Стволовые клетки при травме позвоночника
Не всегда врачи могут сразу определить, приходится ли им иметь дело с полным либо с частичным повреждением. При частичном повреждении спинной мозг может передавать некоторые сигналы в головной мозг и наоборот, поэтому такие пациенты обладают некоторой чувствительностью и даже некоторыми моторными функциями ниже пораженной области.
Полное повреждение спинного мозга сопровождается полной или почти полной потерей моторной функции и чувствительности ниже области поражения. И хотя даже при тяжелой травме спинной мозг почти никогда не является полностью перерезанным, обширность повреждения приводит к тому, что восстановление пациента становится делом практически безнадежным. Во всяком случае, так считалось до сравнительно недавнего времени.
Несколько фактов
Фото с сайта thedentonlawfirm.com
Больница Крейга в штате Колорадо, США, специализирующаяся на лечении и реабилитации пациентов с параличом, предлагает на своем сайте несколько фактов, позволяющих больным и их близким сориентироваться в новой для них реальности.
Вот они:
– Почти всегда остается надежда на восстановление по крайней мере некоторых из утраченных функций.
– При неполном параличе шансы восстановления выше. Анализ медицинской статистики штата Колорадо показал, что только 1 из 7 полностью парализованных после травмы пациентов смог добиться значительной степени восстановления движения. Для тех, кто сразу после травмы сохранил хотя бы слабую способность к движению конечностей, эта пропорция значительно выше: 3 из 4 таких пациентов добиваются существенных улучшений.
– При полном параличе неплохой шанс есть у того, кто сохранил чувствительность в нижней части туловища сразу после травмы. Примерно 2/3 пациентов с повреждением спинного мозга в шейном отделе после длительной реабилитации смогли нарастить достаточную силу мышц в ногах для того, чтобы ходить, при условии, что сразу после травмы они ощущали укол ноги иголкой. Что касается тех, кто ощущал только легкое прикосновение, ходить сможет примерно 1 из 8 таких пострадавших.
– Чем скорее после травмы начнут работать мышцы, тем выше шанс на прогресс, тем реальнее перспектива встать и пойти. Как правило, если мышцы становятся способны функционировать лишь через несколько недель, это с большей вероятностью будут мышцы рук, а не ног.
Сколько длится тот период, в который можно надеяться на существенное улучшение, будь то пациент с неполным или полным повреждением спинного мозга? Как долго можно жить надеждой? На этот вопрос нет однозначного ответа. Понятно, что после двух или трех лет паралича, шансы на то, что мышцы заработают без посторонней помощи, практически ничтожны.
Что же касается месяца, двух, полугода после травмы – прогноз сделать сложнее, однако есть два правила, которые помогут сориентироваться:
– Если есть постоянные улучшения, если все новые мышцы постепенно восстанавливают функцию, значит, высок шанс дальнейшего значительного прогресса.
– Чем дольше период без улучшений, тем ниже шанс на восстановление.
Что ж, эти факты внушают умеренный оптимизм даже тем, кто пострадал от обширного поражения спинного мозга. Еще больший оптимизм внушают научные разработки, которые в перспективе могут сделать паралич излечимым или, по крайней мере, создать условия для значительной адаптации пострадавших от травм спинного мозга к нормальной жизни.
Почва для оптимизма
Фото с сайта students4bestevidence.net
Роб Саммерс в свои 20 лет был полон надежд: он должен был начать обучение в Университете штата Орегон, активно занимался бейсболом. Все изменилось 12 июля 2006 года: его сбила машина, после чего он оказался полностью обездвижен. И хотя у него сохранялась некоторая чувствительность в нижней части туловища, прогноз был неутешительным. Врачи сказали, что ходить Роб никогда не сможет.
В конце XX века история на этом бы и закончилась, но в наше время медицина все быстрее переходит от научной теории к практике. Робу Саммерсу и еще трем молодым людям с повреждениями спинного мозга предложили инновационную терапию – эпидуральные стимуляторы, имплантируемые в спинной мозг. Все четыре пациента, парализованные, по крайней мере, от груди и до кончиков ног, теперь в состоянии двигать ногами.
Роб Саммерс первым получил экспериментальное лечение, разработанное доктором Регги Эдгертоном из Калифорнийского университета (Лос-Анджелес) и доктором Сьюзан Харкема из Университета Луисвиля (Кентукки) при участии наших соотечественников из Института физиологии имени Павлова (Санкт-Петербург). Они опубликовали свою историю успеха в 2011 году в журнале Lancet.
Вскоре стало ясно, что Роб не был счастливым исключением: метод работает, причем двое из четырех пациентов, продемонстрировавших значительный прогресс, имели диагноз «полное моторное и сенсорное поражение спинного мозга», ставшее результатом автокатастроф. Сразу после травм никто не мог предположить, что эти больные смогут хоть в какой-то степени восстановить моторные функции.
В чем суть терапии?
Фото с сайта unitedspinecenter.com
Стимулятор подает непрерывный электрический импульс на разных частотах и разной интенсивности нижнему спинному мозгу, то есть в пояснично-крестцовую зону, и тем самым имитирует мозговые сигналы, которые инициируют движения.
Все четыре пациента приобрели способность двигать ногами сразу же после имплантации и активации стимулятора, при этом движения были произвольными. Исследователи пришли к выводу, что некоторые сигнальные пути могли остаться неповрежденными после травмы, и именно они облегчают совершение произвольных движений. Мозг воспринимает сигнал стимулятора как свой собственный, и мгновенно начинает контролировать и направлять движения мышц.
Эффективность лечения значительно возрастает, если соединить стимуляцию и реабилитационную терапию, в силу способности нейронной сети спинного мозга к обучению, поэтому уже на третий день после имплантации стимулятора Роба Саммерса в специальном корсете поставили на беговую дорожку. Впервые за 4 года он стоял самостоятельно. «Как только я осознал, что произошло, слезы счастья полились у меня из глаз», – признается Саммерс.
«Мы открыли принципиально новую стратегию, которая может в значительной степени повлиять на восстановление произвольных движений у людей с полным параличом, даже спустя годы после травмы», – считает Сьюзан Харкема.
Фото с сайта fastcoexist.com
Экзоскелеты, стволовые клетки и даже носовые нейроны!
Две недели назад в журнале Scientific Reports была опубликована статья международного коллектива бразильских, американских и немецких ученых, добившихся восстановления некоторых двигательных функций у пациентов, которые в результате тяжелых травм спинного мозга были полностью парализованы в течение очень длительных сроков – от 3 до 15 лет.
Метод реабилитации включал 3 компонента: виртуальную реальность, нейроинтерфейс и роботизированный экзоскелет.
Нейроинтерфейс представляет собой электроэнцелограф, регистрирующий активность мозга и передающий данные в компьютер для анализа. Когда пациент представлял себе, что он ходит, сигналы мозга, обрабатываемые компьютерной программой, приводили к тому, что аватар на экране двигался. Когда этот этап был пройден, пациенты перешли к занятиям с экзоскелетом, также управляемым нейроинтерфейсом.
Летом 2014 года член научной команды, нейробилог Мигель Николелис, представил на чемпионате мира по футболу одного из своих парализованных подопечных в экзоскелете, и тот на глазах у изумленной публики ударил по мячу.
Научное сообщество отнеслось к этой демонстрации весьма скептически: глядя со стороны, трудно было понять, действительно ли человек в экзоскелете самостоятельно контролировал свое футуристического вида оснащение.
Фото с сайта gagdaily.com
Тем не менее, команда ученых демонстрирует реальные результаты. У всех пациентов зафиксирована чувствительность в парализованных ногах: они воспринимают болевое воздействие, прикосновение и определяют положение конечности. Также пациенты научились по желанию вызывать небольшие сокращения ранее парализованных мышц. Улучшения настолько выражены, что четырем участникам эксперимента диагноз «полная параплегия» заменили на «частичную».
Эти результаты кому-то могут показаться скромными, но ведь речь идет о пациентах, у которых чувствительность и минимальные моторные функции отсутствовали годами, а, как мы знаем, даже небольшой прогресс вселяет надежду на прогресс дальнейший.
Важно заметить также, что экзоскелеты с нейроинтерфейсом и ранее использовались в экспериментах по реабилитации парализованных людей, но подобный результат был достигнут впервые благодаря тому, что начинался эксперимент с обучения действиям в виртуальной реальности.
Было бы нелогично, если паралич не попробовали бы лечить стволовыми клетками. На сегодняшний день в арсенале ученых-медиков немало экспериментов, проведенных на животных.
Фото с сайта telegraph.co.uk
В марте 2016 американские исследователи из Калифорнийского университета опубликовали результаты своих экспериментов. Им удалось восстановить целостность спинного мозга крыс с помощью нейронов, полученных из стволовых клеток. Клетки начали функционировать подобно другим клеткам спинного мозга – они формировали полноценные синапсы, что помогло вернуть крысам подвижность. Попытки «починить» спинной мозг таким образом предпринимались давно, однако никому из ученых ранее не удавалось достичь успеха.
Фото с сайта independent.co.uk
Ученые считают, что новая методика поможет и парализованным людям, потерявшим подвижность после травм. Впрочем, пока о клинических испытаниях терапии на людях говорить преждевременно. В ближайшее время авторы протестируют разработанную ими технологию на более крупных животных.
Чуть раньше были опубликованы результаты исследований австралийских ученых из Университета Нового Южного Уэльса. Им удалось перепрограммировать клетки костной и жировой тканей в индуцированные мультипотентные стволовые клетки, способные участвовать в регенерации любых тканей.
Команда ученых уже успешно испытала полученные стволовые клетки на мышах. Теперь ученые считают, что в 2017 году они смогут протестировать клетки на людях. С помощью новых клеток авторы планируют лечить паралич и справиться с другими заболеваниями, например, с хроническими болями в спине или последствиями травм.
В октябре 2014 года в журнале Cell Transplantation был опубликован отчет о еще одной инновационной медицинской технологии, разработанной группой польских и английских медиков во главе с нейрохирургом Павлом Табаковым.
Сорокалетний Дерек Фидика в 2010 году после удара ножом в спину оказался парализован от груди и ниже. После двух лет безуспешной терапии медики решились на экспериментальный вид лечения.
Врачи провели операцию по извлечению обонятельной луковицы пациента, затем в специальных условиях были выращены особые клетки обонятельной выстилки носа, известные своей способностью проводить нервные импульсы. После этого были сделаны микро-инъекции клеток в область повреждения спинного мозга. Наконец, в ту же область были имплантированы четыре полоски нервной ткани.
По словам врачей, пересаженные клетки, прижившись в спинном мозге, стали выполнять функцию по проведению нервных импульсов между клетками самого мозга, таким образом способствуя их регенерации и восстановлению активности.
Уже спустя три месяца после вмешательства пациент почувствовал первые изменения, ощутив мышцы собственной ноги. Спустя еще полгода он смог сделать первые шаги при поддержке специального устройства и при помощи врача.
Фото с сайта huffingtonpost.ca
Важное преимущество метода заключается в том, что пациенту пересаживаются клетки из его собственной обонятельной луковицы, а значит, не произойдет реакции отторжения, как это бывает с донорскими органами и клетками.
Трудно сказать, какая из описанных терапий наиболее перспективна. Важно, что их несколько, что они развиваются, и каждая дает основания для надежды на то, что в будущем паралич станет полностью излечимым заболеванием.
Источники:
Incomplete Spinal Cord Injuries: The Early Days
How A New Technology Is Helping Paralyzed Patients
Stem cells used to successfully regenerate damage in corticospinal injury
New stem cell treatment using fat cells could repair any tissue in the body
Paralyzed man walks again after olfactory cell transplant, thanks to animal research
Также на тему:
Виртуальный аватар учит парализованного ходить
Источник
Успешно завершилось первое клиническое испытание по лечению хронической травмы спинного мозга человеческими стволовыми клетками-предшественниками нейронов. У троих добровольцев из четырёх – пациентов с полным пересечением спинного мозга, случившимся не менее одного года назад – появились признаки восстановления мышечной активности и чувствительности.
Аксональное разрастание в месте терапии
Спинномозговая травма – приговор?
С хроническими травмами спинного мозга в настоящее время в одних только Соединенных Штатах Америки живут около 340 тысяч человек. Ежегодно случается до 13 тысяч спинальных травм вследствие автоаварий, падений, огнестрельных ранений, ударов и прочих воздействий. Через 6 месяцев такие травматические повреждения переходят в разряд хронических (chronic spinal cord injury, cSCI), и большинство из этих людей остаются частично или полностью инвалидизированными, то есть теряют возможность двигаться и чувствовать.
На сегодняшний день способ лечения, которое бы помогло подобным пациентам снова стать на ноги, не найдено. Однако, постоянно предпринимаются все новые и новые попытки его отыскать. Например, пытаются восстанавливать спинной мозг с помощью глии: шванновских клеток и астроцитов, которые словно «сшивают» поврежденные нейроны.
Определенной эффективностью при спинальных травмах обладает эпидуральная электрическая стимуляция спинного мозга в сочетании с тренировками. Статья, опубликованная в прошлом году учеными из Университета Луисвилля в Scientific Reports, стала своего рода прорывной, так как до этого еще никому не удавалось добиться, чтобы пациент, потерявший подвижность, начал снова самостоятельно двигать ногами, хоть и после почти четырех лет активных занятий.
Русские и иностранные ученые также активно работают и над терапией стволовыми клетками, которые были одобрены для этих целей FDA в 2013 году. Например, в октябре прошлого года израильские исследователи показали, что их имплантация значительно ускоряет процесс восстановления, а в апреле 2018 года подобная статья вышла уже у наших соотечественников из Казанского федерального университета. Правда, для своих экспериментов они использовали мезенхимные стволовые клетки.
Спинномозговая травма – не приговор!
Буквально на прошлой неделе в журнале Nature Medicine вышла статья, в которой говорилось о частичном восстановлении движений у обезьян после того, как им в поврежденный спинной мозг вводились человеческие клетки-предшественники нейронов NSI-566. Эта работа стала доклиническим испытанием частично дифференцированной клеточной линии, которую после этого начали проверять на людях.
Через две недели после того, как девяти взрослым макакам-резусам смоделировали травму шейного отдела спинного мозга, им ввели в место повреждения раствор, содержащий примерно 20 миллионов стволовых клеток. Эту клеточную линию получали из спинного мозга 8-недельных человеческих эмбрионов.
В итоге через несколько месяцев у 5 из 9 животных клетки прижились, место травмы заросло, к этих клетках значительно повысилась экспрессия маркеров их дифференцировки в сформированные нейроны и маркеров глии, наблюдался рост аксонов и активно образовывались синапсы. С помощью оценки на моторные функции по 25 критериям ученые установили, что движения не полностью, но восстановились, и прогресс продолжался все девять месяцев наблюдений.
После этого та же группа исследователей приступила к первому этапу клинических испытаний. Пока что ни о каком положительном терапевтическом эффекте речь не шла, поскольку на небольшой испытательной группе в четыре человека ученые хотели убедиться в безопасности методики.
Инъекции препарата, содержащего 1.2 миллиона стволовых клеток-предшественников нейронов NSI-566, вводились в место травмы давностью от 1 до 2 лет, располагающейся на уровне грудного отдела позвоночника (Th2-Th12). У всех пациентов возраста 25-35 лет травма спинного мозга классифицировалась как полная (согласно Международным стандартам неврологической классификации ASIA/ISNCSCI).
После наблюдений за больными в течение 18-27 месяцев стало ясно, что лечение абсолютно безопасно, так как не выявилось ни одного побочного эффекта. Несмотря на то что клинически эффект заметен не был, мышечную активность смогли зарегистрировать с помощью электромиографии, а у двух участников выявили улучшение по шкале ASIA/ISNCSCI на 1-2 балла.
Конечно, пока в этой работе есть погрешности, касающиеся малой выборки и отсутствия контрольной группы. Тем не менее результаты обнадеживающие и стимулируют исследователей продолжать работу в этом направлении. Сейчас они работают над подготовкой второго этапа клинических испытаний и планируют увеличить дозу вводимых стволовых клеток.
О результатах исследователи из Университета Калифорнии в Сан-Диего рассказали в журнале Cell Stem Cell.
Текст: Анна Хоружая
Ссылка на источник
Источник
Наука часто апеллирует к интуитивной прозорливости. Прорывы в медицине иногда происходят из слухов и легенд (Эдвард Дженнер слышал, что доярки, инфицированные коровьей оспой, не болеют оспой – так и появилась первая вакцинация от оспы); от случайного заражения экспериментального материала (открытие пенициллина и неопрена); и от неожиданных побочных эффектов лекарств (Виагра изначально предназначалась для лечения заболеваний сердца).
И мог ли предполагать Дарек Фидика , 38-летний польский пожарный, болеющий синуситом, что попадет в историю медицины как первый парализованный больной, который стал ходить после трансплантации нервных клеток. Восстановление движений в ногах дало пациенту невероятные ощущения и стало фактически вторым рождением. У пациента Фидика спинной мозг был полностью перерезан ножом во время драки с бывшим мужем жены, и Фидика согласился на пересадку клеток, полученных из носа. Клетки, которые называются обонятельные оболочечные (глиальные) клетки , как известно, влияют на регенерацию обонятельных нервов, которые транспортируют сигналы с обонятельных рецепторов в мозг и восстанавливаются каждые 30 дней.
В экспериментах на крысах и собаках, применение этих клеток было обещающим и они служили в качестве «мостика», который можно использовать для того, чтобы восстановить разорванные нервы; ранее парализованные животные после трансплантации этих клеток восстанавливали способность двигаться. Различные группы ученых по всему миру начали экспериментировать для внедрения этой методики для лечения парализованных людей. Но польский хирург Фидика был вынужден применить особенно смелый подход; слизистая оболочка Фидика была фактически разрушена хроническим аллергическим синуситом и это означало, что клетки ООК не могут быть получены из носовых ходов.
Вместо этих специальных клеток, – которые не являются стволовыми клетками, а взрослыми функционирующими клетками – были получены нервные клетки с помощью операции на головном мозге. Нейрохирурги в университетской больнице Вроцлава в Польше проникли в череп Фидика, экстрагировали левую обонятельную луковицу и подготовили готовую к трансплантации культуру клеток ООК. Эти культивированные клетки затем пересадили в спинной мозг в область разрыва, вместе с полосками нервов лодыжки, чтобы задействовать их в качестве каркаса, по которому нервы могли бы вырасти.
В течение полутора лет появились результаты новаторской операции: пожарный, который также получал физиотерапию, ЛФК, смог частично перемещать свои нижние конечности, появились ощущения в ногах, выросли мышцы на левом бедре и в некоторой степени восстановились функции мочевого пузыря и кишечника, а также половые функции.
При таких тяжелых травмах спинного мозга как у Фидика (класса А), как правило, пациенты остаются парализованными на всю жизнь. Благодаря этому революционному вмешательству пациент стал передвигаться с помощью ходунков, и тяжесть его состояния перешла в класс С., Кроме того, как ни удивительно, он не потерял обоняние.
Операция была проведена в Польше, но была провозглашена в качестве прорыва британской медицины, так как проводилась под руководством профессора Джеффри Райзмана, из отделения нейрохирургии Университетского колледжа неврологии Лондона Профессор Райзман заявил. “Я считаю, что мы стоим на пороге исторического переломного момента в медицине “
В финансировании также участвовали UK Stem Cell Foundation и Nicholls Spinal Injury Foundation.NSIF это благотворительный британский фонд, который был создан Дэвидом Николсом, чей сын Дэниел был парализован после травмы позвоночника во время купания. Организация Spinal Injuries Association встретила известие о проведенной успешной операции с “осторожным оптимизмом”, так как в настоящее время в Великобритании почти 40 000 человек с травмой спинного мозга.
Профессор Райзман еще в 1985 году исследовал клетки ООК и в 1997 году показал , что они могут повернуть вспять паралич у крыс. Теперь же свидетельствует Кевин Шейксшеф, профессор инженерии тканей из Университета Ноттингема, настойчивость стала давать плоды. “Это успех не в одночасье ,” говорит профессор Shakesheff, который сотрудничал с профессором Райзманом в начале девяностых. “Джефф достиг таких блестящих результатов длительной работой в течение последних 20 лет, и он наблюдал за клиническими исследованиями в течение последнего десятилетия. Он знает о ООК больше, чем кто-либо в мире “.
Несмотря на то, что периферическая нервная система, в конечностях, может самовосстанавливаться – порезка пальца кухонным ножом, например, не будет, как правило, приводить к необратимому повреждению – то же самое не возникает при повреждении спинного мозга. Этот огромное слепое пятно в системе регенерации организма стало мотивацией для многих тысяч ученых, работающих в области регенерации тканей. Также интерес к регенерации спинного мозга стимулировал сбор средств для проведения научных изысканий: Фонд Кристофера и Дана Рив был организован после того, как актер, сыгравший последнего Супермена, был парализован после травмы во время верховой езды и этот фонд за короткое время собрал более $ 110 млн.
Мало того, что исследования могут помочь спинальным больным, но они имеют и долгосрочные цели: болезни старения, такие как заболевания сердца, рак и болезнь Паркинсона, являются в значительной степени результатом дегенерации и гибели клеток. Возможность создания здоровых клеток, которыми можно заменить старые клетки, очевидно, будет приоритетом медицины в ближайшем будущем.
В последние десять лет надежда восстановления тканей, в том числе и регенерации нервов, в значительной степени подогревалась ажиотажем вокруг стволовых клеток. Стволовые клетки делятся на два типа: эмбриональные – те, что могут быть собраны из ранних эмбрионов, со всеми вытекающими этическими проблемами; и взрослые стволовые клеток, которые могут быть извлечены из костного мозга и некоторых других тканей организма взрослого.
Ключевой особенностью стволовых клеток является их потенциальная возможность превращаться в определенные типы клеток; и давняя мечта ученых разблокировать этот потенциал так, чтобы он был аналогичен потенциалу эмбриональных клеток, который гораздо выше.
Именно невысокий потенциал взрослых стволовых клеток был причиной многочисленных неудачных клинических испытаний применения их для лечения сердечно-сосудистых заболеваний, диабета, болезни Паркинсона и травм спинного мозга.
В отличие от этого, ООК являются не стволовыми клетками, а взрослыми клетками, которые уже имеют окончательную специализизацию. Но именно их окончательная функция – как-то обучать и стимулировать рост нервных клеток в носовых ходах – была успешно использована в проведенном клиническом эксперименте.
Но наука все еще далека от полного лечения травм спинного мозга. Фидику повезло, и он больше не прикован к инвалидной коляске и через некоторое время сможет жить полноценно. Его восстановление, отчет о которых был опубликован в журнале трансплантации журнал Cell, может быть обусловлено целым рядом факторов. Его спинной мозг был разрезан относительно чисто; что, возможно, облегчило растущим нервным клеткам, преодолеть зазор в8 мм. У большинства же пациентов травмы спинного мозга гораздо более сложные .
Вполне возможно, что у хирурга было достаточное количество ООК клеток и ему удалось ввести их в нужное место. Для того чтобы убедиться в реальной эффективности такой методики лечения, необходимо провести ряд исследований на достаточно большой группе пациентов, и только затем можно говорить о реальной эффективности методики.
Но прорывы когда- то должны начинаться. Дэвид Николс потратил почти миллион фунтов на фундаментальные медицинские исследования, которые могли бы помочь его парализованному сыну Даниилу. Николс был предупрежден врачами, не предаваться ложным надеждам. Не испугавшись, он передал деньги, которые он собрал, профессору Райзману со словами: «Все говорили, я теряю время, но что такое жизнь без надежды?”
Профессор Райзман, обнадежил своего спонсора и сделал именно то, что делают ученые экспериментаторы: он следовал за наукой везде, куда она приводила, несмотря на обескураживающие трудности. Он сделал очень простой научный расчет- это то, что врачи могли изъять клетки из одной части тела, вставить их в другую часть тела, и те же клетки могут просто выполнять свою обычную работу. Если такое работает у крыс и собак; кто скажет, что это не может работать в организме человека?
В некотором смысле, такие медицинские прорывы фактически связаны с обычной механикой: мы не неприкосновенные организмы, а лишь «мешок с клетками». Но то, что парализованный человек восстановил способность ходить за счет передислокации собственных обонятельных клеток, является доказательством того, что человеческий организм еще более примечательный и удивительный, чем мы могли представить…
Источник