбранный, апробированный в экспериментах на животных-млекопитающих режим облучения, при котором наблюдается активация образования СК при одновременной стимуляции процессов пролиферации и дифференцировки клеток в ККМ.

В целом при оптимизации режима облучения следует учитывать, поскольку AM ИНЧ является основным действующим агентом внешнего воздействия, что ИНЧ являются, в общем случае, негативным фактором для процессов жизнедеятельности, в том числе кроветворения, но они же позволяют наиболее динамично управлять клеточным составом ККМ и управлять in vivo продуцированием СК и поэтому в необходимых для лечения жизненно необходимых ситуациях исходить из принципа допустимого вреда при достижении лечебного эффекта. Впрочем, этот подход является общим при использовании полевых воздействий в терапии, как-то: КВЧ-терапия, магнито- и лазеротерапия, рентгенотерапия и пр., то есть относится как к ионизирующим, так и к неионизирующим (биоинформационным, нетепловым) излучениям.

Для снижения (возможного) негативного воздействия несущей частоты, то есть ЭМП КВЧ, целесообразно использовать так называемые «терапевтические частоты», ранее выделенные (Школа акад. Н.Д.Девяткова): 42,19 ГГц (7,1 мм), 53,53 (5,6 мм) и 60,12 ГГц (4,9 мм).

Полученные выше экспериментальные данные в целом подтверждены для различных частот КВЧ-диапазона 35-80 ГГц и при использовании левосторонней круговой поляризации ЭМИ с частотой вращения плоскости поляризации в диапазоне 4-10 Гц.

Сопоставительный анализ показывает, что заявляемый способ управления продуцированием СК отличается от прототипа тем, что поля и режимы облучения отличны от использованных в прототипе, объектом управления являются СК in vivo (в организме), что недостижимо в прототипе.

Предложенный способ управления продуцированием СК in vivo базируется на том известном факте, что ККМ в силу своих физиологических и морфологических особенностей (полиморфизм клеток, высокая пролиферативная активность низкодифференциованных клеток, ведущая к формированию большого количества высокодифференцированных в морфологическом и функциональном отношении клонов клеток) представляет собой вид ткани, наиболее гибко и динамично изменяющей свой клеточный состав под воздействием различных агентов, в том числе внешних по отношению к организму и особенно электромагнитных излучений с достаточно сложным общим набором спектральных, дисперсионных, поляризационных и пространственно-временных характеристик, из которых организм в состоянии патологии того или иного органа и/или системы «отбирает» нужные для активизации/ингибирования процессов ликвидации патологии, то есть выздоровления (биофизический принцип Н.Винера).

Исходя из сказанного выше можно утверждать, что техническое решение отвечает критерию патентоспособности «новизна».

1. Способ продуцирования стволовых клеток, включающий облучение биообъекта внешним агентом электромагнитной природы с изменяемыми параметрами, задаваемыми от подключенного к источнику агента программатора задания программ, при этом облучение осуществляют в живом организме в зоне анатомического расположения красного костного мозга электромагнитным излучением крайневысокой частоты в диапазоне 35-80 ГГц, с поверхностной плотностью потока энергии в диапазоне 0,1-10 мВт/см², модулированным по амплитуде, с изменением частоты модуляции в диапазоне 4-10 Гц.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модуляцию производят в форме изменяемой право- или левосторонней круговой поляризации электромагнитного излучения, с частотой вращения плоскости поляризации излучения в диапазоне 4-10 Гц.