Трансплантация стволовых клеток костного мозга в лечении травматической болезни спинного мозга

По сведениям М. М. Косичкина (1999) в России ежегодно инвалидами вследствие травмы спинного мозга становятся более 8 ООО человек, что составляет 547 человек на 10 млн. населения. Число таких инвалидов постоянно увеличивается за счет того, что 54,5% из них имеют сроки заболевания более 10 лет (Нестеров В.А., 1977).

Если учесть, что госпитальная смертность в раннем периоде травмы составляет 16,3% (Дралюк М.Г. с соавт., 1993), то естественно, количество травмированных намного больше, чем получивших инвалидность.

В США встречаемость спинномозговых повреждений достигает до 1 случая на 1000 населения в год (Hulsebosch С.Е., 2002). Так, по данным Berkowitz М. et al. (1992) и Kakulas В.А. (1999) в настоящее время в США проживает около 400 000 больных с повреждениями спинного мозга и ежегодно регистрируется до 10−15 тыс. новых случаев, большая часть из которых приходится на возрастную категорию от 16 до 31 года. Затраты на лечение данной группы больных составляют 500 тыс. долл. США при параплегии и 1 млн долл. США при тетраплегии (Stover S.L., Fine Р.В., 1987; Gutierrez P.A. et al., 1993).

Рост встречаемости и экономические затраты на лечение данной категории больных подчеркивают социально-экономическую важность проблемы и обосновывают поиск новых путей лечения ТБСМ.

Эффективность многочисленных оперативных вмешательств и способов восстановления функции спинного мозга в различные периоды травматической болезни спинного мозга, несмотря на оптимистичные публикации, очень низка (Ступак В.В., 1997; Басков A.B., 1998; Щевелев И. Н. и соавт., 2000; Кельмаков В. П., 2002, 2005; Benzel Е.С., LarsoT S.J., 1986; Anderson P.A., Bohlman H.H., 1992; Vaccaro A.R. et al., 1997; Tator C.H., 2001). Об этом свидетельствует то, что почти все больные с ТБСМ от 80% до 95% остаются глубокими инвалидами, требующими постороннего ухода (Косичкин М.М., 1996, 1998, 1999; Bracken М.В., Holford T.R., 2002; Berkowitz М. et al., 1998; Gardenas D.D. et al., 2004).

Гибель клеточных и волоконных структур (нейронов и глии) в первичном очаге повреждения спинного мозга, продолжение и распространение процесса вторичного повреждения на значительное расстояние обусловливают клиническую картину травматической болезни спинного мозга (Басков A.B. и др., 2002; Beattie M.S. et al., 2000).

Перспективным направлением лечения патологии центральной нервной системы является клеточная заместительная терапия. Проводились клинические исследования по применению эмбриональных стволовых клеток при детских врожденных патологиях (Кафанова М.Ю. и соавт., 2000), ишемическом и геморрагическом инсульте (Семченко В.В. и соавт., 2004; Chen J. et al., 2001), черепно-мозговой травме (Рабинович С.С. и соавт., 1999; Савченко С. А., 2005), болезни Паркинсона (Cova L. et al., 2004).

При травме спинного мозга исследована возможность применения клеток миелиновой оболочки обонятельного тракта (Lu J., Ashwell К., 2002), олиго-дендроцитов, шванновских клеток (Bunge R.P., 2001), эмбриональных и нейральных стволовых клеток (Карпенко Д.О., 2005; Савченко С. Д., 2005; Zompa Е.А. et al., 1997; McDonald J.W. et. al., 1999). Авторы указывают, что после пересадки отмечается дифференцировка стволовых клеток в клетки нейронального и глиального ряда (Карпенко Д.О., 2005; Brazelton T.R. et al., 2000).

В экспериментальной биологии и медицине широко дискутируется вопрос полипотентности стволовых клеток костного мозга. По данным авторов, их использование в раннем периоде травматической болезни спинного мозга оказывает положительное влияние на неврологическое восстановление и гистоструктуру очага повреждения (Mezey Е. et al., 2000; Hofstetter С.Р. et al., 2002; Padovan C.S. et al., 2003; Chopp M. et al., 2000; David C. et al., 2002).

Однако, возможность применения трансплантации стволовых клеток костного мозга в позднем периоде травматической болезни спинного мозга, выбор вида клеток, оптимальных сроков трансплантации и их клиническая эффективность остаются неизученными, что определило цель нашего исследования.

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ: Изучить влияние трансплантации стволовых клеток костного мозга на восстановление функции спинного мозга в эксперименте и клинически апробировать возможность применения аутологичных стволовых клеток в комплексном лечении травматической болезни спинного мозга.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. На модели экспериментального повреждения спинного мозга изучить восстановление двигательной функции спинного мозга в зависимости от типа трансплантируемых клеток и сроков их введения.

2. Изучить морфологическую картину зоны повреждения спинного мозга при трансплантации различных фракций стволовых клеток костного мозга в ранние (7 суток) и поздние (21 сутки) сроки после повреждения.

3. Провести сравнительное изучение клеток костного мозга (стволовых кроветворных клеток, лимфоцитов) и возможность генерации мезенхимальных стволовых клеток у пациентов в позднем периоде травматической болезни спинного мозга и у здоровых доноров.

4. Разработать способ лечения травматических повреждений спинного мозга с использованием аутологичных стволовых клеток костного мозга, оценить его безопасность и эффективность в комплексном лечении больных в позднем периоде травматической болезни спинного мозга.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

На модели экспериментального повреждения спинного мозга крыс породы Вистар впервые установлено, что достоверной эффективностью в отношении' восстановления неврологического дефицита обладает фракция мезенхимальных стволовых клеток. Положительная неврологическая динамика наблюдается при* трансплантации фракции мезенхимальных стволовых клеток как в ранние (через 7 суток), так и в поздние (через 21 суток) сроки после травмы.

Путем морфологических исследований впервые установлено, что трансплантация фракции мезенхимальных стволовых клеток ведет к формированию нежного рубца с большим количеством сосудов в области дефекта спинного мозга. В смежной с областью иссечения зоне спинного мозга отмечается меньшая выраженность кистозно-дегенеративных изменений и большее количество сосудов, чем в группе контроля.

Впервые проведено сравнительное исследование клеток костного мозга (стволовые кроветворные клетки, зрелые лимфоциты и мезенхимальные клетки) больных травматической болезнью спинного мозга и здоровых доноров. Выявлено отсутствие существенных изменений костного мозга (стволовых кроветворных клеток, лимфоцитов) и возможность генерации мезенхимальных стволовых клеток у больных в позднем периоде травматической болезни спинного мозга.

Разработан и клинически апробирован способ лечения травматических повреждений спинного мозга (заявка на изобретение № 2 005 107 988 с приоритетом от 22.03.2005), основанный на использовании аутологичных стволовых клеток костного мозга.

На основании клинической апробации метода впервые показана безопасность трансплантации аутологичных стволовых клеток костного мозга в комплексном лечении травматической болезни спинного мозга. Применение аутологичных стволовых клеток костного мозга позволяет добиться регресса нарушений двигательных и чувствительных функций у большего числа больных.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ.

Результаты экспериментальных исследований могут стать основой для дальнейших работ по изысканию новых методик лечения травматической болезни спинного мозга с использованием стволовых клеток костного мозга. ->

Отсутствие изменений клеток костного мозга больных с травматической болезнью спинного мозга в позднем периоде, в том числе стволовых кроветворных клеток, лимфоцитов и возможность генерации мезенхимальных4 стволовых клеток позволяет применять клетки костного мозга в качестве источника стволовых клеток для аутологичной трансплантации.

Разработанный способ лечения травматических повреждений спинного' мозга путем трансплантации стволовых клеток костного мозга является безопасным и позволяет повысить эффективность лечения травматической болезни спинного мозга в позднем периоде за счет более четкой и стойкой положительной динамики неврологических показателей.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Применение фракции мезенхимальных клеток костного мозга как в раннем (на 7 сутки), так и в позднем (на 21 сутки) периоде после экспериментального повреждения спинного мозга по сравнению с другими фракциями оказывает наибольшее положительное влияние на восстановление двигательной функции.

2. Трансплантация фракции мезенхимальных стволовых клеток костного мозга в раннем (на 7 сутки) и в позднем (на 21 сутки) периоде после экспериментального повреждения спинного мозга приводит к уменьшению кистозно-дегенеративных изменений, увеличению количества сосудов в области иссечения и смежной с ней областях спинного мозга в сравнении с контрольной группой животных.

3. Костный мозг пациентов с травматической болезнью спинного мозга ввиду отсутствия изменений стволовых кроветворных клеток, лимфоцитов в сравнении со здоровыми донорами, возможности генерации мезенхимальных стволовых клеток является полноценным источником стволовых клеток для практического применения в клеточной терапии.

4. Трансплантация аутологичных стволовых клеток является безопасным методом лечения травматической болезни спинного мозга в позднем периоде и повышает эффективность комплексной терапии.

Основные положения работы доложены на: I Международной научно-практической конференции молодых ученых по вертебрологии и смежным дисциплинам. Новосибирск. 2005 г.- Научно-практической конференции с международным участием «Современные технологии диагностики, лечения и реабилитации больных с заболеваниями, повреждениями позвоночника, спинного мозга и периферической нервной системы. Курган. 2005 г.- Заседании ассоциации нейрохирургов г. Новосибирска. 2005 г.- V Республиканской научно-практической конференции «Актуальные проблемы организации экстренной медицинской помощи: малоинвазивные методы диагностики и лечения в экстренной медицине» г. Бухара. Узбекистан. 2005 гРасширенном заседании Ученого совета Новосибирского НИИТО. 2005 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе за рубежом — 6.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

.

Диссертационная работа изложена на 137 страницах. Содержит 54 рисунков, 24 таблиц и 2 приложения. Состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка использованной литературы, содержащего 221 источник, из них 64 отечественных и 157 иностранных авторов.

выводы.

1. Трансплантация фракции мезенхимальных стволовых клеток на 7 и 21 сутки после экспериментального повреждения спинного мозга приводит к восстановлению двигательной функции до 30% и 36,9%, соответственно (относительно животных без повреждения) и достоверно превышает показатели спонтанного восстановления у контрольных животных (13,6%).

2. При трансплантации на 7 сутки и 21 сутки после экспериментального повреждения фракции мезенхимальных клеток костного мозга в зоне дефекта и смежной с ней области спинного мозга к 35 суткам отмечается образование глиального рубца с меньшим количеством кист и большим количеством сосудов по сравнению с контрольными животными.

3. Костный мозг больных в позднем периоде травматической болезни спинного мозга характеризуется сохранным количеством стволовых кроветворных клеток, зрелых лимфоцитов и возможностью генерации мезенхимальных стволовых клеток, что указывает на его потенциальную полноценность для аутологичной трансплантации.

4. Способ лечения травматической болезни спинного мозга в позднем периоде с использованием трансплантации аутологичных стволовых клеток костного мозга является безопасным и приводит к положительному клиническому эффекту достоверно чаще (66,4%), чем в группе сравнения (27,8%).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

С учетом динамики течения травматической болезни спинного мозга в позднем периоде, даже при отсутствии рентгенологической картины сдавления и деформации позвоночного канала, необходимо периодическое проведение МРТ исследования на предмет выявления кистозно-дегенеративных изменений в зоне повреждения спинного мозга.

У больных в позднем периоде травматической болезни спинного мозга аутологичный костный мозг может применяться для проведения трансплантационного лечения в виду сохранения основных характеристик и возможности выделения мезенхимальных стволовых клеток.

Полное нарушение функции спинного мозга с отсутствием положительной динамики неврологического статуса в течение последних трех месяцев, дегенеративные изменения спинного мозга по данным МРТ исследования являются показаниями для операции менингомиелорадикулолиза с трансплантацией аутологичных стволовых клеток костного мозга при травматической болезни спинного мозга.. .

ОТ АВТОРА.

Завершая свой труд, считаю своим долгом выразить признательность всем, кто был причастен к выполнению данной работы.

Глубокую и искреннюю благодарность приношу моим руководителям, доктору медицинских наук Ступак Вячеславу Владимировичу и доктору медицинских наук, профессору Черных Елене Рэмовне. Особо благодарю заслуженного деятеля науки РФ, д.м.н., профессора Зайдман Аллу Михайловну за близкое сотрудничество и неоценимую помощь.

Благодарю сотрудников клиник нейрохирургии, позвоночно-спинномозговой травмы ФГУ НИИТО РОСЗДРАВА и лаборатории клеточных технологий НИИ ИКИ СОРАМН за постоянную товарищескую помощь и поддержку.

Выражаю признательность всем сотрудникам экспериментального отделения, объединенного оперблока, рентгенологического отделенияМР-томографии, отдела научно-медицинской информации, научной библиотеки, группы развития компьютерных технологий за помощь, оказанную' на этапах исследования.

Отдельно хочу поблагодарить супругу и всю свою семью за долготерпение и взаимопонимание во время выполнения диссертационной работы.