Способ лечения печеночной недостаточности Российский патент 2017 года по МПК A61B17/00 A61M37/00 A61K38/39 A61K35/28 A61K35/407 A61K8/65 A61K33/44 A61K33/14 A61P1/16 

Изобретение относится к регенеративной медицине, трансплантологии, а именно к клеточной трансплантологии, и может быть использовано при коррекции и лечении печеночной недостаточности. Предлагаемый способ может быть использован в специализированных отделениях, занимающихся лечением и коррекцией печеночной недостаточности.

В настоящее время известно, что для повышения эффективности лечения поврежденной печени следует использовать приемы тканевой инженерии, предполагающие создание имплантируемых клеточно-инженерных конструкций (КИК).

Известны способы лечения печеночной недостаточности, основанные на использовании КИК, состоящих из изолированных аутологичных клеток печени и аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга, адгезированных на биосовместимом биодеградируемом трехмерном матриксе из биодеградируемого бактериального сополимера β-оксибутирата и β-оксивалерата и полиэфира (ЭластоПОБ^®) либо на биосовместимом биодеградируемом биополимерном гетерогенном коллагенсодержащем гидрогеле (СфероГЕЛЬ^®) (Патенты РФ на изобретение №2425648 С1, №2425645, С1), которые имплантируют в ткань печени или в брыжейку тонкой кишки.

Также известны способы лечения печеночной недостаточности с помощью КИК, в которых для иммобилизации клеточного материала и пролонгирования выживания заключенных в них клеток использованы биосинтетические или синтетические матриксы [Kulig K.М. & Vacanti J.P. Hepatic tissue engineering. // Transpl. Immunol. - 2004. - Vol. 12. - p. 303-310].

В качестве прототипа нами выбран известный способ лечения печеночной недостаточности, в котором использовались трансплантаты, содержащие изолированные гепатоциты и мезенхимальные стромальные клетки костного мозга (МСК КМ) на биополимерном гетерогенном коллагенсодержащем гидрогеле (СфероГЕЛЬ^®) для вспомогательной поддержки печени и восполнения дезинтоксикационной и биорегуляторной функции поврежденной печени, а также для активизации восстановительных процессов в ней (Патент РФ на изобретение №2425645 С1).

К недостаткам использования известных способов, в том числе и прототипа, предполагающих внутрипеченочную имплантацию КИК на основе биоматрикса, относят и трудности получения достаточного количества аутологичных клеток печени, а также недостаточный объем регуляторных возможностей используемых матриксов и, следовательно, недостаточную выраженность процессов регуляции восстановительных процессов в печени с использованием предложенных КИК.

Используемые в КИК матриксы:

- не обладают тканеспецифичностью и биоидентичностью, которые необходимы для активного взаимодействия адгезированных клеток с самим матриксом, так как не представляют собой активной живой регуляторной структуры;

- не участвуют в неогенезе гепатоподобных структур;

- имеют низкую (не оптимальную) плотность прикрепления клеток;

- не предотвращают гибель большого количества изолированных гепатоцитов;

- не оптимизируют сроки жизнедеятельности КИК и эффективность их регуляторного воздействия на поврежденную печень.

Задачей изобретения является разработка способа, повышающего эффективность лечения печеночной недостаточности за счет пролонгирования сроков выживания и большей плотности прикрепления клеток печени и МСК КМ в составе имплантируемых КИК, а также повышения ими регенераторной (восстановительной) активности ткани поврежденной печени (клетки печени и ее внеклеточный матрикс) путем имплантации КИК, в которых клетки адгезированы на предварительно инкубированном тканеспецифическом мелкодисперсном матриксе из децеллюляризированной донорской печени млекопитающих.

Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого способа, заключается в:

- интенсивной и эффективной коррекции и лечении печеночной недостаточности путем активизации детоксикационных, синтетических и регенерационных (восстановительных) процессов в поврежденной печени за счет более активно функционирующих КИК, имплантированных в поврежденную печень;

- создании тканеспецифического каркаса, предназначенного для прикрепления клеток и формирования в КИК тканеподобных структур (ассоциаты клеток печени на тканеспецифическом матриксе), обеспечивающих физиологичные условия функционирования и взаимодействия находящихся в них клеток с матриксом;

- активизации процессов прикрепления и повышения плотности прикрепления клеток на тканеспецифическом матриксе за счет предварительного инкубирования (подготовки) этого матрикса в среде, содержащей растворимые компоненты внеклеточного (нативного) матрикса;

- пролонгировании сроков выживания клеточного материала в составе КИК с активизацией пролиферации в них клеток печени за счет активизации взаимодействия клеток печени и МСК КМ в результате их предварительного сокультивирования на тканеспецифическом матриксе с образованием клеточных ассоциатов;

- создании условий для прорастания в тканеспецифический каркас сосудов, диффузии питательных веществ, кислорода и факторов тканевой дифференцировки к иммобилизированным печеночным клеткам и МСК КМ, обеспечивающих образование в зонах имплантации КИК новых дополнительных центров устойчивой регенерации печени, повышающих терапевтический эффект;

- отсутствии отторжения имплантата (используемый нативный матрикс тканеспецифичен, но видонеспецифичен).

Достоинствами предложенного способа и имплантата для лечения печеночной недостаточности являются:

- создание с помощью предварительно подготовленного тканеспецифического матрикса культуральных условий для прикрепления и пролиферации клеток в пространстве КИК и формирования в нем дополнительной «тканеподобной» длительно функционирующей структуры (клетки печени, МСК КМ и нативный матрикс);

- создание физиологических условий для диффузии оксигенированной межтканевой жидкости и прорастания сосудов через тканеспецифический матрикс, что пролонгирует адекватные условия жизнеобеспечения и взаимодействия адгезированных клеток, матрикса и окружающей ткани печени;

- формирование КИК с длительно функционирующей тканеподобной структурой создает в поврежденной печени центры для ее устойчивой восстановительной регенерации, обеспечивающей выраженный лечебный эффект;

- использование в составе КИК аллогенных или аутологичных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга позволяет значительно уменьшить реакцию иммунной системы на КИК печени после ее имплантации, оказывая длительное биорегуляторное воздействие на регенераторные процессы в поврежденной печени.

В предлагаемом изобретении не используются ткани и/или клеточный материал эмбрионов человека. Использован клеточный материал взрослых доноров.

Сокультивирование клеток печени и МСК КМ на предварительно подготовленном тканеспецифическом матриксе перед имплантацией позволяет активизировать трехсторонние взаимодействия (клетки печени, МСК КМ и тканеспецифический матрикс) и дополнительно повышать функциональную активность гепатоцитов и МСК КМ, способствуя формированию сосудов и прорастанию их в матрикс за счет дифференцировки МСК КМ в эндотелиоциты.

Эта процедура сокультивирования клеток печени и МСК КМ на предварительно подготовленном тканеспецифическом матриксе способствует более быстрой интеграции имплантата (КИК печени) в систему кровообращения поврежденной печени и доставки ее по вновь образованным и проросшим сосудам кислорода и питательных веществ, создающих более адекватные условия для жизнеобеспечения клеток в составе КИК.

Предлагаемый способ позволяет длительно и более интенсивно корригировать и лечить хроническую печеночную недостаточность за счет более эффективного и пролонгированного функционирования КИК, которое достигается путем обеспечения физиологичного взаимодействия предварительно инкубированного тканеспецифического матрикса с гликопротеинами (фибронектин, ламинин) и последующей посадки на этот матрикс и сокультивирования на нем клеток печени и МСК КМ с образованием ассоциатов, а также их индукционного воздействия на ткань поврежденной печени.

Предлагаемое изобретение позволяет также:

1. Создавать условия не только для прикрепления клеток печени и МСК КМ к трехмерному биосовместимому тканеспецифическому матриксу печени, но и создавать условия для их трехстороннего контактного и метаболического взаимодействия, которое активизирует пролиферацию и регуляторную активность клеток в составе КИК. Последнее поддерживается диффузией через тканеспецифический матрикс питательных веществ и кислорода, а также различных регуляторных пептидов и факторов, которые поддерживают в КИК метаболизм и функцию не только клеток, но также и самого матрикса;

2. Создать каркас на основе трехмерного биосовместимого тканеспецифического матрикса печени, полностью повторяющего пространственную структуру архитектоники печени для тканеобусловленного прикрепления клеток печени и МСК КМ и формирования в КИК гепатоподобных структурных единиц.

3. Создать условия для формирования и прорастания в этот нативный тканеспецифический каркас сосудов для питания прикрепленных клеток и ускоренной интеграции КИК с тканями поврежденной печени;

4. Создать условия, препятствующие клеточной инфильтрации имплантата и поддерживающие сформированные клеточные ассоциаты в жизнеспособном состоянии за счет использования антикоагулянтов и антиагрегантов;

5. Ускорить процесс реализации биорегуляторного и восстановительного воздействия КИК на поврежденную печень после имплантации за счет предварительного сокультивирования клеток печени и МСК КМ на мелкодисперсных частицах тканеспецифического матрикса, что позволяет имплантировать КИК в виде готовых жизнеспособных конструкций клеточных ассоциатов.

Предварительная обработка тканеспецифического матрикса гликопротеинами нативного внеклеточного матрикса повышает его адгезивные свойства, способствует повышению плотности посадки клеток и обеспечивает восстановление межклеточных и клеточно-матриксных взаимодействий, необходимых для интеграции КИК в поврежденную ткань печени.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Способ лечения печеночной недостаточности включает имплантацию в паренхиму печени клеточно-инженерной конструкции (КИК) с последующим назначением антикоагулянтов и антиагрегентов в профилактической дозе. При этом сначала в течение 8-12 часов при температуре 4°С инкубируют матрикс из децеллюляризированной донорской печени млекопитающего в физиологическом растворе, забуференном фосфатами. Физиологический раствор, забуференный фосфатами имеет следующий состав: 138 мМ NaCl, 2,67 мМ KCl, 1,47 мМ KH₂PO₄, 8,1 мМ Na₂HPO₄, дистиллированная вода до 1 л, и содержит фибронектин и ламинин по 10 мкг/мл, имеет pH 7,4. Соотношение объемов матрикса и забуференного фосфатами физиологического раствора составляет 1:1. Затем на матриксе в течение 2-4 суток проводят сокультивирование свежевыделенных аллогенных клеток печени и предварительно культивированных аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга при соотношении клеток костного мозга к клеткам печени - от 1:1 до 1:10, обеспечивая прикрепление клеток в количестве 2×10⁶-15×10⁶ на 1 см³ матрикса. При этом общий объем матрикса с прикрепленными клетками составляет не менее 0,05 см³. Перед имплантацией получают КИК, смешивая матрикс с прикрепленными к нему клетками и биополимерный гетерогенный коллагенсодержащий гидрогель в объемном соотношении 3:1.

В частном случае матрикс получают из децеллюляризированной донорской печени человека.

В частном случае матрикс имеет размеры частиц от 200 до 700 мкм, размеры пор не более 50 мкм и суммарную пористость 70-85%.

В качестве биополимерного гетерогенного коллагенсодержащего гидрогеля может быть использован СфероГЕЛЬ.

Способ осуществляют следующим образом, он включает в себя несколько последовательных этапов:

1. Выделение аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга

Выделение мезенхимальных стволовых клеток костного мозга клеток костного мозга осуществляют по традиционной методике (Шумаков В.И., Онищенко Н.А., Крашенинников М.Е. и др. Костный мозг как источник получения мезенхимальных клеток для восстановления терапии поврежденных органов // Вестник трансплантологии и иск. органов 2002, 4, с. 3-6; Шумаков В.И., Онищенко Н.А. и соавт. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций // Москва, «ЛАВР.». 2009. - с. 61-67). За 4-7 дней до основного оперативного вмешательства под местным обезболиванием пунктируют подвздошную кость пациента и забирают костный мозг в объеме 40-150 мл в стерильную емкость с раствором Хенкса, содержащим 200 мкг/мл гентамицина; 10,0 мкг/мл инсулина; 0,25 мкМ дексамезатона; 250 ед./мл гепарина. Суспензию клеток центрифугируют 5 мин при 1500 об/мин, осадок клеток ресуспендируют в лизирующем растворе (114 мМ NH₄Cl; 7,5 мМ KHCO₃; 100 мкМ EDTA) в соотношении 1:4 от исходного объема аспирата в течение 5-10 мин и центрифугируют 3 мин при 1500 об/мин при комнатной температуре. Гемолизированный суспернатант полностью удаляют отсасыванием. Добиваются полного лизиса эритроцитов, для чего процедуру лизирования проводят трижды с последующим отмыванием клеток центрифугированием. Клеточный осадок, свободный от эритроидных и тромбоцитарных форм, ресуспендируют в ростовой среде.

2. Культивирование аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга in vitro

Культивирование мезенхимальных стволовых клеток костного мозга осуществляют по традиционной методике (Шумаков В.И., Онищенко Н.А., Крашенинников М.Е. и др. Костный мозг как источник получения мезенхимальных клеток для восстановления терапии поврежденных органов // Вестник трансплантологии и иск. Органов. 2002, 4, с. 3-6; Шумаков В.И., Онищенко Н.А. и соавт. Биологические резервы клеток костного мозга и коррекция органных дисфункций // Москва, Лавр. 2009. - с. 77-100). Частично очищенные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга, высевают для культивирования на чашки Петри d=60 мм в количестве 1,5-2,0 млн клеток/мл. Культивируют при 37°С в CO₂-инкубаторе, атмосфера 5% CO₂ и 95% влажности в течение 7 суток с однократной сменой среды на третьи сутки. Через неделю культура клеток костного мозга содержала до 10% прикрепившихся к пластику распластанных фибробластоподобных и моноцитарных клеток и до 90% свободно плавающих в суспензии округлых не прикрепившихся клеток (гемопоэтические клетки). Не прикрепившиеся к пластику мезенхимальные стволовые клетки костного мозга отбирали и затем использовали для иммобилизации на мелкодисперсный тканеспецифический матрикс вместе со свежевыделенными клетками печени.

3. Предварительная подготовка мелкодисперсного тканеспецифического матрикса для посадки клеток

Мелкодисперсный тканеспецифический матрикс из децеллюляризированной донорской печени млекопитающих, изготовленный по патенту РФ №2539918 от 27.01.2015 г. «Способ получения тканеспецифического матрикса для тканевой инженерии паренхиматозного органа» инкубируют в течение 8-12 часов при температуре 4°С в физиологическом растворе, забуференном фосфатами. Фосфатный буфер имеет следующий состав: 138 мМ NaCl, 2,67 мМ KCl, 1,47 мМ KH₂PO₄, 8,1 мМ Na₂HPO₄, дистиллированная вода до 1 л, pH 7,4 с добавлением в него гликопротеинов (например фибронектина и ламинина по 10 мкг/мл), причем матрикс и физиологический раствор, забуференный фосфатами, используется для инкубации в равных объемах в соотношении 1:1.

4. Выделение аллогенных клеток печени

Производят резекцию 2-4×2-4×1-2 см ткани печени у доноров для получения клеток печени. Выделение аллогенных клеток печени осуществляют по традиционной методике (Fontaine М, Schloo В, Jenkins R, Uyama S, Hansen L, Vacanti J.P. Human hepatocyte isolation and transplantation into an athymic rat, using prevascularized cell polymer constructs. // Pediatr. Surg. - 1995. - vol. 30(1). - P. 56-60; Hang H, Shi X, Gu G, Wu Y, Ding Y. A simple isolation and cryopreservation method for adult human hepatocytes // Int J Artif Organs. 2009 Oct; 32(10). - P. 720-7; Lehec S.C, Hughes RD, Mitry R.R, Graver M.A, Verma A, Wade J.J, Dhawan A. Experience of microbiological screening of human hepatocytes for clinical transplantation. // Cell Transplant. 2009; 18(8). - P. 941-947; Seglen O. Preparation of isolated rat liver cells. // Methods. Cell. Biol. 1976. - vol. 13. - P. 29-83).

Выделение аллогенных клеток печени производят из резецированного участка печени путем 3-х кратной отмывки кусочка печени от крови и измельчения его на холоду (t=4°С) в чашке Петри с 3-х кратной отмывкой образовавшейся взвеси буферным раствором без кальция [1000 мл дистиллированной воды, 8.3 г NaCl, 0.5 г KCl, 2.38 г HEPES, pH 7,4, 37°С] в течение 7 минут. После этого мелкие кусочки печени инкубируются 3 раза раствором коллагеназы [1000 мл дистиллированной воды, 8.3 г NaCl, 0.5 г KCl, 0.7 г CaCl₂, 2.38 г HEPES, 7.5 мг ингибитор трипсина и 500 мг коллагеназы Тип IV-S (>125 CDU/mg), pH 7,3; 37°С] в течение 6-8 минут с последующей заменой ферментного раствора с использованием центрифугирования 500 об/мин в течение 1 минуты при t=37°C. Полученный материал переносят на сито с ячейками 200 мкм и фильтруют промыванием питательной средой William's Е с 10% фетальной бычьей сыворотки, после чего суспензию отдельных клеток и небольших агрегатов переносят в центрифужную пробирку и центрифугируют при 500 об/мин при 4°С в течение 1 минуты. Супернатант удаляют, осадок ресуспендируют в такой же свежей среде и опять центрифугируют. Процедуру повторяют 3 раза. Жизнеспособность клеток оценивают методом окрашивания трипановым синим. Добиваются получения количества клеток в пределах от 3,0×10⁸ до 4,0×10⁸ гепатоцитов на 12-15 г веса ткани печени. Клеточная суспензия должна содержать: гепатоциты, непаренхиматозные клетки печени, которые определяют при световой микроскопии. Разделение паренхиматозных и непаренхиматозных клеток не выполняют. Взвесь клеток печени концентрируют в 1-2 мл физиологического раствора.

5. Посадка (иммобилизация) аллогенных клеток печени и аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга на мелкодисперсный тканеспецифический предварительно подготовленный матрикс печени для создания КИК печени

Посадку (иммобилизацию) клеточного материала осуществляют по традиционной методике (Mooney D.J., Sano K., Kaufmann P.M., Majahod K., Schloo B., Vacanti J.P., Langer R. Long-term engraftment of hepatocytes transplanted о biodegradable polymer sponges // J. Biomed. Mater. Res. - 1997. - Vol. 5. - P. 413-420).

Аллогенные клетки печени и аллогенные или аутологичные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга ресуспендировали в ростовой среде [William's Е с заменой аргинина на орнитин с добавлением фетальной бычьей сыворотки, фактора роста гепатоцитов, эпидермального фактора роста, β-субъединицы холерного токсина, дексамезатона, этаноламина, селенита натрия, глюкагона, инсулина, инсулиноподобного фактора роста-I, аскорбиновой кислоты, линоленовой и линолевой жирных кислот] в концентрации 2,0-4,0×10⁶ клеток печени/мл и 2,0-4,0×10⁶ мезенхимальных стволовых клеток костного мозга/мл. Суммарную клеточную суспензию наносили на предварительно подготовленный матрикс в концентрации 2×10⁶-15×10⁶ на 1 см³.

В качестве матрикса может быть использован, например, биоматериал, созданный из децеллюляризированной печени млекопитающих - трехмерный биосовместимый тканеспецифический матрикс печени (Готье С.В. и соавт. Патент на изобретение №2539918 от 21.01.2015 г.), предварительно подготовленный по вышеописанному способу (пункт №3).

6. Сокультивирование аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга и аллогенных клеток печени in vitro на предварительно подготовленном мелкодисперсном матриксе из децеллюляризированной печени млекопитающих

Выполняли сокультивирование аллогенных клеток печени и мезенхимальных стволовых клеток костного мозга по общепринятой методике (Kaufmann P.M., Sano K., Uyama S., Breuer C.K., Organ G.M., Schloo B.L., Kluth D., Vacanti J.P. Evaluation of Methods of Hepatotrophic Stimulation in Rat Heterotopic Hepatocyte Transplantation Using Polymers // J. of Pediatric Surgeru. - 1999. - Vol. 34. - P. 1118-1123; Uyama S., Kaufmann P.M., Takeda Т., Vacanti J.P. Delivery of whole liver equivalent hepatocyte mass using polymer devices and hepatotrophic stimulation // Transplantation. - 1993. - Vol. 55. - P. 932-935), используя соотношение клеток печени к МСК КМ от 1:1 до 1:10.

Это позволяло обеспечить возникновение трехсторонних взаимодействий (клетки печени, МСК КМ и предварительно подготовленный матрикс из децеллюляризированной печени млекопитающих) и до имплантации КИК в печень повысить жизнеспособность в них клеток печени и мезенхимальных стволовых клеток костного мозга и способность их к формированию печеночно-подобных структур, способных выполнять не только специфические функции, но и способствовать формированию из МСК КМ (эндотелиоцитов) сосудов и желчных протоков и их прорастанию как в КИК, так и в ткань печени.

Тканеспецифический матрикс печени с клетками помещали в стерильную камеру для инкубации in vitro в ростовой среде [William's Е с заменой аргинина на орнитин с добавлением фетальной бычьей сыворотки, фактора роста гепатоцитов, эпидермального фактора роста, β-субъединицы холерного токсина, дексамезатона, этаноламина, селенита натрия, глюкагона, инсулина, инсулиноподобного фактора роста-I, аскорбиновой кислоты, линоленовой и линолевой жирных кислот] на 2-4 суток.

7. Подготовка КИК печени для имплантации

Полученные КИК (предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс печени с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга с образованием клеточных ассоциатов) ресуспендировали из ростовой среды и смешивали с коллагенсодержащим гидрогелем, например с биополимерным гетерогенным коллагенсодержащим гидрогелем - СфероГЕЛЬ в соотношении объемов 3:1.

8. Имплантация КИК печени (предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс печени с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга в паренхиму поврежденной печени)

Имплантацию КИК печени (тканеспецифичный матрикс с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга) осуществляют пациентам с печеночной недостаточностью в поврежденную печень.

9. Использование антикоагулянтов и антиагрегантов

После имплантации КИК печени (предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга пациентам назначают антикоагулянты в профилактической дозе, например: гепарин 5000 ME каждые 12 часов в течение 7-10 дней под контролем свертывающей системы крови и антиагреганты, например трентал, из расчета 45 мг/м² поверхности тела каждые 12 часов в течение 30-90 дней.

Предложенный имплантат (КИК печени) для лечения печеночной недостаточности состоит из предварительно подготовленного тканеспецифического матрикса печени млекопитающих и посаженых на него аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга и аллогенных клеток печени с образованием ассоциатов до имплантации.

Для доказательства возможности достижения заявленного назначения и достижения указанного технического результата приводим следующие данные.

Пример осуществления предлагаемого способа с использованием предлагаемого имплантата в эксперименте.

Моделирование хронической печеночной недостаточности у животных (крысы) осуществляли по признанной и адекватной модели (Фишер А. Физиология и экспериментальная патология печени // А. Фишер. - Будапешт, 1961, - 230 с.; Колпащикова И.Ф. Влияние трансплантации клеток тимуса, костного мозга и селезенки на восстановительные процессы в патологически измененной печени // Бюл. эксперим. биол. и мед., - 1979, №10. - С. 477-480; Колпащикова И.Ф. Общие и местные изменения в организме при экспериментальном повреждении печени и ее регенерация // Автореф. докт. дисс. - 1982, Казань. - 41 с.) путем введения 60% раствора CCl₄, первые два введения по 0,5 мл на 100 г массы, последующие по 0,3 мл на 100 г массы тела. Курс введения 6 недель с частотой 2 введения в неделю.

1. Осуществляли по традиционной методике выделение аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга.

Получали клеточный аспират из костно-мозгового канала большеберцовых костей (крысы) путем промывания полости фосфатно-буферным раствором, содержащим 50 ед./мл гепарина и 0,25 мг/л гентамицина с помощью иглы 18G, насаженной на шприц. Суспензию клеток центрифугировали, осадок клеток ресуспендировали в лизирующем растворе при комнатной температуре в течение 3 мин и снова центрифугировали 3-5 мин при 1500 об/мин. Гемолизированный супернатант полностью удаляли отсасыванием, а клеточный осадок, содержащий мезенхимальные стволовые клетки костного мозга, ресуспендировали в ростовой среде. Интерфазу с мононуклеарными клетками собирали с поверхности эритроидного осадка и ресуспендировали в лизирующем растворе в соотношении 1:4 в течение 5-8 мин и центрифугировали 5 мин при 1500 об/мин при комнатной температуре. Гемолизированный супернатант полностью удаляли. Добивались полного лизиса эритроцитов, для чего процедуру лизирования проводили дважды или трижды с последующим отмыванием клеток центрифугированием. Клеточный осадок, свободный от эритроидных и тромбоцитарных форм, в количестве 60-150×10⁶ клеток объединяли с осадком клеток, полученным из плазмы, и далее ресуспендировали в ростовой среде для стимуляции роста клеток.

2. Осуществляли по традиционной методике культивирование мезенхимальных стволовых клеток костного мозга.

Частично очищенные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга высевали для культивирования в количестве 1,5-2,0 млн клеток/мл. Культивировали при 37°С в CO₂-инкубаторе, атмосфере 5% CO₂ и 95% влажности в течение 7 суток с однократной сменой среды на третьи сутки.

3. Мелкодисперсный тканеспецифический матрикс из децеллюляризированной донорской печени крысы, изготовленный по патенту №2539918 от 21.01.2015 г. «Способ получения тканеспецифического матрикса для тканевой инженерии паренхиматозного органа», инкубируется в течение 8-12 часов при температуре 4°С в физиологическом растворе, забуференном фосфатами, который имеет следующий состав: 138 мМ NaCl, 2,67 мМ KCl, 1,47 мМ KH₂PO₄, 8,1 мМ Na₂HPO₄, дистиллированная вода до 1 л, pH 7,4, с добавлением в него гликопротеинов (например, фибронектина и ламинина по 10 мкг/мл), причем матрикс и физиологический раствор, забуференный фосфатами, используется для инкубации в равных объемах, например в соотношении 1:1.

4. Выделение аллогенных клеток печени осуществляли по традиционной методике.

Выделение аутологичных клеток печени из резецированного участка печени (1×1×0,5 см у крыс) производилось путем 3-х кратной отмывки от крови и измельчения его на холоду (t=4°С) с 3-х кратной отмывкой образовавшейся взвеси буферным раствором без кальция в течение 7 минут. После этого мелкие кусочки печени были проинкубированы 3 раза раствором коллагеназы в течение 6-8 минут с последующей заменой ферментного раствора с использованием центрифугирования 500 об/мин в течение 1 минуты при t=37°C. Полученный материал переносился на сито с ячейками 200 мкм и фильтровался промыванием питательной средой William's Е с 10% фетальной бычьей сыворотки, после чего суспензию клеток центрифугировали при 500 об/мин при 4°С в течение 1 минуты. Супернатант удаляли, осадок ресуспендировали в такой же свежей среде и опять центрифугировали. Процедуру повторяли 3 раза. Жизнеспособность клеток, колебавшаяся в пределах от 83 до 95%, оценивали методом окрашивания трипановым синим. Количество клеток колебалось в пределах от 3,0×10⁸ до 4,0×10⁸ гепатоцитов на 15 г веса ткани печени. Клеточная суспензия содержала: гепатоциты ~95÷98% и ~5÷2% непаренхиматозных клеток печени, которые были определены при световой микроскопии. Разделение паренхиматозных и непаренхиматозных клеток не выполнялось. Взвесь клеток печени концентрировали в 1-2 мл физиологического раствора

5. Аллогенные клетки печени и аллогенные или аутологичные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга ресуспендировали в ростовой среде [William's Е с заменой аргинина на орнитин с добавлением фетальной бычьей сыворотки, фактора роста гепатоцитов, эпидермального фактора роста, β-субъединицы холерного токсина, дексамезатона, этаноламина, селенита натрия, глюкагона, инсулина, инсулиноподобного фактора роста-I, аскорбиновой кислоты, линоленовой и линолевой жирных кислот] в концентрации 2,0-4,0×10⁶ клеток печени/мл и 2,0-4,0×10⁶ мезенхимальных стволовых клеток костного мозга/мл. Суммарную клеточную суспензию наносили на предварительно подготовленный матрикс в концентрации 2×10⁶-15×10⁶ на 1 см³.

6. Выполняли сокультивирование аллогенных клеток печени и аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга. Для этого предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс печени с клетками помещали в стерильную камеру для инкубации in vitro в ростовой среде [William's Е с заменой аргинина на орнитин с добавлением фетальной бычьей сыворотки, фактора роста гепатоцитов, эпидермального фактора роста, β-субъединицы холерного токсина, дексамезатона, этаноламина, селенита натрия, глюкагона, инсулина, инсулиноподобного фактора роста-I, аскорбиновой кислоты, линоленовой и линолевой жирных кислот] на 2-4 суток для формирования КИК (предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс с клетками).

В качестве матрикса был использован, например, предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс печени крысы.

7. Полученные КИК (предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс печени с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга с образованием клеточных ассоциатов) ресуспендировали из ростовой среды и смешивали с коллагенсодержащим гидрогелем, например с гетерогенным биосовместимым биодеградируемым гидрогелем - СфероГЕЛЬ^® в соотношении объемов 3:1.

8. Имплантацию КИК печени (предварительно подготовленный тканеспецифичный матрикс с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга) осуществляли крысам с печеночной недостаточностью в поврежденную печень на 7 сутки после окончания затравки ССl₄ (затравка в течение 42 суток).

9. После имплантации КИК печени (предварительно подготовленный тканеспецифический матрикс с иммобилизированными аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга крысам назначали антикоагулянты в профилактической дозе, например: гепарин 500 ME каждые 12 часов в течение 7-10 дней под контролем свертывающей системы крови и антиагреганты, например трентал, из расчета 45 мг/м² поверхности тела каждые 12 часов в течение 30-90 дней.

По предложенному способу для коррекции и лечения хронической печеночной недостаточности нами проведено 30 экспериментов на крысах.

На фиг. 1 изображена динамика показателей цитолиза при моделированной хронической печеночной недостаточности в контроле, где: А-Б: АлАТ, В-Г: АсАТ, Д-Е: ЩФ. После завершения моделирования хронической печеночной недостаточности (на 42-е сутки от начала затравки) во всех группах нами было выявлено повышение уровня цитолитических ферментов - гипертрансфераземия. Так, уровень АлАТ и АсАТ повышался в 3-4,5 раза, а ЩФ в 5 раз. Из представленных данных следует, что в контрольной и экспериментальных группах динамика биохимических показателей, характеризующих печеночную недостаточность, на этапе затравки была сходной. В дальнейшем эти показатели постепенно начинали снижаться во всех исследуемых группах, но темп снижения в разных группах был разным. Наиболее длительно гипертрансфераземия сохранялась в контрольной группе, где клеточный материал не применялся. Лечение хронической печеночной недостаточности с помощью КИК печени, содержащих КП и ММСК КМ, по способу-прототипу и по предлагаемому способу также сопровождалось цитолитическими процессами в паренхиматозных клетках печени. Однако эти показатели достигали нормальных значений уже к 30 суткам после имплантации КИК печени, тогда как в контроле нормализация показателей цитолитического синдрома наступала к 180 суткам исследования, а затем показатель АсАТ вновь повышался и не достигал нормальных значений вплоть до конца наблюдения. Динамика нормализации уровня АлАТ, АсАТ и ЩФ в сыворотке крови крыс при лечении по способу-прототипу и по предлагаемому способу достоверно различалась между собой на отдельных сроках наблюдения (более высокий темп нормализации показателей по предлагаемому способу), что свидетельствовало о более высокой степени активности клеток в составе КИК, изготовленных по предлагаемому способу. На фиг. 1 А, В, Д - срок наблюдения 28 суток; Б, Г, Е - срок наблюдения 365 суток; АлАТ для здоровых животных - до 40 ед./л; АсАТ для здоровых животных - до 60 ед./л; ЩФ для здоровых животных - до 350 ед./л. А, В, Д - срок наблюдения 28 суток; Б, Г, Е - срок наблюдения 365 суток.

* - Различие достоверно по сравнению с уровнем ферментов в контроле; p<0,05.

На фиг. 2 представлены гистологические препараты печени в зоне имплантации КИК (КЛ : ММСК КМ = 5:1) в паренхиму поврежденной печени на сроке 90 суток после моделирования хронической печеночной недостаточности.

Фиг. 2, А - КИК на основе децеллюляризированного матрикса печени с аллогенными КП и ММСК КМ (90 суток). Окраска по Массону. Увеличение микроскопа × 400. В - Жизнеспособные гепатоциты в структуре КИК. Иммуногистохимическое исследование с гепатоцитспецифическими антигенами (ОСН1ЕБ) - положительное гранулярное цитоплазматическое окрашивание. Увеличение микроскопа × 600.

На этом сроке аллогенные клетки печени, сокультивированные с аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга и имплантированные в виде КИК (ассоциаты клеток в составе тканеспецифического матрикса из децеллюляризированной печени), сохраняли свою жизнеспособность и функциональную активность в составе имплантированных КИК печени. Признаки отторжения отсутствовали.

Возможность имплантировать КИК печени с аллогенным клеточным материалом без иммуносупрессивной терапии доказана путем использования ММСК КМ, обладающих иммуномодулирующим (иммунокорригирующим) воздействием, способствующих развитию иммунной толерантности.

На фиг. 3 представлены гистологические препараты КИК печени, в состав которых входили аллогенные КП и ММСК в соотношении 5:1 без и с иммуносупрессией в организме (контроль, без иммуносупрессии с иммуносупрессией: Програф + преднизолон с иммуносупрессией: Циклоспорин А + преднизолон) на сроке 90 суток после моделирования хронической печеночной недостаточности. Исследования показали, что так же, как и при динамическом исследовании показателей уровня цитолиза во всех этих группах, на 90 сутки нами также не были выявлены отчетливые различия в структуре КИК в группах с использованием иммуносупрессирующей терапии и без нее. Достоверных отличий в гистологических срезах не выявлено.

Фиг. 3 - Гистологические препараты печени в зоне имплантации КИК в паренхиму поврежденной печени на сроке 90 суток после моделирования хронической печеночной недостаточности. Увеличение микроскопа ×400: А - КИК на основе децеллюляризированного матрикса печени с аллогенными КП и ММСК КМ. КИК снаружи окружена тонким слоем фиброзной ткани. Окраска по Массону; В - КИК на основе матрикса СфероГЕЛЬ с аллогенными КП и ММСК КМ КИК без иммуносупрессии. КИК снаружи окружена тонким слоем фиброзной ткани. Окраска гематоксилином и эозином. С - КИК на основе матрикса СфероГЕЛЬ с аллогенными КП и ММСК КМ с имуносупрессией Програф + преднизолон. Окраска гематоксилином и эозином. D - КИК на основе матрикса Сферогель с аллогенными КП и ММСК КМ с иммуносупрессией Циклоспорин А + преднизолон. Окраска гематоксилином и эозином.

Пролонгирование жизнеспособности клеток печени в составе КИК в присутствии ММСК КМ и отсутствие морфологических различий КИК между группой без иммуносупрессии и группами с иммуносупрессией позволяет предположить реализацию важной иммунорегуляторной (супрессирующей) роли ММСК КМ в составе КИК. Таким образом, использование мезенхимальных стромальных клеток костного мозга позволяет избегать или существенно снизить дозу иммуносупрессивной терапии.

На сроке 180 суток использовались КИК печени на основе тканеспецифического матрикса из децеллюляризированной печени в соотношении 5:1. На фиг. 4 представлены гистологические препараты печени в зоне трансплантации КИК в паренхиму поврежденной печени на сроке 180 сутки после моделирования ХПН: А - КИК на основе децеллюляризированного матрикса печени с аллогенными КП и ММСК КМ. Окраска по Массону. Увеличение микроскопа ×400. В - Жизнеспособные гепатоциты в структуре КИК. Иммуногистохимическое исследование с гепатоцитспецифическими антигенами (ОСН1ЕБ) - положительное гранулярное цитоплазматическое окрашивание. Увеличение микроскопа ×600.

Аналогичные результаты были получены на сроке 365 суток. На фиг. 5 представлены гистологические препараты печени в зоне трансплантации КИК в паренхиму поврежденной печени на сроке 365 суток после моделирования ХПН: А - Высокое содержание гликогена в пролифератах аллогенных гепатоцитов. PAS-реакция. Увеличение микроскопа ×400. В - Жизнеспособные гепатоциты в структуре КИК. Иммуногистохимическое исследование с гепатоцитспецифическими антигенами (ОСН1ЕБ) - положительное гранулярное цитоплазматическое окрашивание. Увеличение микроскопа ×400.

Сравнивая степень сохранения жизнеспособности и функциональной активности клеток в КИК на основе тканеспецифического матрикса из децеллюляризированной печени, а также отсутствие в ней отторжения, можно прийти к заключению, что КИК печени является оптимальной.

Во всех случаях был достигнут желаемый результат, а именно были получены данные, свидетельствующие о более эффективном лечении печеночной недостаточности. Способ позволяет улучшить результаты лечения печеночной недостаточности путем активизации двухсторонних взаимодействий между имплантированными КИК - готовыми гепатоподобными структурами (адгезированные клетки печени, МСК КМ на предварительно подготовленном матриксе из децеллюляризированной печени млекопитающих) и паренхимой поврежденной печени реципиента с ускоренной интеграцией их с поврежденной печенью.

Таким образом, приведенные данные четко свидетельствуют о том, что коррекция и лечение печеночной недостаточности происходят значительно быстрее и адекватнее при применении предлагаемого способа коррекции и лечения печеночной недостаточности. Кроме того, нами доказано длительное выживание клеток печени и появление вновь образованных сосудов и желчных протоков в имплантате спустя 90, 180 и 365 суток после имплантации животному КИК печени (предварительно подготовленный тканеспецифический децеллюляризированный матрикс печени млекопитающих с аллогенными клетками печени и аллогенными или аутологичными мезенхимальными стволовыми клетками костного мозга в виде ассоциатов).

Учитывая вышеизложенное, экстраполяция результатов проведенных экспериментов в клинику правомерна, предложенный метод, обеспечивая пролонгированную жезнедеятельность КИК печени, может быть использован для коррекции печеночной недостаточности.

Изобретение относится к медицине, клеточной трансплантологии, гепатологии. Проводят имплантацию в паренхиму печени клеточно-инженерной конструкции (КИК) с последующим назначением антикоагулянтов и антиагрегантов в профилактической дозе. При этом сначала в течение 8-12 ч при 4°С инкубируют матрикс из децеллюляризированной донорской печени млекопитающего в физиологическом растворе, забуференном фосфатами и имеющем следующий состав: 138 мМ NaCl, 2,67 мМ KCl, 1,47 мМ KH₂PO₄, 8,1 мМ Na₂HPO₄, дистиллированная вода до 1 л и содержащем фибронектин и ламинин по 10 мкг/мл, с pH 7,4. Соотношение объемов матрикса и физраствора составляет 1:1. Затем на матриксе в течение 2-4 сут проводят сокультивирование свежевыделенных аллогенных клеток печени и предварительно культивированных аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга при соотношении клеток костного мозга к клеткам печени от 1:1 до 1:10, обеспечивая прикрепление клеток в количестве 2×10⁶-15×10⁶ на 1 см³ матрикса. Общий объем матрикса с прикрепленными клетками составляет не менее 0,05 см³. Перед имплантацией получают КИК, смешивая матрикс с прикрепленными к нему клетками и биополимерным гетерогенным коллагенсодержащим гидрогелем в объемном соотношении 3:1. В частном случае матрикс получают из децеллюляризированной донорской печени человека. Матрикс может иметь размеры частиц от 200 до 700 мкм, размеры пор не более 50 мкм, суммарную пористость 70-85%. В качестве гетерогенного биосовместимого биодеградируемого геля может быть использован сферогель. Способ позволяет улучшить результаты лечения печеночной недостаточности путем активизации двухсторонних взаимодействий между имплантированными КИК как готовыми гепатоподобными структурами и паренхимой поврежденной печени реципиента с ускоренной интеграцией их с поврежденной печенью. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ лечения печеночной недостаточности, включающий имплантацию в паренхиму печени клеточно-инженерной конструкции (КИК), содержащей аллогенные клетки печени, аллогенные или аутологичные мезенхимальные стволовые клетки костного мозга, биополимерный гетерогенный коллагенсодержащий гидрогель с последующим назначением антикоагулянтов и антиагрегантов в профилактической дозе, отличающийся тем, что сначала в течение 8-12 часов при температуре 4°С инкубируют матрикс из децеллюляризированной донорской печени млекопитающего в физиологическом растворе, забуференном фосфатами, имеющем следующий состав: 138 мМ NaCl, 2,67 мМ KCl, 1,47 мМ KH₂PO₄, 8,1 мМ Na₂HPO₄, дистиллированная вода до 1 л и содержащем фибронектин и ламинин по 10 мкг/мл, с рН 7,4, при этом соотношение объемов матрикса и физиологического раствора составляет 1:1; затем на матриксе в течение 2-4 суток проводят сокультивирование свежевыделенных аллогенных клеток печени и предварительно культивированных аллогенных или аутологичных мезенхимальных стволовых клеток костного мозга при соотношении клеток костного мозга к клеткам печени - от 1:1 до 1:10, обеспечивая прикрепление клеток в количестве 2×10⁶-15×10⁶ на 1 см³ матрикса, при этом общий объем матрикса с прикрепленными клетками составляет не менее 0,05 см³; перед имплантацией получают КИК, смешивая матрикс с прикрепленными к нему клетками и биополимерный гетерогенный коллагенсодержащий гидрогель в объемном соотношении 3:1.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что матрикс получают из децеллюляризированной донорской печени человека.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что матрикс имеет размеры частиц от 200 до 700 мкм, размеры пор не более 50 мкм и суммарную пористость 70-85%.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве биополимерного гетерогенного коллагенсодержащего гидрогеля используют Сферогель.