Регенерати́вна медици́на — це широка галузь медичної науки, яка спрямована на регенерацію (відновлення) або заміну пошкоджених або хворих клітин, тканин або органів для відновлення їх здорової функції в організмі людини чи тварини.
Основні напрями — активація та використання стовбурових клітин, епігенетичне перепрограмування клітин, органоїди, тканинна інженерія та друк органів, генотерапія та редагування геному, молекулярна та наномедицина, нейроінженерія та ін.
Регенеративна медицина формується на співпраці медицини, біомедицини та біомедичної інженерії.
Історія та сьогодення
1943 — Вільям Колф винайшов першу машину для ниркового діалізу, а Белдінг Г. Скрібнер поширив методику на початку 1960-х, що встановило віху для тимчасової заміни функції органу. 1954 — Джозеф Мюррей провів першу успішну трансплантацію нирки. 1981 — перше відкриття ембріональних стовбурових клітин у мишей, що відкривало можливості для регенеративної медицини. 1997 — клонували вівцю Доллі, продемонструвавши можливості клонування та регенерації. 1998 — відкриття методу отримання людських ембріональних стовбурових клітин і вирощувати їх у лабораторії. Це відкриття лягло в основу сучасної терапії стовбуровими клітинами. 2002 — перша успішна трансплантація аутологічного сечового міхура сконструйованого за допомогою тканинної інженерії. 2006 — Сін'я Яманака разом з командою повідомили про успішну трансформацію дорослих клітин у плюрипотентні стовбурові клітини (iPS-клітини — індуковані плюрипотентні стовбурові клітини), що зменшило етичні проблеми використання ембріональних стовбурових клітин, дозволивши перепрограмовувати зрілі диференційовані клітини назад в стовбурові. 2010 — описані «органоїди» — мініатюрні моделі органів чи тканин зі стовбурових клітин, що дозволяють вивчати розвиток людських органів, моделювати хвороби, тестувати ліки, підбирати персоналізоване лікування, використовувати в тканинній інженерії та як джерело стовбурових клітин для терапії. 2012 — Роберт Ланца, Стівен Д. Шварц та ін. описали клінічне використання ембріональних стовбурових клітин людини для лікування певних типів сліпоти. 2014 — перша демонстрація механізмів регенерації органів in situ у мишей. 2016 — перша успішна трансплантація клітин сітківки, отриманих зі стовбурових клітин, для лікування дегенерації жовтої плями, що дає надію на відновлення сліпоти. 2018 — вчені створили перші 3D-друковані серцеві патчі, використовуючи власні клітини пацієнта, продемонструвавши потенціал 3D-друку органів. 2020 — проведена генотерапія для омолодження та відновлення нервового волокна сітківки. Старим мишам ввели за допомогою аденовірусної генотерапії гени, які синтезують фактори Яманакі, які епігенетично омолоджують гангліозні клітини сітківки миші, що сприяє регенерації аксонів після пошкодження, і усуває втрату зору на мишачій моделі глаукоми та у літніх мишей. Таке омолодження клітин дозволило відновити штучно пошкоджений зоровий нерв — нервові волокна виросли виросли знову. Вчені досягли х2 збільшення кількості клітин сітківки та х5 прискорення росту зорового нерва. 2022 — коркові церебральні органоїди, отримані зі стовбурових клітин людини, трансплантовані в соматосенсорну кору новонароджених безтимусних щурів, розвивають зрілі типи клітин, які інтегруються в сенсорні та мотиваційні схеми. 2023 — органоїди людського мозку успішно інтегруються із зоровою системою дорослого щура після трансплантації у великі пошкоджені порожнини зорової кори. Ще одне дослідження показало успішне відновлення функції після інтеграції мозкового органоїда в ділянку ішемічного інсульту миші. Також у 2023 році було проведено успішне лікування стовбуровими клітинами інфаркту міокарда у свиней. Також було представлено прецизійну роботизовану платформу культур клітин Cell X для ефективного виробництва специфічних для пацієнта іПСК і органоїдів сітківки, демонструючи потенціал для клінічного конвеєрного виробництва іПСК для аутологічної заміни клітин сітківки; пізніше в серпні було представлено ще одну технологію автоматизованого друку органоїдів для тестування та скринінгу ліків. В серпні вийшло дослідження, що описує успішну трансплантацію щурам серцевих органоїдів, сконструйованих з електропровідними кремнієвими нанодротами, в місця ураження інфарктом міоркарда, що сприяло значному функціональному відновленню серця.
В останні роки регенеративна медицина представляє з себе самостійну дисципліну, яка бурхливо розвивається. У 2006 році став виходити перший спеціалізований науковий журнал з регенеративної медицини Regenerative Medicine. З'являються численні інститути та компанії, що займаються розробкою методик регенеративної медицини та наданням послуг, таких як лікування стовбуровими клітинами.
Біомедичні інженери, біологи та лікарі-клініцисти працюють разом з метою створення тканин та органів необхідних пацієнтам для трансплантації, та з метою розробки методів, інструментів та технологій, що сприяють регенерації власних клітин, тканин та органів, у людей та тварин.
За останні два десятиліття тканинна інженерія та регенеративна медицина привели до схвалених терапій, які використовують аутологічні (власні) або алогенні (донорські) клітини для сприяння відновленню тканин. Таких препаратів є багато на ринку, наприклад, Carticel для лікування дефектів хряща (), laViv для зморшок та багато інших.
Огляд 2022 року, опублікований в Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, зазначає, що розуміння можливостей використання клітинної терапії стовбуровими клітинами, позаклітинних везикул (екзосом) і стратегій тканинної інженерії для застосувань регенеративної медицини з упором на персоналізоване лікування пацієнта постійно покращується. Численні доклінічні та клінічні випробування продемонстрували потужний потенціал лікування стовбуровими клітинами, імунних клітин та екзосом, для модуляції запальних імунних реакцій і сприяння неоангіогенній (з утворенням нових судин) регенерації в хворих органах, пошкоджених трансплантатах і при запальних захворюваннях.
Огляд 2023 року, опублікований в Pediatric Surgery International, повідомляє, що сфера регенеративної медицини, що охоплює кілька дисциплін, включаючи біологію стовбурових клітин і тканинну інженерію, продовжує розвиватися завдяки накопиченню досліджень технологій маніпулювання клітинами, генної терапії та нових матеріалів. Однак для досягнення кінцевої мети створення біоінженерних органів для трансплантації ще потрібно вирішити низку питань. Зокрема, розробка складних тканин і органів вимагає тонкого поєднання різних відповідних аспектів — не тільки репопуляція кількох клітинних фенотипів, але й коригування факторів середовища хазяїна, таких як ангіогенез васкуляризація, іннервація та імуномодуляція.
Ринок Розмір світового ринку регенеративної медицини оцінювався в 55,03 мільярда доларів США в 2022 році, і очікується, що з 2023 по 2030 рік він буде зростати на 15,7% у середньорічному темпі зростання.
Стовбурові клітини
Основні статті — Стовбурові клітини, Лікування стовбуровими клітинами.
Стовбурові клітини є наріжним каменем регенеративної медицини завдяки своїй унікальній здатності оновлюватися та диференціюватися в різні типи спеціалізованих клітин. Їх надзвичайний потенціал полягає в здатності відновлювати, замінювати та регенерувати пошкоджені тканини та органи в організмі.
Типи стовбурових клітин
Ембріональні стовбурові клітини (ЕСК): отримані з ембріонів, ці клітини володіють плюрипотентними властивостями, тобто вони можуть трансформуватися в будь-який тип клітин в організмі. Однак їх використання викликає етичні проблеми через необхідність вилучення клітин з ембріонів. Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (іПСК): генеровані з дорослих клітин, таких як клітини шкіри або крові, шляхом епігенетичного перепрограмування, щоб виявляти характеристики, подібні до ембріональних стовбурових клітин. Їх створення обходить етичні проблеми та обіцяє розвиток регенеративної та персоналізованої медицини. Індуковані плюрипотентні стовбурові клітини (induced pluripotent stem cells — iPSC) вдалося отримати з клітин різних тканин (у першу чергу фібробластів) за допомогою їх епігенетичного перепрограмування у стовбурові клітини методами генетичної інженерії, зазвичай, за допомогою комбінації факторів Яманаки — Oct4, Klf4, Sox2 та c-Myc — названих на честь Сін'я Яманака. Також існують методики хімічного перепрограмування клітин з допомогою малих молекулам та перепрограмування з допомогою мікроРНК. Такі індуковані плюрипотентні стовбурові клітини можливо згодом перепрограмувати у будь-які типи клітин — нервові, м'язові, покривні тощо. Дорослі стовбурові клітини: виявлені в різних тканинах, таких як кістковий мозок, мозок і шкіра, ці клітини мають більш обмежений потенціал диференціювання порівняно з ESC або іПСК. Тим не менш, вони відіграють вирішальну роль у підтримці та відновленні певних тканин. Фетальні: можуть бути виділені з тканин зародка та плоду до моменту народження, або в результаті процедури переривання вагітності (у тому числі ектопічної). У складі фетальних стовубрових клітин виділяють перинатальні екстраембріональні, які отримують із позазародкових органів (пуповини, амніону, плаценти) після пологів; серед них розрізняють гемопоетичні, мезенхімальні, епітеліальні та децидуальні стовбурові клітини.
Роль у регенерації
Відновлення тканин: стовбурові клітини значною мірою сприяють природним процесам загоєння організму. Вони можуть диференціюватися в спеціалізовані клітини, допомагаючи у відновленні пошкоджених тканин, таких як серцевий м’яз після інфаркту міокарда або нейрони при травмах спинного мозку або при нейродегенеративних захворюваннях, таких як хвороба Паркінсона та хвороба Альцгеймера. Регенерація органів: регенеративна медицина досліджує потенціал стовбурових клітин для регенерації цілих органів. Дослідники досліджують способи спонукати стовбурові клітини стати функціональними тканинами серця, печінки чи нирок, пропонуючи надію тим, хто потребує трансплантації органів. (див. Органоїд, Тканинна інженерія)
Застосування в медицині Стовбурові клітини мають величезні перспективи в медицині, пропонуючи потенційне лікування ряду станів, шляхом посилення регенерації та заміни пошкоджених тканин і органів. Завдяки своїй унікальній здатності регенерувати та диференціюватися в спеціалізовані типи клітин, стовбурові клітини прокладають шлях для інноваційних методів лікування, спрямованих на відновлення або заміну хворих або пошкоджених тканин в організмі.
Поява індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, які не потребують ембріонів, та проявляють плюрипотентність ембріональних стовбурових клітин, на відміну від дорослих стовбурових клітин, викликала значний інтерес та ентузіазм серед наукових і медичних спільнот завдяки їх широкому потенційному застосуванню як у дослідницьких, так і в клінічних умовах. іПСК, володіючи здатністю диференціюватися в різні типи клітин, відкрили двері для багатьох новаторських застосувань. Лікування захворювань: лікування стовбуровими клітинами є перспективним для широкого спектра захворювань і станів, включаючи хворобу Паркінсона, травми спинного мозку, діабет, серцево-судинні патології та інші. Дослідники прагнуть використати регенеративний потенціал стовбурових клітин для розробки нових методів лікування. Трансплантація. Терапія на основі стовбурових клітин може зменшити залежність від донорства органів, забезпечуючи стійке джерело клітин для трансплантації, що потенційно може революціонізувати сферу заміни органів, компенсуючи функції без потреби в трансплантації.
Серцево-судинна система