Регенеративная медицина

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Регенеративная медицина - лидирующее направление медико-биологической науки, основанное на использовании знаний, существующих в организме человека механизмах регенерации.

Главной идеей регенеративной медицины является максимально возможное восстановление структуры и функций поврежденных тканей или органов путем замены поврежденных структур и/или стимулирования эндогенного потенциала регенерации. В результате максимального лечебного эффекта и восстановления,нарушенных или утраченных функций организма с помощью методов регенеративной медицины, удастся обеспечить повышение качества жизни пациентов.

Регенеративная медицина - комплекс молекулярно-биологических,фармацевтических, клеточных, ткане-инженерных подходов, позволяющих достигать максимально возможного восстановления структуры поврежденных заболеванием или травмой органов и тканей и соответственно максимально-возможного восстановления функций.

Регенеративная медицина образовалась в результате взаимодействия нескольких научных дисциплин: эмбриологии, цитологии, молекулярной генетики, генной инженерии является ярким примером той науки, где грани между фундаментальными и прикладными исследованиями практически стерты.

Определяющую роль в регенеративной медицине играют научно- обоснованные подходы, методы и технологии, направленные на восстановление и управляемую регенерацию поврежденных тканей и органов, а также сохранение их структуры и функций.

Внешние факторы развития регенеративной медицины в мире и России

Большинство методов классической медицины неспособны адекватно восстанавливать измененную заболеванием структуру органов или тканей. Это является причиной перехода заболеваний в хронические формы; снижения функционального и компенсаторного резерва организма, выражающегося в снижении качества жизни; причиной утраты трудоспособности и причиной инвалидизации.

Регенеративная медицина способна изменять исход лечения на максимально-возможно полное восстановление структуры и функций поврежденного заболеванием органа или ткани, что означает выздоровление.

Социально-экономическая эффективность от внедрения методов регенеративной медицины будет достигаться благодаря изменению исходов лечения с хронизации иинвалидизации на выздоровление, что социально-экономически будет выражаться в:

* улучшении качества жизни;

* увеличении продолжительности трудоспособного периода, что особенно актуально в связи с увеличением продолжительности жизни и изменением возрастного состава общества;

* уменьшении заболеваемости;

* сокращении расходов на пожизненную фармакотерапию при хронических заболеваниях;

* сокращении расходов на повторное стационарное лечение;

* снижении социальных затрат на выплаты пособий по инвалидности.

Состояние исследований в мире

Регенеративная медицина является относительно новой научной дисциплиной и представляет огромные перспективы для лечения множества заболеваний. Неудивительно,что интерес к науке с таким потенциалом чрезвычайно высок во всем мире.

К наиболее важным направлениям исследований в области прикладной и клинической регенеративной медицины можно отнести создание клеточных и ткане инженерных продуктов для замещения тканей и органов, а также создание искусственные органов и структур.

В области фундаментальных исследований сегодня одним из популярных направлений является регенеративная медицина в стоматологии.

Китайские специалисты занимаются изучением механизмов, посредством которых трансмембранный протеогликан синдекан-4 регулирует дифференцировку клеток эпителия десен и развитие зубов.

Еще одним направлением деятельности ученых в области фундаментальной регенеративной медицины является описание ключевых молекул-регуляторов дифференцировки, миграции и пролиферации клеток, в целях создания методов, позволяющих управлять этими процессами.

Множество исследований посвящено изучению мезенхимальных стволовых клеток и способов регуляции их дифференцировки для создания различных тканей и органов в виду того, что мезенхимальные стволовые клетки являются легко доступным материалом. Недавно ученым удалось провести трансдифференцировку мезенхимальных стволовых клеток человека для создания костной ткани в эксперименте на крысах.

Было обнаружено, что в регуляции этих процессов в мезенхимальных стволовых клетках важную роль играет молекула мембранного протеина GARP, которая является рецептором для латентного трансформирующего фактора роста.

Ведутся исследования по изучению механизмов генетической регуляции дифференцировки стволовых клеток, ученые указывают на важную роль микро РНК в регуляции процесса дифференцировки.

В настоящее время ученые активно занимаются созданием трехмерных матриксов, на которых должен «расти»искусственный орган. В тренде разработка бесклеточного матрикса, позволяющего выращивать органы структурно и функционально идентичные настоящим органам человека.

Еще одним перспективным направлением является создание искусственной лимфоидной ткани. Искусственная лимфоидная ткань поможет людям с врожденным и приобретенным иммунодефицитом, а также людям с аутоиммунными заболеваниями.

Зарубежные исследователи активно занимаются выявлением ключевых биологически активных молекул для стимуляции регенерации структуры и функций органов и тканей. Например, исследователи из Германии стимулировали регенерацию костной ткани у пациентов с остеопорозом, путем индукции миграции мезенхимальных стволовых клеток к поврежденной ткани с помощью цитокинов - костных морфогенетических белков 2 и 7.

Помимо этого, во всем мире ученые заняты созданием клеточных продуктов для стимуляции регенерации тканей, органов. Исследователи работают над созданием клеточной трансплантационной терапии заболеваний почек. Активно развивается направление по созданию клеточных систем доставки терапевтических препаратов.

Потенциал регенеративной медицины также позитивно рассматривается в области лечения заболеваний периферической и центральной нервной системы. Среди наиболее актуальных методов рассматривается использование мезенхимальных стволовых клеток для терапии заболеваний нервной системы.

Помимо развития клеточных технологий активно развивается область разработки биоматериалов с заданными свойствами. Биоматериалы используются в регенеративной медицине в нескольких формах: как имплантируемые материалы или в качестве каркаса (матрикса)для тканевой инженерии, а также используются в мишень-направленной доставке лекарственных средств. Композитные биоматериалы, пропитанные наночастицами серебра и содержащие целлюлозу и хитозан, тестируются в качестве перевязочных материалов для ускоренного заживления ран.

Тканевой инжениринг активно развивается в стоматологии, где используются бионановолокнистые иинъекционные матриксы для выращивания тканей. В качестве матрикса для биоинжениринга ученые рассматривают различные гидрогели.

Немало исследований посвящено изучению биосовместимости и индукции иммунного ответа на разрабатываемые биоматериалы.

регенеративный медицина стволовой клетка

Наиболее значимые достижения последних лет.

К настоящему моменту из стволовых клеток удалось получить ткани печени,мышц, роговицы глаза, сердца и других органов.

В апреле 2014 года ученые смогли создать в лабораторных условиях искусственные кровяные клетки, используя индуцированные стволовые клетки.

К наиболее значимым достижениям последних лет в области регенеративной медицины относятся следующие события:

перепрограммирование соматических клеток человека в плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки;

перепрограммирование соматических клеток человека в плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки путем введения 4-х генов;

Ожидается, что это открытие произведет революцию в лечении инфаркта миокарда, болезни Паркинсона, рассеянного склероза и травм позвоночника.

создание биоинженерных органов;

Ученые из США впервые вырастили биоинженерные почки на основе бесклеточного матрикса и доказали, что они функционируют при пересадке крысам.

создание 3-D биопринтера компанией «Organovo»;

С помощью этого 3-D биопринтера стало возможным создание органов и тканей со сложно устроенной архитектоникой, что произведет революцию в области трансплантологии.

Основные направления

К основным направлениям, определяющим развитие регенеративной медицины на сегодняшний день можно отнести:

протеомные исследования

исследования с использованием клеточных технологии

технологий создания биоматериалов

технологий 3D биопринтинга.

Исследования в области регенеративной медицины с применением методов протеомики на сегодняшний день весьма популярны.

Протеомика- это один из основных источников получения знаний о молекулярных механизмах регуляции дифференцировки, миграции и пролиферации клеток. Кроме того, методы протеомики позволяют определять молекулярные мишени для стимуляции эндогенного регенераторного потенциала организма.

Клеточные технологии - основа современной регенеративной медицины.Следующим этапом в развитии регенеративной медицины на основе клеточных технологий станет детальное изучение микроокружения клеток в различных органах и тканях. В дальнейшем применение клеточных технологий позволит создать биосовместимые органы и ткани, полностью структурно и функционально идентичны еестественным органам. Будут прогрессировать методы регенеративной терапии, основанные на трансплантации стволовых клеток. Регенеративная медицина в будущем

сможет полностью удовлетворить потребности трансплантологии.

Еще одной важной тенденцией является развитие технологий по созданию биоматериалов. Направление по созданию биоматериалов является весьма перспективным и динамично развивающимся. Это обусловлено высокой потребностью создания матриксов, которые используются для создания искусственных органов.

Наиболее активно ведется разработка бесклеточных матриксов, которые позволят«выращивать» органы практически любой сложности. Уже сегодня стало возможным создание хоть и слабо, но функционирующей искусственной почки на основе бесклеточного матрикса. Помимо этого, сообщалось об экспериментах по созданию легких, печени и даже элементарных нейронных цепей мозга [http://www.nanonewsnet.ru/].

Применение одной из новейших технологий в регенеративной медицине - 3Dбиопринтинга может привести к научному прорыву. Наиболее перспективным является применение биопринтинга для создания искусственных органов с самой разнообразной структурой и архитектоникой. Успехи технологии биопринтинга во многом зависят от прогресса в области фундаментальных и прикладных исследований с применением методов клеточных технологий.

Состояние исследований в России

Регенеративная медицина в России динамично развивается и охватывает множество направлений, которые относятся как к области фундаментальных, так и прикладных исследований. В целом направления исследований Российских и зарубежных исследований совпадают.

Среди всего множества направлений можно выделить наиболее значимые, среди которых в области фундаментальных исследований - изучение молекулярных механизмов регуляции дифференцировки, миграции и пролиферации клеток, а также разработка методов регуляции этих процессов. В области прикладных и клинических исследований основными направлениями являются создание новых биоматериалов для регенеративной

медицины, а также трехмерных матриксов для тканевой инженерии.

Имеющиеся достижения.

Российские специалисты активно занимаются изучением регуляторных механизмов дифференцировки клеток пуповинной крови. Результаты исследования проведенного с использованием модели бокового амниотрофического склероза на мышах свидетельствуют о том, что гиперэкспрессия транскрипционных факторов Oct4 и Sox2способствует ускорению трансдифференцировки генетически модифицированных клеток пуповинной крови в нейроны и клетки глии. Активно изучается регуляция дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток. Изучается влияние гипоксии, и рассматриваются различные аспекты воздействия на мезенхимальные стволовые клетки с целью ускорения их трансдифференцировки.

Российские исследователи совместно с зарубежными учеными занимаются разработкой и тестированием методов создания бесклеточных матриксов для тканевого инжиниринга.

Активно ведутся исследования по разработке и тестированию материалов, ускоряющих регенерацию кожи. Отечественными специалистами был протестирован гель с серосодержащим метан терпеноидом и в результате этого исследования был сделан вывод, что применение геля существенно ускоряет регенерацию кожи. Отечественные исследователи занимаются поиском ключевых биологически активных молекул для стимуляции регенерации структуры и функций органов и тканей.

Отечественными специалистами было установлено, что регенеративный эффект алколоидасонгорина, связанный с активацией дифференцировки мезенхимальных клеток реализуется через рецептор фактора роста фибробластов.

Помимо этого, Российские ученые заняты созданием клеточных продуктов для стимуляции регенерации тканей, органов. Активно рассматриваются перспективы применения клеточной терапии в челюстно-лицевой хирургии, наибольшее предпочтение отдается мезенхимальным стволовым клеткам.

Не остаются без внимания технологии регенерации сердечно-сосудистой системы. Активно ведется работа в направлении трансплантации пациентам с поздней лучевой кардиомиопатией и радиационным экссудативным перикардитомаллогенных кардиомиобластов, созданных из мезенхимальных стволовых клеток человека.

Одним из наиболее актуальных и передовых направлений является создание искусственных органов с применением клеточных технологий. В Российском центре трансплантологии имени академика В. И. Шумакова разработали технологию, которая позволяет выращивать искусственную печень [Сайт центра трансплантологии имени В. И. Шумакова- http://transpl.ru/].

В России активно создается и развивается инфраструктура для исследований, разработок и внедрения клеточных и регенеративных технологий в медицинскую практику в целях улучшения качества жизни населения.

Ученые института керамических материалов (ИМЕТ РАН) разработали технологию изготовления материалов-биомиметиков костной ткани с остеокондуктивными свойствами, а коллеги из Московского научно-исследовательского онкологического института им. П. А. Герцена получили

тканеинженерные конструкции на основе этих материалов и аутологичных стволовых клеток, способные стимулировать восстановление костной ткани в дефектах.

Ученые из новосибирского НИИ травматологии и ортопедии (НИИТО) впервые в мире разработали технологию по выращиванию костных тканей человека из стволовых клеток. Первый образец кости, полученной в пробирке, был представлен на международном симпозиуме, прошедшем в Новосибирске.

Сопоставление с состоянием исследований в мире

В области регенеративной медицины в России проводятся интенсивные научные исследования практически по всем актуальным направлениям.

При сопоставлении состояния российских и зарубежных исследований стоит отметить, что основные направления исследований в России и за рубежом совпадают.

В области прикладных и клинических исследований в России, как и во всем остальном мире, особое внимание уделяется клеточной трансплантологии, технологиям создания новых биоматериалов, а также созданию искусственных органов.

Во-многом российские технологии все еще отстают от технологий в некоторых развитых странах. Несмотря на это, у Российской регенеративной медицины есть повод гордиться своими достижениями: активная разработка биоматериалов или, например технология создания искусственной печени.

В области фундаментальных исследований отечественные и зарубежные исследователи активно занимаются изучением механизмов и способов регуляции дифференцировки, миграции и пролиферации стволовых клеток.

Используя новейшие методы протеомики, метаболомики и геномного анализа ученые ведут поиск способов регуляции дифференцировки стволовых клеток для создания различных соматических структур.

Наиболее часто для изучения механизмов клеточной дифференцировки, а также для разработки методов клеточной трансплантации используются мезенхимальные стволовые клетки и клетки пуповинной крови. Несмотря на все усилия все еще не удалось получить некоторые критически важные специализированные клетки надлежащего качества необходимые для клинического применения.

По числу публикаций в области регенеративной медицины мы существенно отстаем от стран лидеров. На первом месте по числу высоко цитируемых публикаций находятся США, второе место занимает Великобритания. Лидирующие позиции этих стран отражают уровень инвестиций в исследования и разработки в данной области.

Проблемы, анализ их причин

На сегодняшний день актуальной проблемой для Российской регенеративной медицины остается серьезная зависимость от импорта материалов и технологий. Во всем мире существует не так много корпораций, которые занимаются производством аппаратуры и материалов, необходимых для проведения исследований в области регенеративной медицины.

Внутренний Российский рынок сегодня не в состоянии обеспечить растущие потребности регенеративной медицины. Поскольку регенеративная

медицина является «большой» междисциплинарной наукой, то для нее остро стоит проблема фрагментированности результатов фундаментальных и прикладных исследований. Это обусловлено отсутствием единой базы данных.

Помимо этого, внедрение достижений регенеративной медицины в практику сдерживается отсутствием нормативно-правовой базы в области биомедицины, законодательного регулирования обращения биомедицинских клеточных продуктов, нормативно-правовой и научно-методической основы доклинических и клинических исследований, регистрационной процедуры. Не принят закон, регламентирующий клинические исследования и применение клеточных продуктов и технологий.

Пути преодоления

Для решения проблемы финансирования необходимо государственное инвестирование средств в создание крупных корпораций по производству материалов и техники для регенеративной медицины или привлечение инвестиций бизнес-партнеров.

Еще одним важным этапом в решении проблемы является импортозамещение и внедрение аналоговых Российских технологий на смену импортных.

Решением проблемы фрагментированности имеющихся знаний должна стать единая база данных, которая будет содержать результаты всех исследований в области регенеративной медицины, и обеспечивать свободный доступ исследователей к медицинским данным из этой базы.

Для решения проблемы отсутствия законодательной базы в области биомедицины необходимо разработать и ввести соответствующие законы и другие необходимые нормативно-правовые акты.

В рамках научной платформы «Регенеративная медицина» научное сообщество совместно с Минздравом России, определили следующие перспективные исследования и технологии, развитие и внедрение которых необходимо для решения основных проблем российской медицины и здравоохранения:

* исследования молекулярных механизмов регуляции процессов клеточной дифференцировки, миграции и пролиферации;

* выявление ключевых биологически активных молекул (факторов роста,цитокинов, физиологически активных веществ, других продуктов культивирования клеток) для стимуляции восстановления структуры и функций органов и тканей;

* клеточные и ткане инженерные продукты для замещения тканей и органов,структур организма, искусственные органы;

* препараты на основе продуктов культивирования клеток;

* клеточные и тканеинженерные продукты для стимуляции регенерации тканей, органов;

* использование анализа клеточных популяций для диагностики

функциональных и патологических состояний организма;

* создание клеточных систем доставки терапевтических препаратов, в том числе противоопухолевых, и стимуляторов управляемой регенерации;

* научно-методические подходы перепрограммирования клеток,

дифференцировки и трансдифференцировки, технологии терапевтического клонирования;

* биоматериалы с заданными свойствами, биополимерные носители, новые биосовместимые материалы с регулируемыми параметрами биодеградации,индуктивными свойствами;

* создание и развитие инфраструктуры для исследований, разработок ивнедрения клеточных и регенеративных технологий.

Технология 3-D биопринтинга позволит совершить научный прорыв в области отечественной регенеративной медицины. На сегодняшний день технология биопринтинга является очень «молодой» и, как следствие, во всем мире развитие этой технологии находится примерно на одном уровне.

Инвестирование средств в технологии биопринтинга и скорейшее ее внедрение в практику обеспечит успешное будущее Российской регенеративной медицины в области создания искусственных органов.

Развитие клеточных технологий - залог успеха регенеративной медицины.Создание Российских производств техники и оборудования для клеточных технологий позволят существенно снизить стоимость проводимых исследований и ускорить темп их проведения. Клеточные технологии абсолютно необходимы для разработки новых методов трансплантации стволовых клеток, создания искусственных органов, создания препаратов на основе продуктов культивирования клеток и создания клеточных систем доставки лекарственных средств к органам- мишеням.

Список используемой литературы

Стволовые клетки и регенеративная медицина / под ред. В. А. Ткачука. - Изд. Макс Пресс, 2011г.

Травма спинного мозга. Клеточные технологии в лечении и реабилитации. / Брюховецкий А.С., - Изд. Практическая медицина, 2010г.

Клеточная терапия. / Новик А. А., Иванов Р. А., - Изд. ООО «Медицинское информационное агентство», 2008 г.

Размещено на Allbest.ru