Можно ли восстановить сердечную мышцу с помощью стволовых клеток?

Сердце — это наименее способный к восстановлению орган в нашем организме. Именно поэтому сердечные заболевания — главная причина
смертей по всему миру. Но что, если бы могли помочь сердцу восстановиться после травмы? Учёный и врач Чак Мюрри рассказывает о своих инновационных исследованиях в сфере использования стволовых клеток для наращивания новой сердечной ткани — многообещающий шаг к захватывающей перспективе использования стволовых клеток в медицине.

Я хочу рассказать вам об одной пациентке.
Её зовут Донна.

На этой фотографии Донне около 75 лет,

она энергична и здорова,

матриарх большой семьи.

Но в её семейном анамнезе были
сердечные заболевания,

и однажды у неё внезапно начались
сильные боли в груди.

К сожалению, вместо того,
чтобы обратиться к врачу,

Донна просто прилегла и лежала
около 12 часов, пока боль не прошла.

А когда она в следующий раз
пришла к врачу

и ей сделали электрокардиограмму,

она показала, что Донна
перенесла сердечный приступ,

или, используя медицинскую
терминологию, инфаркт миокарда.

Донна так полностью и не оправилась
после этого приступа.

Её уровень сил постоянно снижался,

и она больше не могла делать многое
из того, что когда-то любила.

Она больше не успевала за своими внуками,

и даже дойти до почтового ящика

стало тяжело.

Однажды её внучка зашла к ней,
чтобы выгулять собаку,

и нашла бабушку мёртвой в кресле.

Врачи сказали, что причиной смерти стала
сердечная аритмия, вызванная приступом.

Но я должен сказать вам ещё кое-что:

Донна была не просто пациенткой.

Донна была моей мамой.

К сожалению, такие истории очень часты.

Сердечные заболевания —
главная причина смертей по всему миру.

В США

это самая распространённая причина
стационарного лечения

и главная строка расходов в медицине.

Мы тратим более 100 миллиардов долларов

в США ежегодно

на лечение сердечных заболеваний.

Для сравнения: это более чем в два раза
превышает годовой бюджет

штата Вашингтон.

Почему эти болезни настолько смертельны?

Ну, во-первых, потому что сердце —
это наименее способный к восстановлению

орган человека.

Сердечный приступ происходит, когда
тромб формируется в коронарной артерии,

которая подаёт кровь к сердечной стенке.

Это приостанавливает ток крови,

а сердечная мышца
очень метаболически активна

и умирает очень быстро,

буквально за несколько часов
после нарушения кровообращения.

А так как сердце не может
нарастить новую мышцу,

на нём формируются рубцы.

Поэтому у пациента образуется

нехватка сердечной мышцы.

У многих болезнь прогрессирует
до такой степени,

что сердце перестаёт справляться

с потребностями организма
в кровообращении.

Этот дисбаланс спроса и предложения —
главная причина сердечной недостаточности.

Когда я говорю с людьми об этой проблеме,

зачастую они пожимают плечами
и говорят что-то вроде:

«Ну, знаешь, Чак, все мы
от чего-нибудь умрём».

(Смех)

Это понятно, но это говорит мне о том,

что мы просто приняли этот статус-кво,
потому что у нас нет другого выбора.

Или есть?

Я считаю, что выбор у нас есть,

и он включает в себя
использование стволовых клеток.

Что такое стволовые клетки?

Если рассматривать их под микроскопом,
в них нет ничего особенного.

Это просто маленькие круглые клетки.

Но у них есть два удивительных свойства.

Первое — они делятся
с сумасшедшей скоростью.

Если я возьму всего одну такую клетку,

через месяц у меня будут их миллиарды.

Второе свойство — они могут
дифференцироваться или видоизменяться.

Эти простые круглые клетки могут стать
клетками кожи, головного мозга,

почек и так далее.

Некоторые ткани в нашем организме
полны стволовых клеток.

Например, костный мозг ежедневно
создаёт миллиарды красных клеток крови.

Другие ткани — например
сердце — неизменны,

и, насколько нам известно, в сердце
совсем нет стволовых клеток.

Поэтому для сердца нам необходимо будет
использовать стволовые клетки извне,

и для этого мы выберем их
наиболее высокоактивный вид —

плюрипотентные стволовые клетки.

Эти клетки называются так потому,

что они могут дифференцироваться
в любой из 240 видов клеток

в человеческом организме.

Моя блестящая идея такова:

я хочу взять плюрипотентные
стволовые клетки человека,

значительно размножить их,

дифференцировать их в клетки
сердечной мышцы

и использовать их

для трансплантации в сердца пациентов,
перенёсших сердечные приступы.

Я думаю, что это создаст на сердечной
стенке новую мышечную ткань,

что, в свою очередь, восстановит
сократительную функцию сердца.

(Аплодисменты)

Но чтобы вам зря не аплодировать —
это моя идея 20-летней давности.

(Смех)

Я был молод, самоуверен и думал:

пять лет в лаборатории, и мы справимся

и начнём использовать это в клиниках.

Но вот что произошло на самом деле.

(Смех)

Мы начали работу над дифференцировкой
плюрипотентных клеток в сердечную мышцу.

Наш первый эксперимент был успешным.
В какой-то мере.

Мы получили комочки бьющегося
человеческого сердца в колбе,

и это было так здорово,
потому что это значило,

что — в принципе —
мы сможем достичь нашей цели.

Но когда мы начали делать подсчёт клеток,

мы поняли, что только одна из каждой
1 000 стволовых клеток превратилась

в клетку сердечной мышцы.

Остальные были смесью
мозговых, кожных, хрящевых

и кишечных клеток.

Как сделать так, чтобы клетка,
которая может стать чем угодно,

стала клеткой именно сердечной мышцы?

Для этого мы решили обратиться
к науке эмбриологии.

Эмбриологи более столетия размышляют

о загадках развития сердца.

Они практически предоставили нам

Google-карту движения от одной
оплодотворённой яйцеклетки

до полной сердечно-сосудистой
системы человека.

Мы бессовестно украли эту информацию

и попытались создать сердечно-сосудистую
систему в чашке Петри.

Это заняло около пяти лет,

но теперь 90 % наших стволовых клеток
дифференцируются в сердечные клетки —

это улучшение в 900 раз!

Мы были очень рады.

На этом слайде представлен
наш текущий результат.

Мы растим клетки сердечной мышцы
небольшими трёхмерными комочками,

сердечными органоидами.

В каждом из них — от 500 до 1 000
клеток сердечной мышцы.

Если присмотреться, можно увидеть,
что эти органоиды подёргиваются;

каждый бьётся независимо от других.

Но они ещё кое-что умеют.

Мы взяли ген тихоокеанской медузы
у северо-западного побережья США

и применили методику
редактирования генома,

чтобы срастить этот ген
со стволовыми клетками.

Это заставляет клетки сердечной мышцы
мигать зелёным при каждом сокращении.

Теперь мы были готовы начать
эксперименты на животных.

Мы взяли клетки сердечной мышцы

и пересадили их в сердца крыс,

которым были стимулированы
сердечные приступы.

Через месяц я с волнением
посмотрел в микроскоп,

чтобы узнать результаты,

и увидел...

я ничего не увидел.

Все клетки умерли.

Но мы продолжали работать над этим
и создали биохимическую смесь,

которую мы назвали
«коктейлем для выживания»,

и она позволила клеткам пережить

тяжёлый процесс пересадки.

Теперь, когда я смотрю в микроскоп,

я вижу свежую, молодую
сердечную мышцу человека,

растущую на повреждённой
стенке сердца крысы.

Мы были очень рады такому прогрессу.

Но у нас был и другой вопрос:

будет ли эта мышца сокращаться
синхронно с самим сердцем?

Чтобы найти ответ,

мы вернулись к клеткам с геном медузы.

По сути, мы использовали эти клетки
как «космический зонд»,

который мы отправляли в незнакомую среду

и потом получали такой мигающий отчёт

об их биологической активности.

Здесь вы видите

сильно увеличенное чёрно-белое
изображение сердца морской свинки,

повреждённое и получившее три
трансплантата сердечной мышцы человека.

Вы видите эти диагонально
идущие белые линии.

Это следы от иглы,

содержащие пару миллионов
сердечных клеток человека.

Сейчас я начну это видео,
и вы увидите то, что увидели мы

под микроскопом.

Наши клетки мигают,

и мигают они синхронно,

через стенки повреждённого сердца.

Что это значит?

Это значит, что клетки живы,

они в порядке, они сокращаются

и им удалось связаться друг с другом,

поэтому бьются они синхронно.

Но дальше становится ещё интересней.

Если вы взглянете на нижнюю часть экрана,

то увидите электрокардиограмму
сердца морской свинки.

Если сопоставить мигание с сердцебиением

на электрокардиограмме,

вы увидите абсолютное совпадение.

Иными словами, сердце
морской свинки задаёт ритм,

а клетки сердечной мышцы
человека идут в такт,

как строй солдат.

(Аплодисменты)

Сейчас наши исследования на стадии,
которая, на мой взгляд,

станет лучшим прогнозом
результатов для человека —

мы работаем с макаками.

На следующем слайде представлено
изображение сердца макаки,

которой был стимулирован
сердечный приступ,

а затем введена инъекция
солевого раствора.

По сути, это как применение плацебо,

демонстирующее естественную
историю болезни.

Сердечная мышца макаки показана красным,

а голубым обозначена рубцовая ткань,
образованная в результате приступа.

Здесь сразу заметен дефицит мышечной ткани

в некоторых частях сердечной стенки.

Достаточно очевидно, что такому сердцу

сложно будет работать в полную силу.

А это, для сравнения, сердце
с пересаженными стволовыми клетками.

Здесь, как и прежде, сердечная мышца
обезьяны показана красным,

но тут сложно даже разглядеть
голубую рубцовую ткань,

а всё потому, что мы смогли восполнить её

сердечной мышцей человека,

поэтому здесь хорошая, толстая стенка.

Итак, давайте кратко повторим.

Я показал вам, что можно
взять стволовые клетки

и дифференцировать их
в клетки сердечной мышцы.

Мы узнали, как уберечь их от гибели
после трансплантации,

показали, что они бьются
синхронно с сердцем

и что их можно использовать на животном,

являющимся наилучшим
предсказателем реакции человека.

Кажется, мы уже столкнулись со всеми
возможными препятствиями на нашем пути.

Оказывается, нет.

Эти эксперименты на макаках показали нам,

что сердечные клетки человека создают
период электрической неустойчивости.

Они вызывают желудочковую аритмию,
или нерегулярное сердцебиение,

в течение нескольких
недель после пересадки.

Это было очень неожиданно, так как
не наблюдалось у более мелких животных.

Мы подробно изучили этот вопрос,

и оказывается, это происходит потому,
что наши клеточные трансплантаты

достаточно незрелые,

а незрелые клетки сердечной мышцы
действуют как кардиостимуляторы.

Поэтому когда мы пересаживаем их в сердце,

они начинают конкурировать с ним

в отношении того, кто задаёт ритм.

Это примерно как если бы вы привели
группу подростков к себе домой,

и они не хотят следовать вашим правилам
и вашему укладу жизни,

и требуется много времени и сил,

чтобы призвать их к порядку
и сплочённости.

Поэтому сейчас наш план —

дать этим клеткам пережить этот
сложный подростковый период

в пробирке

и только потом выполнять пересадку,

и они должны вести себя более пристойно

и быть готовы выполнять указания свыше.

Оказывается, пока мы можем
справляться с этой проблемой

с помощью противоаритмических препаратов.

Итак, по-прежнему стоит важный вопрос,

и это, конечно, основная
причина нашей работы:

действительно ли мы можем восстановить
работу повреждённого сердца?

Чтобы ответить на него,

мы обратились к показателю, называемому
фракцией выброса левого желудочка.

Фракция выброса — это объём крови,

выталкиваемой левым желудочком

в момент сокращения.

У здоровых макак, как и у здоровых людей,

фракции выброса около 65 %.

После сердечного приступа фракция выброса
снижается до приблизительно 40 %,

и они находятся на верном пути
к сердечной недостаточности.

У животных, получивших инъекцию плацебо,

при проверке через месяц

фракция выброса остаётся неизменной,

потому что сердце не может
спонтанно восстановиться.

А у каждого животного,
получившего трансплантат

клеток сердечной мышцы человека,

наблюдается значительное
улучшение работы сердца.

В среднем на 8 процентных пунктов,
то есть с 40 до 48 %.

Могу сказать вам, что 8 — это лучше,

чем всё, то есть сейчас
на рынке для людей,

перенёсших сердечные приступы.

Это лучше, чем всё,
что есть, вместе взятое.

Если мы могли бы достичь
8 процентных пунктов в клинике,

я думаю, это стало бы
серьёзным достижением

в сфере здравоохранения.

Но дальше всё становится ещё интереснее.

Это было всего через четыре
недели после пересадки.

Если продлить исследование
до трёх месяцев,

мы получим 22-процентное
улучшение фракции выброса.

(Аплодисменты)

Эти сердца работают настолько хорошо,

что если бы мы не знали,
что животные перенесли сердечный приступ,

мы бы не смогли этого установить
по данным обследований.

Итак, мы планируем начать первую фазу,

первые испытания на людях здесь,
в Университете Вашингтона, в 2020 г.,

всего через два года.

Если эти испытания будут
безопасны и эффективны,

а я уверен, что именно так и будет,

мы планируем расширить масштабы и начать
поставлять эти клетки по всему миру

для лечения пациентов
с сердечными заболеваниями.

Принимая во внимание их частоту,

я думаю, это средство сможет помочь
миллиону или более пациентов в год.

Я представляю ту пору —
возможно, лет через десять, —

когда таким пациентам, как моя мама,
будут предлагать лечение,

направленное на устранение причины,
а не просто смягчение симптомов.

А всё потому, что стволовые клетки
дают нам возможность

восстанавливать организм человека

с помощью его же комплектующих.

В не таком уж далёком будущем

восстановление людей перейдёт

из разряда научной фантастики

в разряд рутинных медицинских процедур.

Когда это произойдёт,

это окажет революционный эффект,

подобный открытию вакцин и антибиотиков.

Спасибо за внимание.

(Аплодисменты)