Терапевтический ангиогенез (называемый также биологическим шунтированием) — тактика стимуляции образования новых кровеносных сосудов для лечения или профилактики патологических состояний, характеризующихся снижением этой функцииHockel M., Schlenger K., Doctrow S. at al. Therapeutic Angiogenesis. Arch Surg. 1993; 128: 423-9..
Область применения Потребность в терапевтическом ангиогенезе сосредоточена в области дистальных форм хронической ишемии нижних конечностей (ХИНК), ишемической болезни сердца, инфаркте миокарда, при которых хирургические методы лечения либо невыполнимы, либо недостаточно эффективны, сопряжены с высокой частотой противопоказаний и осложнений Швальб П. Г., Гавриленко А. В., Калинин Р. Е. и др. Эффективность и безопасность применения препарата «Неоваскулген» в комплексной терапии пациентов с хронической ишемией нижних конечностей (IIb-III фаза клинических испытаний) . Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011; 3: 76-83.Мжаванадзе Н. Д., Бозо И. Я., Калинин Р. Е., Деев Р. В. Реалии и перспективы применения генной терапии в сердечно-сосудистой хирургии . Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2012; 2: 51-5..
История терапевтического ангиогенеза Концепция терапевтического ангиогенеза начала развиваться после работ J.Folkman, который разработал теорию о развитии и поддержании адекватного кровоснабжения с помощью ангиогенных факторов роста в опухолевых тканях. После выявления факторов роста кровеносных сосудов исследователи стали проверять гипотезы по стимулированию ангиогенеза в терапии ишемических состояний. Впервые в клинической практике терапевтический ангиогенез применил J.Isner. В 1994 году 71-летней пациентке в тяжелом состоянии с критической ишемией нижних конечностей (КИНК), IV степень ишемии по классификации А. В. Покровского-Фонтейна, был введен ген VEGF-165 в плазмидном вектореIsner J., Walsh K., Symes J. et al. Arterial gene therapy for therapeutic angiogenesis in patients with peripheral artery disease. Circulation. 1995; 91: 2687-92.Isner J., Pieczek A., Schainfeld R., Blair R. et al. Clinical evidence of angiogenesis after arterial gene transfer of phVEGF165 in patient with ischaemic limb. Lancet 1996 Aug 10;348(9024):370-4.. Следующим исследователем-клиницистом была I. Baumgartner, которая провела ряд исследований у пациентов с КИНК, описала и классифицировала возможные побочные явленияBaumgartner I., Rauh G., Pieczek A. et al. Lower-extremity edema associated with gene transfer of naked DNA encoding vascular endothelial growth factor. Ann Intern Med. 2000; 132(11):880-4..
Механизм терапевтического ангиогенеза Условно выделяют два процесса, лежащие в основе терапевтического ангиогенеза: ангиогенез и васкулогенез. Васкулогенез представляет собой процесс формирования кровеносных сосудов из эндотелиальных клеток-предшественников (endothelial progenitor cells, EPCs — клетки) in situ, которые мигрируют и сливаются с другими эндотелиальными клетками-предшественниками в капилляры и дифференцируются в клетки эндотелия, формируя новые сосуды. Данная форма наиболее распространена в эмбриональный периодMadeddu P. Therapeutic angiogenesis and vasculogenesis for tissue regeneration. Experimental physiology. 2004; 90: 315-26.. Ангиогенез включает в себя продление уже сформированных сосудов и представляет собой процесс прорастания новых капилляров, включающий активацию эндотелиальных клеток, деградацию межклеточного матрикса, пролиферацию и миграцию эндотелиоцитов и образование первичных высокопроницаемых сосудистых структур. В последующем происходит стабилизация и «взросление» первичных сосудистых структур за счет привлечения клеток другого типа: перицитов и гладкомышечных клеток, в результате чего происходит организация сложной трехмерной сосудистой сети. Основным стимулирующим фактором ангиогенеза при физиологических и патологических состояниях является недостаток кислорода. Гипоксия стимулирует образование большинства ангиогенных факторов, и, прежде всего, основного регулятора ангиогенеза как в эмбриональном, так и в постнатальном периоде развития организма — фактора роста эндотелия сосудов (Vascular endothelial growth factor, VEGF) и его рецепторов (VEGF-R). Выделено более 20 факторов, стимулирующих или подавляющих процесс ангиогенеза (таблица 1). Некоторые факторы, в зависимости от дозы, могут быть как индукторами ангиогенеза, так и ингибиторамиMäkinen K. Angiogenesis — a new goal in peripheral artery occlusive disease therapy. Acta Chir Belg. 2003; 103: 470-4.Malecki M., Kolsut P., Proczka R. Angiogenic and antiangiogenic gene therapy. Gene Therapy. 2005; 12: 159-69.. В настоящее время термин «терапевтический ангиогенез» подразумевает оба, выше описанных процесса роста новых кровеносных сосудовLi W., Li V. Angiogenesis in wound healing. Conteporary surgery. А supplement to contemporary surgery. 2003; 36.Azrin М. Angiogenesis, protein and gene delivery. British Medical Bulletin 2001; 59: 211-25.Sylven С. Angiogenic gene therapy. Drugs of Today. 2002; 38: 819-27..
Таблица 1 — «Индукторы и ингибиторы ангиогенеза»
Индукторы ангиогенеза Ингибиторы ангиогенеза Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) Фактор роста фибробластов (FGF) Фактор роста гепатоцитов (HGF) Ангиопоэтин (Ang) Трансформирующий ростовой фактор альфа и бета Фактор некроза опухоли альфа Тромбоцитарный фактор роста Интерлейкин-8 Ангиогенин Пролиферин Лептин Моноцитарный хемотаксический протеин (MCP-1) Фактор, индуцируемый гипоксией — 1 альфа (HIF-1 alpha) Калликреин тканевой Гранулоцитарный колониестимулирующий фактор Фоллистатин Плейотрофин Эндостатин Вазостатин Ангиостатин Канстатин Тумстатин Растворимая форма рецепторов VEGF Тромбоцитарный фактор 4 Ингибитор матриксных металлопротеиназ Низкомолекулярный пролактин (масса — 16 кДа) Тромбоспондин-1 Трансформирующий ростовой фактор альфа Интерферон альфа/бета Фактор некроза опухоли альфа Интерлейкин-12 Интердейкин-18 Арестин Рестин Маспин
Клинические методы терапевтического ангиогенеза Для процесса терапевтического ангиогенеза используются различные терапевтические подходы: введение рекомбинантных белков — индукторов ангиогенеза (факторов роста); использование клеточной терапии; введение генных конструкций, кодирующих факторы.
Введение рекомбинантных белков — индукторов ангиогенеза Зная детально физиологические эффекты фактора роста эндотелия сосудов и имея положительный опыт применения белковых факторов стимуляторов гемопоэза, ученые синтезировали белковые молекулы фактора роста эндотелия сосудов и основного фактора роста фибробластов (bFGF). Первые неконтролируемые клинические исследования у больных ИБС и больных с критической ишемией нижних конечностей (КИНК), в которых использовали рекомбинантные белки, показали обнадеживающие предварительные результаты по эффективности. Однако данные двойных слепых плацебо-контролируемых исследований оказались менее оптимистичными. В двух больших исследованиях, в которых тестировали внутрикоронарное введение рекомбинантных факторов роста (VEGF в исследовании VIVA у 178 больных ИБС, не являющихся оптимальными кандидатами для хирургической или эндоваскулярной реваскуляризации; FGF-2 в исследовании FIRST у 337 аналогичных больных) не удалось обнаружить различий с результатами в группах плацебо. В исследовании TRAFFIC (FGF-2 двукратно вводили в бедренную артерию больным с КИНК), в котором более выраженное увеличение времени безболевой ходьбы у получавших FGF-2 в первые 3 мес. нивелировалось через 6 мес. за счет увеличения времени безболевой ходьбы в группе получавших плацебо. Тем не менее, результаты этого исследования вселили некоторый оптимизм относительно возможности использования рекомбинантного FGF-2 при КИНК. Возможно, неудачи контролируемых исследований по терапевтическому ангиогенезу с помощью рекомбинантных факторов роста были обусловлены неправильно выбранным способом введения фактора. Рекомбинантные белки имеют короткий период полужизни в кровотоке, к тому же показано, что при внутрисосудистом способе введения очень небольшая часть белка задерживается в миокарде(0,1 % при внутривенном введении и 5 % при внутрикоронарном). Для эффективного использования рекомбинантных факторов роста необходимо их локальное введение в миокард или скелетные мышцы в виде комплексов с матриксными белками, обеспечивающими длительное локальное высвобождение фактораПарфенова Е. В., Ткачук В. А. Терапевтический ангиогенез: достижения, проблемы, перспективы. Кардиологический вестник. 2007; 2: 5-15..
Использование клеточной терапии
Формирование новых сосудов в настоящее время рассматривается как два взаимосвязанных процесса — ангиогенез и васкулогенез. Васкулогенез включает в себя участие костномозговых предшественников эндотелиальных клеток (EPCs — endothelial progenitor cells), которые перемещаются к месту образования нового сосуда, где уже на месте дифференцируются в эндотелиальные клетки. Наиболее хорошо изученным методом клеточной терапии ишемических заболеваний конечностей является стимуляция выхода в кровеносное русло EPCs клеток, выделение их из кровеносного русла и введение в область ишемии. На основании анализа проведенных доклинических и ряда клинических исследований можно сделать заключение, что введение предшественников эндотелиоцитов или стимуляция выхода предшественников эндотелиальных клеток ускоряет формирование коллатеральных сосудов, минимизируя при этом зону ишемического повреждения. Однако процесс требует наличия специально оснащенной лаборатории, а количество получаемых клеток обычно варьируется. Механизм ангиогенного действия стволовых клеток (СК), полученных из взрослого организма, включает предположительно паракринные эффекты, связанные с секреторной активностью клеток и дифференцировку их в специфические клетки сосудов, а также слияние с клетками тканей. Удельный вес каждого из этих механизмов до конца не определен и экспериментальные данные довольно противоречивы. Однако в значительной степени стимуляция неоваскуляризации при введении СК осуществляется за счет их секреторной активности. Это подтверждается тем фактом, что увеличение количества сосудов в миокарде экспериментальных животных отмечалось при введении практически всех типов клеток, используемых для клеточной терапии: гематопоэтических и мезенхимальных клеток костного мозга, предшественников ЭК (циркулирующих и костно-мозговых), клеток, полученных из пуповинной крови и даже скелетных миобластовIsner J., Vale P., Losordo D. and el. Angiogenesis and cardiovascular disease. Dialogues in cardiovascular medicine, 2001:3:145-70..
Введение генных конструкций, кодирующих факторы роста Альтернативой терапии рекомбинантными белками может быть генная терапия. Преобладают два типа векторных систем, которые применяются для доставки терапевтического гена в область ишемии: плазмиды и рекомбинантные аденовирусыГригорян А.С., Шевченко К.Г. Возможные молекулярные механизмы функционирования плазмидных конструкций, содержащих ген VEGF. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2011; 6(3): 24-8..