В ежемесячном обзоре мы постарались собрать наиболее значимые новости в области регенеративной медицины и  заместительных технологий (протезирования) произошедшие в апреле.

В данном разделе будут собираться новости имеющее отношение к таким областям биомедицинских технологий как: совершенствование работы с донорскими органами,  возможности регенерации собственных органов, биопечать и выращивание органов и тканей, ксенотрансплантация, создание химерных органов и другие технологии восстановления функциональности биологических органов. Также мы рассматриваем все важные вопросы создания искусственных органов, в т.ч. роботизированных протезов, ортезов и технических средств расширяющих возможности человека, способов их трансплантации и встраивания в человеческое тело, включая некоторые аспекты иммунологии и нейро-компьютерных интерфейсов.

Метод лечения возрастассоциированной дегенерации сетчатки.

Наиболее яркой новостью апреля стала публикация группой американских ученых результатов 1/2а фазы клинического исследования нового метода терапии возрастассоциированной дегенерации сетчатки. Ислдование проводилось в рамках проекта CPCB-RPE1 (California Project to Cure Blindness–Retinal

Pigment Epithelium 1). В качестве терапии использована имплантация поляризованного монослоя пигментного эпителия. В отличии от предыдущих попыток, когда использовалась инфузия раствора клеток, что приводило к высокой неоднородности зоны роста клеток и отсутствию клинических  улучшений, в данной работе клетки были выращены на полимерной подложке и имплантировались вместе с ней. У 4 из 5 пациентов были отмечены клинически значимые улучшения зрения и прекращение дегенерации. Стоит отметить, что в качестве контроля был использован второй глаз того же пациента, однако такой контроль нельзя считать полностью нейтральным, тк.  из этических соображений операция проводилась, на глазу, который видит хуже. Однако по оценкам ученых результаты при более адекватном контроле должны быть еще лучше. Достигнутое улучшение зрения нельзя назвать значительным, однако даже остановка дегенерации уже является существенным успехом. Трансплантаты были получены из эмбриональных стволовых клеток, поэтому пациенты дополнительно получали иммуносупрессоры. Хочется верить, что в ближайшем будущем подобный подход будет адаптирован для ИПС, что позволит избавиться от необходимости попутной иммуномодулирующей терапии.

Фотографии сетчатки двух людей подвергшихся процедуре. Белым выделена область с погибшими фоторецепторными клетками, черным область импланта. A. Kashani et al./Science Translational Medicine

Подробнее с исследованием можно ознакомиться в журнале Science Translational  Medicine: http://stm.sciencemag.org/content/10/435/eaao4097 (10.1126@scitranslmed.aao4097).

Клеточные технологии в реабилитации после инфаркта миокарда

В апреле было опубликовано две работы посвященных вопросам использования клеточных регенеративных технологий для реабилитации после инфаркта миокарда.

Так в работе Yoshiki Yui “Concerns on a new therapy for severe heart failure using cell sheets with skeletal muscle or myocardial cells from iPS cells in Japan”  приведен анализ недостатков имеющихся у проводимых сейчас в Японии клинических исследований использования листов скелетных мышечных клеток и кардиомиоцитов, полученных из аллогенных ИПК. В частности указано на не репрезентативную конечную точку (объем выброса левого желудочка) и необходимость иммуносупрессии для второго пути.

Подчеркнуто, что несмотря на не слишком убедительные результаты исследований они могут быть объяснены именно методологическими особенностями КИ, а не низкой эффективностью терапии. Стоит отметить, что методические приемы клинических исследований, выработанные для традиционных лекарственных средств, не всегда хорошо подходят для биомедицинских лекарств, однако этому вопросу не всегда уделяется должное внимание, как компаниями разработчиками, так и регуляторами. Отсутствие должного внимания к этому вопросу может существенно замедлить выход на рынок новых методов терапии.

А в работе Wang, Z. и др “3D Bioprinted Functional and Contractile Cardiac Tissue Constructs”  рассказывается об эксперименте, в ходе которого группе ученых удалось разработать технологию печати макроскопических фрагментов сердечной ткани, обладающей в отношении лекарств и других воздействий высоким сходством с естественной тканью. В ходе работ было показано, что схожесть свойств достигается только после достаточно длительного культивирования  в среде и при добавлении определенных сигнальных молекул. Разработанную технологию можно рассматривать и как удобную модель для тестирования лекарств и как потенциальный способ восстановления функций сердца после обширных инфарктов.

https://www.nature.com/articles/s41536-018-0047-2 (10.1038/s41536-018-0047-2)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29452273 (10.1016/j.actbio.2018.02.007)

Клинический опыт применения искусственных сосудов.

Продолжает тему применения регенеративных технологий в сердечно-сосудистой системе обзор 10.3389/fbioe.2018.00041, в котором разобраны существующие подходы для создания искусственных сосудов небольшого диаметра. Рассмотрены возможные стратегии — создание сосуда на основе синтетических или натуральных матриц или с помощью самоорганизации клеток. Приведены примеры технологий, находящихся в стадии клинических исследований или уже вышедших на рынок. Так сосуды, изготавливаемые с использованием натуральной неклеточной основы, полученной из сосудов человека или животных, используются для обхода печени или шунтирования сосудов нижних конечностей. Сосуды создаваемые на основе матрицы из полигликолевой кислоты  или самоорганизации используются для шунтирования при гемодиализе.

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2018.00041/full

Тело на чипе.

До настоящего времени одной из значимых областей применения биопечати является создание систем для тестирования лекарственных средств. Эту область можно рассматривать как коммерчески привлекательный полигон для отработки технологий. необходимых для создания тканей и органов пригодных к трансплантации человеку. Ученые из MIT разработали чип содержащий функциональные ткани 10 органов человека и моделирующий метаболические процессы их связывающие. Эта разработка может стать чрезвычайно удобным инструментом для тестирования безопасности лекарств и влияния различных генетических отклонений. Кроме того он может стать чрезвычайно удобной моделью для математического моделирования биологических процессов.

Новость опубликована на оффициальном сайте MIT http://news.mit.edu/2018/body-chip-could-improve-drug-evaluation-0314.

Прогресс в области разработке биочернил

В области технологий биопечати в апреле вышло 3 статьи, показавшихся интересными. Во-первых обзор текущего состояния области биочернил «A perspective on the physical, mechanical and biological specifications of bioinks and the development of functional tissues in 3D bioprinting». Выделены основные проблемы — малое разнообразие коммерчески доступных чернил, недостаточное разнообразие механических и ряда других свойств чернил. Кроме того уделено внимание необходимости проведения исследований, направленных на адаптацию традиционных техник клеточного культивирования к их использованию в процессах биопечати. Освещен вопрос возникающих при печати механических воздействий на клетки и приведены последние исследования этого направления.

Во-вторых работа «Generating vascular channels within hydrogel constructs using an economical open-source 3D bioprinter and thermoreversible gels», где предложена новая схема более доступного 3D биопринтера, со стоимостью не превышающей 3к$. Также проведено сравнение нескольких типов гидрогелей, подходящих для создания каналов для сосудов в тканях. В результате были подобраны составы, получающие получить каналы с диаметром от 0.5 мм и выше, что соответствует толщине средних и мелких кровеносных сосудов. Стоит отметить, что вопрос обеспечения метаболических потребностей напечатанного образца остается одним из наиболее критических и существенно ограничивает геометрию объектов, которые могут быть напечатаны.

В-третьих, работа «3D bioprinting of liver-mimetic construct with alginate/cellulose nanocrystal hybrid bioink», в которой приведено исследование возможности использования биочернил содержащих нанокристалическую целлюлозу. Это позволило получить чернила с уникальными механическими свойствами и распечатать образец имеющий геометрию фрагмента печени и содержащий все необходимые клетки.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405886617300246 (10.1016/j.bprint.2018.02.003)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405886617300167 (10.1016/j.bprint.2018.02.001)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405886617300179 (10.1016/j.bprint.2017.12.001)

Молекулярные механизмы дегенерации межпозвоночных дисков

«Molecular factors in intervertebral disc degeneration» — обзор молекулярных изменений, происходящих при дегенерации межпозвоночных дисков. Процесс дегенерации является возраст ассоциированным и зачастую приводит к существенному снижению качества жизни. Понимание его молекулярных механизмов может привести к улучшению диагностики и оценки эффективности методов лечения, а также может послужить основной для разработки новых лекарственных препаратов.

http://www.pagepress.org/journals/index.php/jaarm/article/view/7203 (10.4081/jaarm.2017.7203)

5 поколений клеточной терапии

В работе«Five generations of cell preparation: a translational framework for categorizing regenerative stem cell therapies» — предложено условное разбиение терапий с использованием мезенхимальных стволовых клеток на 5 поколений, в зависимости от способов обработки клеток. Первое поколение — введение клеток практически без модификаций, второе — после культивирования, третье — после специализации клеток путем добавления специализированных факторов, четвертое — с генетической модификацией клеток, пятое — использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Для каждого поколения перечислены наиболее близкие к клиническому применению варианты использования, перечислены их преимущества и недостатки.

http://www.pagepress.org/journals/index.php/jaarm/article/view/7239 (10.4081/jaarm.2017.7239)

Иностранные инвестиции в российские экзоскелеты

В апреле было заявлено, что в российский проект по созданию экзоскелета для людей с ограниченной подвижностью «ЭкзоАтлет» будет вложено $5 млн частным корейским инвестором. Планируется, что они пойдут на развитие экспорта данного продукта. Стоит отметить, что проект уже находиться на стадии активных клинических испытаний и вскоре может быть внедрен в более широкую практику.

Подробнее на ТАСС: http://tass.ru/ekonomika/5087127

Разработка регенеративной терапии для стоматологии.

Во-вторых в конце марта был анонсирован новый этап разработки методов регенеративной терапии  для стоматологии и челюстно-лицевой хирургии консорциумом калифорнийских университетов. В течение 2018 года планируется довести ряд методик до стадии клинических исследований. Подробности можно найти на сайте проекта

http://c-doctor.org/news/.

Автор обзора Александр Буренин