Lielākā daļa sirds slimību parādās un progresē noteiktā vecumā. Sirds noveco un kļūst slimāka līdz ar saimnieku. To ietekmē vide un citi faktori. Cilvēkam novecojot, miokarda infarkts, sirds mazspēja un lielākā daļa aritmiju kļūst par nopietnām slimībām, jo vecums ir vienīgais neietekmējamais riska faktors. Kā var aizkavēt neatgriezenisku sirds novecošanu vai atjaunot efektīvu sirds funkcionālo aktivitāti? Šis raksts veidots, lai pievērstu uzmanību sirds šūnām kā terapeitiskam mērķim nākotnē.
Kardiomiocīti
Dogma - statisks kardiomiocītu daudzums
Sirds darbība tiek organizēta ar dažādu šūnu mijiedarbību, kas funkcionē kā viens vesels, lai nodrošinātu asinsriti organismā. No embrija sirds aizmetņa cauri visai dzīvei sirdī fizioloģiski ir nodrošināta kardiomiocītu elektromehāniskā integrācija un kontraktīlā funkcija, saglabāta optimāla anatomiskā forma, asinsrite sirdī un organismā. Tas nodrošina īslaicīgu un ilglaicīgu pielāgošanos mainīgai noslodzei dzīves laikā. Līdz mūsu gadsimta sākumam pastāvēja dogma par statisku kardiomiocītu daudzumu cilvēka organismā, jo pēc indivīda piedzimšanas ģenētiskā programma nosaka kardiomiocītu proliferācijas izbeigšanos. Bija uzskats, ka zīdītāju sirds kardiomiocīti, kam pamatā ir saraušanās funkcija, ir līdz galam diferencētas šūnas, kas vairs nedalās pēc dzimšanas. Tā vietā sirds augšana cilvēkam no neonatālās līdz pieaugušo stadijai ir rezultāts fenomenam, t.s. hipertrofijai, kuras laikā kardiomiocīti palielinās izmērā, nepalielinot šūnu skaitu. Uzskatīja, ka bojājums sirds kambara sienā pēc miokarda nekrozes vienmēr tiek aizstāts ar saistaudiem.
Jauni atklājumi - kardiomiocīti atjaunojas
Ir jauni pierādījumi, ka kardiomiocīti ir termināli diferencēti, tomēr sirds atjaunojas.
Iepriekšējie pieņēmumi nesen tika kardināli pārskatīti, pateicoties divu izcilu zinātnisku grupu veiktajiem eksperimentiem. Nav viegli mainīt ilgstoši pastāvējušus stereotipus, tāpēc šie eksperimenti bija izplānoti nevainojami, ar daudzām iekšējām kontrolēm, lai pierādītu svarīgu faktu: kardiomiocīti mūsu sirdī lēni atjaunojas visas dzīves laikā.
Izmantojot dubulto transgēnu peļu modeli un specifisku "vecu" kardiomiocītu iezīmēšanas stratēģiju (fate mapping, in pulse-chase fashion), zinātnieka Lī grupa ieguva pārliecinošus pierādījumus, ka zīdītāju sirdī pēc piedzimšanas veidojas jauni kardiomiocīti. Iezīmēšanai lietotā viela GFP (green fluorescent protein) saglabājās kardiomiocītos visu peļu dzīves laiku un bija pārliecinoši vizualizējama. Pirmajā dzīves gadā peļu sirdī iezīmēto kardiomiocītu skaits faktiski nemainījās, kas liecināja par stabilu "vecu" kardiomiocītu populāciju. Pēc eksperimentāla miokarda infarkta izraisīšanas peļu sirdī - išēmijas robežas zonā - bija novērojams ievērojams "jaunu" neiezīmētu kardiomiocītu pieaugums, kas liecināja par intensīvu kompensatoru kardiomiocītu repopulāciju. Pētniekiem neizdevās noskaidrot "jauno" kardiomiocītu izcelsmes avotu, vai tie būtu kardiomiocītu priekšteči (progenitor cells) vai cilmes šūnas. [1]
Zinātnieka Frīzena vadītā grupa piedāvāja cilvēka kardiomiocītu vecuma noteikšanu pēc radioaktīva izotopa inkorporācijas DNS molekulā. Aukstā kara laikā līdz 1963. gadam atkārtoti tika veikti kodolieroču izmēģinājumi atmosfērā. Cilvēka pūliņi vainagojās ar desmitkārt augstāku radioaktīvā oglekļa-14 izotopa koncentrācijas pieaugumu atmosfērā (CO2 molekulas veidā). Pēc 1963. gada oglekļa-14 izotops ārējā vidē pakāpeniski samazinājās. Tas integrējās augos un vēlāk pa barības ķēdi izplatījās citos dzīvajos organismos.
Cilvēka populācija visā pasaulē zināmu laika periodu ar pārtiku saņēma ievērojumu radioaktīvā oglekļa-14 izotopa daudzumu, kas ieslēdzas organisma struktūrās, to skaitā DNS molekulās. Pētījuma hipotēze: tiem, kas dzimuši radioaktīvā piesārņojuma laikā (kad intrauterīni izveidojas sirds), kardiomiocītu DNS molekulā oglekļa-14 izotopa koncentrācijai būtu jābūt konstanti augstai visu dzīves laiku. Oglekļa-14 pussabrukšanas periods ir 5730 gadi. Cilvēkam dzīvojot mazāka radioaktīvā piesārņojuma laikā, DNS molekulās oglekļa-14 koncentrācija "atšķaidās" ar neradioaktīvo oglekļa-12 izotopu. Tas notiek šūnu repopulācijas gadījumos.
Pētījuma rezultāti liecina, kā cilvēkam dzīves laikā oglekļa-14 izotopa koncentrācija kardiomiocītu DNS molekulās krītas un kardiomiocīti atjaunojas. Ar šīs metodes palīdzību bija iespējams saskaitīt kardiomiocītu repopulācijas ātrumu.
Jauniem cilvēkiem kardiomiocītu atjaunošanās ātrums ir 1% gadā, samazinoties līdz pat 0,45% 75 gadu vecumā. [2]
Piecdesmit gadu vecumā sirdi veido 55% kardiomiocītu, kas funkcionē no indivīda piedzimšanas, bet 45% dzīves laikā nomainās. Šis aprēķins ir vidējais kardiomiocītu nomaiņas ātrums cilvēku populācijā. Indivīdiem ar išēmiskiem, infekcioziem un autoimūniem procesiem kardiomiocītu repopulācijas dinamika ir atšķirīga.
Kardiomiocītu apritē var atklāt arī citu svarīgu notikumu, vērojot pacientus pēc sirds un kaulu smadzeņu transplantācijas. Pēdējo gadu laikā pierādīts, ka donora un recipienta hematopoēzes pēc alogēnas transplantācijas var līdzpastāvēt. Tāds stāvoklis tiek saukts par jaukto himērismu un var beigties ar autologo šūnu pārsvaru (autologous recovery). Ja donors un recipients ir dažādu dzimumu pārstāvji, tad sirdī himērisms ir viegli izsekojams, vērojot dzimuma hromosomas XX un XY kardiomiocītos. Saskaitot kardiomiocītus ar XX un XY kariotipu, bija iespējams ne tikai aptuveni aprēķināt kardiomiocītu nomaiņas dinamiku, bet arī saprast, ka vismaz daļa no kardiomiocītu priekštečiem veidojas no kaulu smadzeņu cilmes šūnām. Kardiomiocītu nomaiņas dinamika korelēja ar Frizēna grupas iegūtajiem rezultātiem. [3]
Īss apkopojums par cilvēka kardiomiocītiem:
- tie var diferencēties no cilmes vai progenitora šūnām invivo un invitro;
- dzīvo ilgi, vismaz puse no tiem virs 70gadiem;
- dzīves laikā notiek lēna repopulācija, aptuveni 1% gadā. Datu par kardiomiocītu nomaiņas dinamiku pieejamos literatūras avotos vēl nav;
- organismam novecojot, repopulācijas intensitāte samazinās uz pusi; vai šūnu bojāejas dinamika pieaug līdz ar vecumu(?);
- pēc miokarda infarkta notiek intensīva, bet nepietiekama kardiomiocītu reģenerācija;
- kardioģenēze pēc bojājuma notiek lēnām. Jaunu kardiomiocītu elektromehāniskā integrācija miokardā ilgst vismaz 3mēnešus (peļu modelis).[4]
Cilmes šūnas
Daudzās medicīnas nozarēs daudzu patoloģiju gadījumos pašlaik noris klīniskie pētījumi, izmantojot cilmes šūnas ar dažādu līmeņu terapeitisko efektu. Izmantojums ir aktuāls tādu slimību gadījumos vai klīniskajos gadījumos, kad konvencionālās ārstēšanas metodes ir ar ierobežotu ārstējošu efektu vai neefektīvas.
Cilmes šūnas pieaugušam cilvēkam var dalīties simetriski, veidojot divas identiskas cilmes šūnas. Pie simetriskās dalīšanās notiek cilmes šūnu repopulācija. Jaundzimušajiem cilmes šūnas simetriski dalās 30 un vairāk reižu, jo jānodrošina organisma augšana. Cilmes šūnu proliferācijas potenciāls dzīves laikā samazinās, un vecākiem indivīdiem tas ir ierobežots. [5] Šis novērojums ir principiāls, jo klīniskos pētījumos ir svarīgs ievadīto cilmes šūnu skaits un to reģeneratīvais potenciāls, kas ir tieši atkarīgs no pacienta vecuma.
Cilmes šūnu asimetriska dalīšanās ir biežākais dalīšanās veids, kas nodrošina progenitoru un specializētu šūnu repopulāciju. Mātes cilmes šūnai daloties, viena meitas šūna veido priekšteču šūnu populāciju, diferencējoties dažādos savas līnijas audos, bet otra meitas šūna paliek identiska mātes cilmes šūnai, saglabājot pluripotento potenciālu. Šāda šūnu dalīšanās īpatnība savā ziņā ir cilmes šūnu nemirstības īpašība, jo cilmes šūna šķietami paliek nemainīga pēc vairākām dalīšanās reizēm dzīves laikā. Tāpēc vecākiem indivīdiem cilmes šūnu dalīšanās potenciāls ir ievērojami samazināts. Molekulārajā līmenī ir atrastas daudzas šūnu novecošanās pazīmes, kas, savukārt, apstiprina cilmes šūnu novecošanās teoriju. Īsi sakot, klīniska novecošanās seko cilmes šūnu novecošanai.
Cilmes šūnu identifikācija un klasifikācija
Cilmes šūnu identifikācija un klasifikācija ir ievērojami apgrūtināta. Morfoloģiski cilmes šūnas nav atšķiramas savā starpā. Šūnas virsmas marķieri (receptori), ko pamatā izmanto hematoloģijā, lai raksturotu hematopoētisko šūnu diferenciācijas pakāpi, nav pietiekami specifiski, lai raksturotu cilmes šūnas. Neseni sasniegumi plūsmas citofluorometrijā, kas ļauj vienlaikus identificēt daudzus virsmas marķierus (CD), nav atrisinājuši cilmes šūnu identificēšanas procesu klīniskajā diagnostikā un pētījumos.
Klasiski cilmes šūnu marķieru, piemēram, CD 34, CD 45 un CD 133, ekspresija var būt atšķirīga starp cilmes šūnām. Cilmes šūnu klasifikācija ir tapšanas procesā, un pētījumu analīze ir apgrūtināta un atkarīga no katras pētnieku grupas individuālās pieejas, raksturojot cilmes šūnu fenotipu.
Eksperimentālajā un klīniskajā kardioloģijā izmantojamie eksogēnie un endogēnie cilmes šūnu kandidāti nosacīti iedalāmi šādās kategorijās:
- raksturojot recipienta un donora radnieciskumu: autologas, allogēnas, ksenogēnas;
- atbilstīgi iegūšanas avotam: kaulu smadzeņu, placentāro un nabassaites asiņu, skeleta muskuļaudu, taukauduu.tml.;
- raksturojot cilmes šūnu potenci diferencēties par dažādu dīgļšūnu līnijām: pluripotentas, multipotentas, unipotentas;
- biežāk izmantojamās cilmes šūnas nosauc pēc diferenciācijas audu tipa: hematopoētiskās cilmes šūnas (HSC), mezenhimālās cilmes šūnas (MCŠ).
Pieauguša cilvēka MCŠ deponējas visā organismā, funkcionējot kā regulāra šūnu nomaiņas rezerve. MCŠ spēj nosacīti veidot visus nehematopoētiskos audus, to skaitā adipocītus, hondrocītus, osteocītus, skeleta miocītus, kardiomiocītus, endotēlija un citas šūnas. [6] Ir iegūta reta cilmes šūnu populācija - ļoti mazas, embrionālām cilmes šūnām līdzīgas cilmes šūnas (very small embrional-like stem cells, VSEL-SCs), kas ekspresē uz šūnu virsmas Sca-1+/Lin-/CD45- receptorus. VSEL-SCs ir maz izpētīta cilmes šūnu subpopulācija, kam daudzi autori piešķir īpašu orgāna organizējošu funkciju. VSEL-SCs ir līdzīgas embrionālo cilmes šūnu fenotipam, un veidojas priekšstats par šo šūnu ekstraordināro reģeneratīvo potenciālu. VSEL-SCs ir pluripotentas šūnas ar spēju diferencēties par kardiomiocītiem, endotēlija šūnām un citām mezenhimālām šūnu līnijām. [8]
Cilmes šūnu izmantojuma izvērtējums
Šūnu terapijas tehnoloģiju izmantojumu pamato modernas un novatoriskas diagnostikas ierīces. Pašlaik, izvērtējot cilmes šūnu izmantojuma klīnisko efektivitāti kardioloģijā, nav iespējams ar konvencionālu "zelta standarta" sirds izmeklēšanas metodiku novērtēt dinamiskus reģeneratīvos procesus sirdī. Terapijas efektivitātes novērtējumu balsta objektīvais sirds funkcionālās aktivitātes raksturojums: sirds minūtes izsviedes tilpums, kas nosakāms ehokardiogrāfiski, ar magnētisko rezonansi, ar sirds datortomogrāfiju utt.
Atšķirībā no sirds anatomiskajiem, funkcionālajiem, elektrogrāfiskajiem un koronāras asinsrites izmeklējumiem sirds šūnas kā klīniskais izpētes objekts klīniskajā praksē tiek konsekventi ignorētas. Tam ir arī objektīvs skaidrojums. Dzīvu šūnu parauga iegūšana no miokarda ir invazīva procedūra ar iespējamām komplikācijām. Tā ir arī relatīvi dārga, ja ņem vērā, ka iepriekš jāveic sirds elektromehāniska kartēšana, sirds datortomogrāfija un citi izmeklējumi. Un beigu beigās nav skaidrs, kādā veidā sirds parauga histoloģiskā atbilde var palīdzēt kardioloģiska pacienta ārstēšanā.
Protams, histoloģiskā atbilde raksturo vienas reizes notikumu sirdī un tikai biopsijas paņemšanas vietā. Savukārt klīnicistu varētu interesēt dinamisks novērojums, piemēram, išemizētajā miokardā, lai spriestu par ārstēšanas efektivitāti un individualizētu medi ka mentu izmantojumu. Daļēji miokar da metabolis ma izmaiņas dinamiku var raksturot ar pozitrona emisijas tomogrāfiju, saslēdzot to ar citu datora attēldiagnostikas izmeklējumu.
Pētījumos, kur tiek izmantotas ar cilmes šūnām saistītas ārstēšanas tehnoloģijas, konceptuāli un praktiski svarīgi ir novērot dzīvu kardiomiocītu, asinsvadu un stromas šūnu repopulāciju un integrāciju sirdī. Lai izvērtētu ārstēšanas kvalitāti un rastu iespēju izmantot papildu koriģējošas manipulācijas dinamikā, šis process būtu jāpārrauga dažādos laikposmos pēc procedūras maksimāla terapeitiskā efekta iegūšanai. Pašlaik nav skaidrības, uz kā rēķina uzlabojas sirds izsviedes tilpums: vai ir uzlabojusies koronārā asinsrite, vai mazinājusies miokarda hibernācija, vai izveidojies jauns funkcionējošs miokards noteiktās proporcijās - kādā secībā un kvalitātē tas viss notiek pacienta sirdī dinamikā. Lai ar šūnām saistīta terapija būtu patiesi veiksmīga, nepieciešams noteikt jauno šūnu atrašanās vietu, dzīves ilgumu, proliferācijas un diferenciācijas dominances, ka arī iespējamos nelabvēlīgos apstākļus diagnostikai, kas nosaka, piemēram, šūnu bojāeju.
Rezultāti, kas iegūti šūnu molekulārajā attēlveidošanā, pētījumos sniegs vērtīgu ieskatu par svarīgām organisma norisēm, kas nav ieskicēti pat teorētiskajā plaknē.
Pasaulē ir ziņas par dzīvu šūnu attēlveidošanu molekulārā līmenī. Dzimst jauna disciplīna - molekulārā attēlveidošana, kas paver iespēju veikt dinamisku neinvazīvu šūnu un molekulāro procesu attēlošanu dzīvos organismos.
Cilmes šūnu terapijas efektivitāte
Cilmes šūnu terapijas efektivitāte ir atkarīga no tehnoloģijas. Pieejamie dati liecina par to, ka tikai 1-5% no ievadītajām cilmes šūnām veido meitas šūnas, kas integrējas miokardā. Ir objektīvi un subjektīvi faktori, kas ierobežo klīnisko efektivitāti:
- ierobežotas zināšanas par optimālu cilmes šūnu ievadīšanas laiku un veidu;
- izprovocēta cilmes šūnu apoptoze, senestence vai osmotiskā citolīze šūnu sagatavošanas laikā;
- cilmes šūnu bojāeja potenciāli citotoksiskā vidē- miokarda nekrozes zonā;
- nepietiekamas zināšanas par cilmes šūnu proliferācijas un diferenciācijas ģenētiski ieprogrammētu taktiku bojājuma zonā.
Cilmes šūnu izmantojums kardioloģijā
Kardiomiocītu diferenciācija in vitro no dažādas izcelsmes cilmes šūnām ir nozīmīgs atklājums, kas sniedz teorētiskus un praktiskus pamatus, lai atjaunotu bojātas sirds funkcionālo un strukturālo veselumu. Kardiomiocīti ir termināli diferencētas šūnas, bet sirds nav termināli diferencēts orgāns. Sirds reģeneratīvais potenciāls ir cilmes šūnas kā unikāls terapeitiskais mērķis un līdzeklis kardioloģijā. Cilmes šūnas ir organisma pastāvēšanas pamatvienība ar spēju veidot orgānus un audus, dziedēt bojājumus un pielāgot organisma funkcionālo kapacitāti mainīgai ārējai videi. Organisma novecošana, koronāra sirds slimība, miokarda infarkts, kardioskleroze un sirds mazspēja ir secīgi notikumi pacienta veselības zuduma ķēdē.
Farmakoterapijas mērķis ir racionāli izmantot atlikušos sirds resursus un aizkavēt sirds mazspējas progresēšanu. Sirds transplantācija nozīmē potenciālu atjaunot asins cirkulācijas kapacitāti organismā. Vienlaikus tā ir dārga ārstēšanas metode ar augstu komplikāciju risku, tās pieejamība sabiedrībā ir principiāli ierobežota.
Autologu skeleta miocītu transplantācija
Pirmais sekmīgais klīniskais pētījums ar mērķi pārtraukt pēcinfarkta patoģenētisku hroniskas sirds mazspējas attīstības secību veikts pagājušajā gadsimtā kardioķirurģijas vienībā. Autologu skeleta miocītu (ASM) transplantācija kreisā kambara rētas rajonā bija revolucionārs mēģinājums atjaunot sirds kontrakcijas potenciālu. Autologu šūnu jēdziens nozīmē, ka ikdienā nav jālieto imūnsupresīva terapija, kas būtu obligāta pacientam pēc sirds transplantācijas. ASM ir viegli pieejami, jo procedūrai vajadzīgais šūnu skaits ir iegūstams no 5 gramiem skeleta muskulatūras. ASM ir sagatavojami dažas dienas pirms paredzētās aorto-koronāras šuntēšanas. ASM injicē sirdī infarkta rētas rajonā aorto-koronārās šuntēšanas laikā.
Daudzu institūciju klīniskie pētījumi apstiprina sirds funkcijas atjaunošanos pēc šīs manipulācijas. Klīniskajā pētījumā kreisā kambara izsviedes frakcija (KKIF) 12 mēnešos bija uzlabojusies vidēji no 28% līdz 35%. Kreisā kambara sistoliskais tilpums samazinājās no 129 ml līdz 104 ml, beigu diastoliskais tilpums no 187 ml līdz 156 ml. Pacientiem pozitīva dinamika saglabājās 24 mēnešus pēc operācijas. [10]
Pēc ziņojumiem par efektīvu ASM izmantojumu kardioloģijā sāka mainīties pētījuma prioritātes nozarē. Vēsturiski cilmes šūnu attīstības posmi kardioloģijā biežāk bija pakļauti ārsta loģiskai domāšanai, nevis teorijā, ko balsta šūnu bioloģija. Bija vērojams starpdisciplinārais informatīvais vakuums starp klīnicistiem un šūnu biologiem. Izmantojumu klīnikās plānoja un nodrošināja medicīnas speciālisti, bet teorētiskos pamatus ar nokavēšanos izstrādāja šūnu bioloģijas speciālisti.
Plānojot eksperimentu, ASM tika uzskatīti par ļoti piemērotu aizvietotāju kardiomiocītiem, jo:
- organismā ir milzīgas ASM rezerves;
- ASM ir ievērojami izturīgāki pret nelabvēlīgiem apstākļiem, pirmām kārtām pret išēmiju;
- izcils proliferatīvs potenciāls;
- liels kontraktīlais potenciāls.
Izcilam klīniskam efektam pēc ASM implantācijas sirdī bija izstrādāta kļūdaina teorētiskā interpretācija. ASM integrējas miokarda rētas rajonā, veidojot saliņas ar skeleta muskuļu un kardiomiocītu sajaukumu. Pacientiem pēc operācijas ievērojami mazinājās sirds mazspējas simptomātika, lai gan tas notika ne uz implantējamo skeleta miocītu rēķina.
Skeleta miocīti neveido elektromehānisku integrāciju ar kardiomiocītiem, kas, savukārt, izslēdz iespēju uzlabot sirds kontrakcijas funkciju. Dzīvnieku modelis atļāva definēt īpašu ASM implanta parakrīnu aktivitāti ar sekojošu kardiomiocītu hipertrofiju un intensificētu neovaskularizāciju. Dzīvnieku modelis ļāva iegūt jaunu interpretāciju par ASM nozīmi sirds funkcijas atjaunošanā. ASM pēc implantācijas sirds rētas rajonā veido labvēlīgu substrātu turpmākai kardiomiocītu repopulācijai. [11]
Cilmes šūnām līdzīgu šūnu transplantēšana
Nākamais izziņas pakāpiens tika sasniegts XXI gadsimta sākumā ar ļoti mazu, embrionālām cilmes šūnām līdzīgu cilmes šūnu (very small embrional-like stem cells, VSEL-SCs) izolēšanu no skeleta muskuļaudiem. Kardioķirurģijā izmantotās ASM sagatavošanas tehnoloģijas nodrošināja, ka VSEL-SCs tiek līdz sirds rētaudiem un tieši uzlabo reģeneratīvos procesus sirdī.
Cilmes šūnas invazīvajā kardioloģijā
Citu cilmes šūnu ievadīšanas veidu sirdī piedāvā invazīvā kardioloģija. Piemērs varētu būt STAR pētījums, kur sasniegti izcili ārstēšanas rezultāti ar 60 mēnešu novērojuma periodu. Pacienti ar hronisku sirds mazspēju un izsviedes frakciju gradientā, atdalot eritrocītus, un no kaulu smadzenēm izolē mononukleāras šūnas (KSMŠ). KSMŠ sastāvā ietilpst daudzas cilmes šūnu subpopulācijas, ko pirms ievadīšanas sirdī vajadzētu kvalitatīvi un kvantitatīvi analizēt ar FACS (fluorescent activated cell sorter). Tomēr, lai uzlabotu ārstēšanas rezultātus, nav nepieciešams veikt papildu šūnu separāciju. KSMŠ tika vienreizēji ievadītas intrakoronāri ar perkutānu transkoronāru pieeju. STAR pētījumā pacientiem ar cilmes šūnu terapiju kreisā kambara izsviedes frakcija 3-6 mēnešos uzlabojās no 29% līdz 36% ar tendenci uz stabilizāciju 5 gadu novērošanas periodā. Kontroles grupai nebija vērojams uzlabojums, bet 5 gadu laikā bija tendence uz progresējošu sirds mazspēju. Pacienti no abām grupām bija saņēmuši optimālu farmakoterapiju. [12] Pētījumā izdevās pierādīt, ka cilmes šūnu terapija dod papildu ieguvumus pacientam: līdz ar farmakoterapiju dod sirds funkcijas uzlabojumu, kādu nav iespējams sasniegt ar konvencionālu ārstēšanu.
KSMŠ tika izmantotas daudzos klīniskajos pētījumos miokarda infarkta gadījumos ar un bez terapeitiskās revaskularizācijas, ievadot mononukleāras šūnas koronārajā artērijā, miokardā vai kardiosklerozes vietā. Kardioloģijas vienībās pacientiem ar akūtu miokarda infarktu tika nodrošināta neatliekama farmakoloģiskā un invazīvā palīdzība, vitālo funkciju pārraudzība u. tml. Ir aktuāli mazināt sirds bojājuma apjomu un uzlabot sirds funkcionālos radītājus akūtajā periodā.
Tā kā pētījumu struktūra, izmantojot KSMŠ neatliekamajā kardioloģijā, atšķīrās, tad nav iespējams korekti salīdzināt pētījumu rezultātus. Katram pētījumam bija dažādi mērķi, tostarp:
- KSMŠ optimālais ievadīšanas laiks pēc MI;
- KSMŠ optimālais ievadīšanas daudzums;
- cilmes šūnu dažādu frakciju salīdzinājums vai arī "labāku" cilmes šūnu meklēšana.
Literatūrā klīniskus pētījumus ar negatīviem vai neitrāliem rezultātiem bieži vien apzīmē ar vārdu "konfliktējoši". Lai gan cilmes šūnu sagatavošanas un ievadīšanas protokolu veido katra pētījuma institūcija pēc saviem ieskatiem, klīnisko efektu novērtējums ir vairāk sistematizēts. Savukārt cilmes šūnu dzīvotspējas un funkcionālās aktivitātes novērtējums sirdī koronārās infūzijas laikā vai pēc tās vēl nav izstrādāts.
Ja ievadītais KSMŠ skaits nav pietiekams, klīniskajiem pētījumiem var būt neitrāls rezultāts. [13] Mononukleāro šūnu sagatavošanas un uzglabāšanas metodes nepilnības, kas mazina šūnu dzīvotspēju, var būt par iemeslu daudziem neitrāliem rezultātiem. Dīvaina situācija rodas, ja tiek salīdzināta tikai klīniskā efektivitāte, neņemot vērā klīniskā pētījuma struktūru.
Veiksmīgs piemērs - HEBE pētījums, kur KSMŠ tika ievadītas 5.-6. dienā pēc akūta miokarda infarkta un neatliekamās angioplastijas. Novērots kreisā kambara izsviedes frakcijas pieaugums un infarkta zonas samazinājums vidēji par 37%, no 17,8 +/- 8,2 līdz 11,2 +/- 4,2 gramiem (p
Īss klīniskais apkopojums par pētījumiem, kur tika veikta perkutāna koronāra angioplastija ar intrakoronāru KSMŠ ievadīšanu pacientiem ar akūtu miokarda infarktu:
- ehokardiogrāfiski uzlabojās diastoliskā funkcija pacientiem pēc akūta miokarda infarkta;
- samazinājās kreisā kambara pēcinfarkta remodelēšana pirmajā gadā;
- uzlabojās asins perfūzija miokarda išēmijas zonā;
- samazinājās infarkta apjoms;
- novērots kreisā kambara izsviedes frakcijas pieaugums;
- nav novērotas komplikācijas akūtajā vai vēlīnajā pēcoperācijas periodā.
Miokarda infarkts un sirds remodelēšana
Pēc akūta miokarda infarkta cilvēka sirdī notiek patoloģiskas, strukturālas un funkcionālas pārmaiņas, ko mūsdienās sauc par sirds remodelēšanu. Jaunākie cilmes šūnu patoģenētiskie ietekmēšanas punkti pacientiem ar akūtu miokarda infarktu atklāti, analizējot imunoloģiskās reakcijas sirdī un to ietekmi uz sirds remodelēšanu.
Jāatzīmē, ka pēcinfarkta remodelēšanas process ir ārkārtīgi sarežģīta, ģenētiski ieprogrammēta nekoordinēta sirds šūnu reakcija uz bojājumu. Vienlaikus jāpiebilst, ka sirds remodelēšana ir patoloģiska miokarda reakcija uz paša indivīda ģenētiski determinētu TNF-a un citu citokīnu sekrēciju miokardā. Ar dzīvnieku modeli izdevās noskaidrot īpašu TNF-a nozīmi miokarda infarkta gadījumā. Dzīvniekiem (žurku modelis) tika veikta piecu dienu TNF-a infūzija ar mikropumpi, lai sasniegtu TNF-a koncentrāciju sirdī kā pie īsta miokarda infarkta. Bez išēmiska miokarda bojājuma tika konstatēts kreisā kambara beigu diastoliskā tilpuma palielinājums par 25%. Eksperimenta paradoksālais secinājums: TNF-a veicina sirds remodelēšanu arī gadījumā, ja nav noticis liels išēmisks miokarda bojājums. [15] Šis piemērs perspektīvā var kalpot arī par dilatācijas kardiomiopātijas patoģenētisko modeli. Protams, TNF-a un citi citokīni, ko sekretē imūnkompetentās šūnas, reaģējot uz miokarda nekrozi, noris ar orgāna destruktīvām sekām. Cilmes šūnām ir izcilas pretiekaisuma un imūnmodulējošās īpašības. [16] Klīniskajos pētījumos konsekventi ziņots par sirds kambara remodelēšanas samazinājumu pacientiem pēc miokarda infarkta ar KSMŠ intrakoronāru infūziju.
Jaunu asinsvadu veidošanās
Kaulu smadzeņu endotēlija priekšteču šūnas (EPC) veido rezervuāru visai organisma angioģenēzei. EPC tiek mobilizētas perifērajās asinīs no kaulu smadzenēm, veidojot nobriedušas endotēlija šūnas esošajos un jaunizveidotajos asinsvados. EPC un mezenhimālās cilmes šūnas (MSC) var veidot jaunu asinsvadu tīklu išemizētajos audos, reaģējot uz signāla molekulām. Cilmes šūnu terapija modulē endotēlija diferenciāciju, tai raksturīga agrīna intīmas hiper plā zi jas samazināšanās. [18] Atbilstīgi šai idejai vairāki autori revaskularizāciju uzskata par galveno mehānismu sirdsdarbības uzlabošanai, rekomendējot vietējo KSMŠ ievadīšanu kā stratēģiju, lai ievērojami uzlabotu EPC radīto pozitīvo efektu sirds bojājumu ārstēšanā. [19]
Šīs ārstēšanas stratēģijas dzīvotspēju apstiprina Ķīnas zinātnieku klīniskais pētījums. KSMŠ infūzija tika veikta pacientiem ar triju artēriju koronāru sirds slimību un III-IV klases stenokardiju (pēc Kanādas kardiologu klasifikācijas). Nejaušinātā pētījumā bija iekļauti 120 pacienti. Visiem pacientiem tika veikta kaulu smadzeņu aspirācija, bet kontroles grupā koronārajā artērijā KSMŠ vietā tika ievadīts izotoniskais šķidrums. Pacientiem ar KSMŠ infūziju stenokardijas biežums nedēļas laikā bija ievērojami samazinājies, salīdzinot ar kontroles grupu. [20]
Pieejamie literatūras dati pamato KSMŠ nozīmi koronārās sirds slimības un hroniskas sirds mazspējas ārstēšanas gadījumos:
- veicina neoangioģenēzi un uzlabo koronāro asinsriti;
- veicina apokrīno un parakrīno sirds šūnu regulāciju/stimulāciju;
- veicina kardiomiocītu rezistenci pret apoptozi;
- nodrošina kardiomiocītu repopulāciju.
2010. gadā publicēti principiāli atklājumi, kas savienoja koronārās sirds slimības (KSS) patoģenēzi ar cirkulējošo EPC koncentrāciju asinīs. Cirkulējošo EPC skaits asinīs bija mazāks pacientiem ar slodzes stenokardiju un akūtu koronāru sindromu, salīdzinot ar veselo kontroles grupu. [21] Šis atklājums ļauj secināt, ka pacientam ar endotēlija disfunkciju un aterosklerotiskās pangas nestabilitāti ir samazināts cirkulējošo EPC skaits asinīs un nepietiekama endotēlija šūnu repopulācija.
Savukārt hroniskas sirds mazspējas gadījumā vērojams bifāzisks cirkulējošo cilmes šūnu skaits asinīs, dinamikā ir vairākkārtējs pieaugums agrīnajā fāzē ar depresiju vēlīnajā. Pieaugums pozitīvi korelēja ar hroniskās sirds mazspējas stadiju. [22] Ir vajadzīgi papildu pētījumi, lai precizētu notikuma patoģenēzes dabu. Jebkurā gadījumā cirkulējošo cilmes šūnu skaits asinīs pretendē kļūt par KSS un HSM klasifikācijas laboratoru parametru.
Cilmes šūnu izmantošana bērnu kardioloģijā
Bērnu (līdz 18 g.v.) vecumgrupā sākts pētījums par autologo kaula smadzeņu šūnu izmantošanu dilatācijas kardiomiopātijas terapijā. Dilatācijas kardiomiopātija ir viena no biežākajām sirds muskuļa slimībām bērnu vecumā. Dilatācijas kardiomiopātijas incidence populācijā ir no 0,57/100 000 līdz 2,6/100 000 bērniem. Tikai apmēram trešdaļai ir identificējama etioloģija slimības diagnosticēšanas brīdī. Mirstība dilatācijas kardiomiopātijai 1 gada laikā no diagnozes noteikšanas brīža ir ~1/3 gadījumu, > 2 gadus izdzīvojušie ir 52%.
Pasaulē ir publikācijas par atsevišķiem gadījumiem, kad mēģināts izmantot cilmes šūnu transplantāciju bērniem intrakaoronālas ievades ceļā. [23] Bērnu klīniskās universitātes slimnīcas Bērnu kardioloģijas un kardioķirurģijas klīnikā ir veikta autologo kaulu smadzeņu šūnu transplantācija intramiokardiālas injekcijas ceļā sešiem pacientiem vecumā no 4 mēnešiem līdz 17 gadiem. Nevienam no pacientiem pēc manipulācijas netika novērotas nekādas blakusparādības. Turpinās pacientu regulāra novērošana ar sirds funkcionālo rādītāju un laboratoro izmeklējumu noteikšanu. Līdz šim, analizējot iegūtos datus, visiem bērniem, kam veikta cilmes šūnu transplantācija, vērojama pēc pakāpes atšķirīga sirds funkcionālo rādītāju uzlabošanās. Protams, ņemot vērā skaita ziņā niecīgo pacientu grupu, galīgu secinājumu izdarīšanai pētījumi jāturpina.
Noslēgums
Inovatīvā sirds slimību ārstēšanas koncepcija nosaka cilmes šūnas kā dabīgu, drošu un ģenētiski ieprogrammētu, pašregulējošu sirds izdzīvošanas pamatvienību.
Dabiskā ceļā iegūtās priekšteču cilmes šūnas tiek izmantotas, lai atjaunotu sirds funkcionālo, fizioloģisko un anatomisko struktūru pēc hroniskiem vai akūtiem sirds bojājumiem. Ārstēšana ar cilmes šūnām miokarda infarkta akūtajā un subakūtajā fāzē kopumā ir droša, lēta un ir liels sasniegums terapijā. Ārstēšanai ar cilmes šūnu tehnoloģijām var būt gan īstermiņa, gan ilgtermiņa rezultāti. Reģeneratīvās ārstēšanas plānā jāparedz transplantēto cilmes šūnu dzīvotspējas kontrole procedūras laikā.
Galvenais secinājums - tradicionālās ārstēšanas metodes un cilmes šūnas var izmantot līdztekus, veidojot principiāli jaunu medicīnas tehnoloģiju attīstības posmu.
