Клеточная терапия с использованием мезенхимных стромальных клеток (МСК) является перспективным подходом к восстановлению скелетных мышц после травм и заболеваний. МСК, исходно присутствующие в мышце или приходящие в нее из костного мозга в ответ на повреждение, вырабатывают различные регуляторные молекулы, которые благотворно влияют на выживание, размножение и дифференцировку клеток, усиливают рост кровеносных сосудов, оказывают противовоспалительное и антифибротическое действие. Способность к продукции разнообразных факторов, воздействующих на все стадии репаративного процесса, позволяет использовать МСК для ускорения регенерации, что было неоднократно показано на различных экспериментальных моделях повреждения мышц. Эффект МСК может быть усилен путем совершенствования способов доставки клеток в ткань и улучшения их выживаемости; кроме того, секреторный профиль клеток может быть изменен в необходимом направлении путем воздействия различных физических или химических стимулов либо с помощью генетической модификации. Новым направлением регенеративной медицины становится использование продуцируемых МСК внеклеточных везикул и содержащихся в них регуляторных молекул, прежде всего микроРНК. Активацию регенеративного потенциала МСК можно рассматривать как инструмент тканевой инженерии in vivo, стимулирующий восстановление тканей за счет внутренних резервов.
Повреждение скелетных мышц такими воздействиями, как сдавливание, порезы, проколы, отморожения, истощающие физические нагрузки, может приводить к образованию рубцов и значительно ухудшать сократительную способность. Существуют разные подходы к восстановлению мышц после травм и заболеваний, и один из наиболее перспективных связан с использованием мезенхимных стромальных клеток (МСК) (Заглавная иллюстрация). МСК привлекательны для клеточной терапии своей доступностью, легкостью культивирования, несклонностью к образованию опухолей и способностью не отторгаться иммунной системой. Они способны давать начало различным типам зрелых клеток и выделять множество регуляторных молекул, оказывающих благотворное влияние на ткань. В скелетных мышцах, как и во многих других тканях и органах, присутствуют клетки со свойствами МСК, которые в случае травмы размножаются и участвуют в регенерации. Строго говоря, главная роль в восстановлении мышц принадлежит не им, а миосателлитам – незрелым предшественникам, способным дифференцироваться в клетки, сливающиеся затем в мышечные волокна. Однако вклад МСК и близких к ним клеточных популяций, содержащихся в мышцах, также не стоит недооценивать: они создают временную нишу для мышечных предшественников, секретируя молекулы, способствующие их делению и дифференцировке. Кроме того, при травме мышцы в нее приходят МСК из костного мозга. Их привлекают вещества, так называемые хемоаттрактанты, выделяемые тканью в условиях нехватки кислорода из-за повреждения. Эти пришлые клетки тоже участвуют в восстановительном процессе наряду с местными МСК мышц.
Каковы же механизмы участия МСК в регенерации мышечной ткани? Эксперименты на клеточных культурах и на животных с поврежденными мышцами показали, что МСК способны непосредственно давать начало мышечным клеткам или сливаться с ними. Однако такие события происходят редко, и их вклад в регенерации едва ли может быть существенным. Гораздо более важную роль в ней играет способность МСК секретировать биологически активные вещества, способствующие улучшению состояния поврежденной ткани. Эти вещества предотвращают гибель мышечных клеток, стимулируют их размножение и слияние, уменьшают воспаление, усиливают рост сосудов, а значит, и кровоснабжение регенерирующей мышцы. По некоторым данным, они также препятствуют образованию рубца на месте травмы. Таким образом, выделяемые МСК факторы воздействуют на все стадии восстановительного процесса. А значит, дополнительное введение МСК в поврежденную мышцу можно рассматривать как способ комплексной доставки в нее биоактивных молекул для ускорения регенерации.
Этот подход показал свою эффективность в многочисленных опытах на животных. Мышцы мышей или крыс травмировали сдавливанием или надрезанием, разрушали инъекциями токсинов, вызывали мышечную атрофию с помощью высокожировой диеты или длительной иммобилизации конечности, нарушали кровоток в мышцах, перевязывая бедренную артерию, использовали мутантных животных с генетически обусловленной миодистрофией. И во всех этих случаях введение МСК приводило к улучшению структуры поврежденных мышц и их функционального состояния.
Таким образом, результаты использования МСК для регенерации мышц выглядят весьма обнадеживающими. Но эффективность их применения можно сделать еще более высокой, если усовершенствовать доставку клеток в поврежденную ткань, улучшить их выживаемость в организме реципиента или усилить продукцию ими биоактивных молекул. В частности, высокой концентрации МСК в месте повреждения можно достичь, трансплантируя их на искусственных носителях. Разрабатывается и другой подход: на мышцу воздействуют импульсами фокусированного ультразвука, что способствует усиленной миграции в нее МСК. Известна также магнитная система доставки МСК, когда вводимые клетки метят наночастицами оксида железа, а к поврежденной области прикладывают внешнее магнитное поле. В этом случае содержание донорских клеток в травмированной мышце оказывается выше, а ее восстановление эффективнее, чем после трансплантации МСК обычным образом. Еще один путь к повышению регенеративного потенциала МСК состоит в воздействии на них различными физическими или химическими факторами (сниженным содержанием кислорода, механическим натяжением, гормонами, фармакологическими агентами и т.п.), стимулирующими их секреторную активность. Таким образом можно добиться усиленного выделения клетками тех молекул, которые необходимы для регенерации. С той же целью можно подвергнуть МСК генетической модификации, введя в них гены, обеспечивающие синтез необходимых веществ. Наконец, вводить в поврежденную ткань можно не сами МСК, а их внеклеточные везикулы – мембранные пузырьки, заключающие в себе различные регуляторные молекулы. Эти везикулы могут стимулировать клетку-мишень через мембранные рецепторы или, сливаясь с ней, доставлять свое содержимое в цитоплазму.
В последние годы получение МСК с заданными свойствами, необходимыми для полноценного восстановления тканей, становится одной из активно разрабатываемых областей регенеративной медицины. В перспективе знание биологии этих клеток позволит управлять их миграцией к месту повреждения и влиять на их секреторный профиль, что обеспечит эффективную тканевую регенерацию за счет внутренних резервов.
