Регенеративная медицина и создание лекарств с использованием iPS-клеток развиваются быстрыми темпами. Новый способ их применения радикально изменяет сложившийся процесс разработки лекарств. Более того, мы всё ближе к реализации регенеративной медицины для лечения повреждений спинного мозга. Мы расспросили директора Исследовательского центра регенеративной медицины Университета Кэйо Окано Хидэюки о революции, которую использование iPS-клеток производит в процессе создания лекарств.
Прорыв в исследованиях неизлечимого амиотрофического латерального склероза
Профессор Окано – один из мировых лидеров в том, что касается увязывания исследований индуцируемых плюрипотентных стволовых клеток (iPS-клеток) с тем, что именуется «реальной медициной». Отличительным свойством iPS-клеток, получаемых из кожных, кровяных и других клеток организма, состоит в том, что они способны преобразовываться в различные другие типы клеток организма. Использование этого свойства позволяет воспроизводить на основе iPS-клеток патогенез заболеваний нервной системы и вести исследования, перебрасывающие мостик к созданию лекарственных препаратов и регенеративной медицине.
Если говорить конкретнее, то в разработке лекарств для лечения амиотрофического латерального склероза (ALS) iPS-клетки выводят на этап реализации исследований на практике.
Амиотрофический латеральный склероз – прогрессирующее неизлечимое заболевание, при котором постепенно утрачиваются двигательные нервы. Отмирание нервных клеток, передающих сигналы от мозга к мышцам, приводит к тому, что постепенно мускулы тела утрачивают способность двигаться, в результате чего затрудняется даже дыхание. Поскольку сознание и ощущения при этом сохраняются, человек вынужден страдать от недуга, осознавая, как его тело утрачивает свои функции. В Японии число пациентов с этим заболеванием оценивается приблизительно в 10 тысяч. До сих пор принципиального метода лечения или действенных лекарств просто не существовало.
«В разработке препарата для лечения ALS мы шли путем проб и ошибок», – рассказывает профессор Окано. При прежних фармацевтических исследованиях основным методом было выведение мышей с такими же генетическими отклонениями, как у пациента, а затем применение на человеке лекарств, которые проявляли эффективность при использовании на мышах. Но несмотря на то, что исследователи продвинулись до клинических испытаний более чем десяти видов лекарств-кандидатов, выявленных в ходе опытов с мышами, на человеке эффект от всех этих препаратов себя практически не проявлял.
«Дело в том, что у мышей и человека свойства нервных клеток и структура нервных путей принципиально разные. Их отличия стали решающей преградой, в особенности в том, что касается нарушений в работе центральной нервной системы», – поясняет профессор.
Для того, чтобы преодолеть это препятствие, профессор Окано и его коллеги по исследовательской группе получили iPS-клетки из клеток пациентов с ALS и разработали уникальный подход для преобразования этих клеток в двигательные нейроны.
Такие двигательные нейроны человека с ALS точно воспроизводят в лабораторной чашке состояние болезни пациента. Соответственно, появилась возможность наблюдать в лабораторной чашке явление, происходящее в головном и спинном мозге пациента с ALS – нейронные аксоны аномально укорачиваются, происходит их чрезмерное возбуждение, следствием которого становится быстрое отмирание клеток. Точность этой модели привела к огромному прорыву в исследованиях амиотрофического латерального склероза.
Выяснилось, что уже существующее лекарство обладает сильным излечивающим эффектом от ALS
Пользуясь полученной моделью на основе человеческих клеток, профессор Окано и его коллеги попытались отыскать лекарство, действенное для лечения ALS, путем так называемого «перепрофилирования лекарственных препаратов» – подхода, при котором задействуются уже существующие лекарственные средства. Поскольку при данном методе для лечения другой болезни используются лекарства, безопасность которых уже проверена, это позволяет серьезно сократить как время разработки, так и затраты.
«iPS-клетки позволяют производить человеческие клетки с такими же аномалиями, как у пациента. Поскольку их можно преобразовывать в различные клетки тканей организма и даже производить органоиды, воспроизводящие объемную структуру того или иного органа, мы сочли, что подход с апробированием лекарств на клетках человека с реальным заболеванием позволит повысить процент точных попаданий».
Цель исследований профессора Окано и его коллег оказалась верной, и в 2018 году было установлено, что ропинирола гидрохлорид – средство для пациентов с болезнью Паркинсона – улучшает аномальный фенотип двигательных нейронов у пациентов с ALS.
«Ропинирол улучшает ситуацию с укорачиванием аксонов клеток с ALS, подавляет чрезмерное возбуждение и эффективен в защите клеток от гибели».
Этот результат, опубликованный в 2018 году в международном медицинском журнале Nature Medicine, привлек большое внимание. Но еще важнее было то, что данное исследование не остановилось на фундаментальном этапе, а быстро привело к клиническим пробам на реальных пациентах.
В декабре 2018 года Университет Кэйо приступил к клиническим испытаниям лечения под руководством врача пациентов с ALS ропиниролом. Пробное лечение с привлечением примерно 20 пациентов показало благоприятный результат, а в настоящее время продвигается подготовка к следующему этапу испытаний.
«Не будет преувеличением сказать, что с использованием iPS-клеток скорость продвижения от создания лекарства до практических испытаний лечения просто немыслима для прежних процессов».
Еще один важный аспект фармацевтических исследований с iPS-клетками состоит в том, что он позволяет раскрывать многообразие болезненных состояний пациентов. Группа профессора Окано произвела iPS-клетки из образцов, полученных у примерно 250 пациентов с ALS, и подробно проанализировала особенности каждого. «Название заболевания – ALS – у всех одно и то же, а состояния у разных пациентов чрезвычайно разнообразны, и подходить к ним шаблонно не получится», – пояснил профессор.
В ответ на это многообразие исследователи собрали массу разнообразных данных – результаты генного анализа, оценки фенотипа клеток (оценка особенностей поведения клеток), анализа внеклеточных везикул (микроскопических выделений клеток) и т. д. Конечной целью ставится реализовать в комбинации с искусственным интеллектом систему выбора лекарственного препарата, наилучшим образом подходящего каждому конкретному пациенту.
Радикальные улучшения у трех из четырех пациентов с повреждениями спинного мозга
Исследования профессора Окано не ограничиваются только разработкой лекарств. Впечатляющие результаты уже демонстрируют и клинические исследования в области регенеративной медицины – пересадка пациентам с повреждениями спинного мозга получаемых из iPS-клеток клеток-предшественников нервных (клетками-предшественниками называют клетки, которые находятся на промежуточном этапе развития в клетки нервной системы и способны преобразовываться в различные клетки нервной системы). В клинических испытаниях с участием четырех пациентов в состоянии, близком к параличу четырех конечностей, у двоих произошло существенное улучшение, а один продемонстрировал поразительное восстановление вплоть до того, что начал учиться ходить.
«Реальный метод лечения с пересадкой клеток-предшественников, полученных из iPS-клеток, опробован впервые в мире. Поскольку улучшения в результате лечения явные, мы рассчитываем выйти на временное условное одобрение метода в течение 3-4 лет, а по возможности реализовать эту цель еще быстрее».
В Японии благодаря внесению в 2014 году поправок в Закон о медицинских препаратах и медицинском оборудовании были созданы условия, позволяющие ускорить предоставление пациентам продуктов регенеративной медицины, если они демонстирируют эффективность и безопасность. Механизм, позволивший накапливать свидетельства на протяжении этих семи лет со времени одобрения поправок и дать пациентам шанс на лечение, – передовой в мировом масштабе.
«Но на пути к практической реализации лечения важной задачей выступает и становление технологий производства», – отмечает профессор Окано. Наряду с разработкой лекарств и методов лечения профессор ведет работу по продвижению к общественной реализации с деловой точки зрения на посту главного научного руководителя в биологической венчурной компании K Pharma, учрежденной Университетом Кэйо в целях практической реализации базовых исследований.
И эта работа уже начинает приносить конкретные плоды. Компания K Pharma в партнерстве с дочерним предприятием Nikon – компанией Nikon Cell Innovation занимается созданием системы производства для испытаний продукции регенеративной медицины, предназначенной для лечения повреждений позвоночника с использованием iPS-клеток. Целью ставится начать клинические испытания под эгидой этой компании уже в 2027 году. Это важный шаг к реализации регенеративной медицины японского происхождения – не ограничиваясь этапом научных исследований, перейти к подготовке медицинской инфраструктуры, включая поставку продукции.
Прогресс в понимании механизма нервных заболеваний с затрудненной диагностикой
Группа профессора Окано также занимается исследованием пациентов с нервными заболеваниями, в том числе шизофренией.
«В большинстве случаев механизм заболевания подтверждается на подопытных животных. Психические же заболевания, диагностика которых осуществляется на основе субъективных жалоб на такие состояния как галлюцинации, бред, нарушения мыслительных процессов, подтвердить на бессловесных животных невозможно. Но если произвести нервные клетки из iPS-клеток пациента с психическим заболеванием, то появляется возможность прояснить механизм болезненных состояний, свойственных человеку».
В данный момент продвигается совместное исследование с швейцарской компанией MaxWell Biosystems. В рамках этого проекта с использованием самой современной методики анализа производятся тщательные измерения состояния и электрической активности нервных клеток, полученных из iPS-клеток от пациентов с шизофренией.
«Если мы поймем, какие аномалии имеются в электрической активности нервных клеток, произведенных из iPS-клеток пациентов с шизофренией, то у нас появится возможность вносить лекарства и наблюдать, происходят ли улучшения болезненного состояния, что, в свою очередь, ведет к переходу разом к клиническим испытаниям в обход моделирования на животных.
Если благодаря данной технологии процесс разработки лекарств, занимавший прежде 10-20 лет, удастся сократить до года или двух, то это, вероятно, позволит помочь множеству людей по всему миру.
«Благодаря iPS-клеткам мы со всей очевидностью можем быстрее, чем в прежние времена, отыскивать эффективные лекарства и методы лечения. Но в самом по себе открытии хорошего лекарства нет никакого смысла, если нет возможности дать его людям, страдающим от недуга. Как скорее реализовать в обществе результаты создания лекарств с помощью iPS-клеток, и как сделать так, чтобы такое лечение мог проходить любой человек по всей стране, – вот что имеет действительно крайне важное значение», – особенно энергично поясняет профессор Окаяма.
В 2026 году исполняется 20 лет с тех пор, как профессор Яманака Синъя открыл iPS-клетки, и теперь на наших глазах воплощаются методы лечения, о которых мечтали, приговаривая: «еще неизвестно, сколько лет на это уйдёт». Инновационное будущее, к которому ведет медицина iPS-клеток, становится все ближе.
Подготовка материала и текст: Огоси Хироси (группа пишущих на научные темы «Паскаль»)
Окано Хидэюки
Директор Исследовательского центра регенеративной медицины и профессор Университета Кэйо. Родился в 1959 году. Окончил медицинский факультет Университета Кэйо. Работал профессором медицинского факультета Осакского университета, директором Международного сообщества исследователей стволовых клеток (ISSCR), советником Японского общества регенеративной медицины и др. Один из лидеров мировых исследований с использованием iPS-клеток в области медицины повреждений спинного мозга.
