На сегодняшний день аутотрансплантация жировой ткани является самой популярной темой научных исследований в области пластической хирургии и регенеративной медицины. Увеличение интереса к ней и ее новое рождение произошло за последние 5 лет. Практическая значимость направления не вызывает сомнений - оно дает возможность использования собственной жировой ткани для контурной пластики тела во всех аспектах: закрытие дефектов врожденного и приобретенного характера, а также решение эстетических задач, связанных с увеличением объема тканей. Безопасная, малоинвазивная методика на протяжении всей долгой истории попыток ее применения проигрывала более сложным методам (пересадка лоскутов, использование имплантатов), имея главный существенный недостаток - непрогнозируемое и неэффективное приживление пересаженного жира [13]. Достижения в области клеточных технологий позволили многим ученым, занимающимся пластической хирургией по всему миру (США, Европа, Китай, Япония), по-другому посмотреть на проблему пересадки собственной жировой ткани. Нарастающее количество публикаций на эту тему в профессиональной научной литературе позволяет думать о соревновательном характере исследований. Преимущественно изучаются факторы, которые могут повлиять на степень приживаемости жировой ткани и сделать ее более предсказуемой.

История трансплантации жировой ткани при хирургических вмешательствах начинается с конца XIX века. Первое сообщение о пересадке жировой ткани было сделано в 1893 г. немецким хирургом Gustav Neuber (1850-1932 гг.), пересадившим участок жировой ткани с руки в область нижнего края орбиты, для коррекции рубцового вдавления после остеомиелита [36]. За более чем вековой период пластической хирургии был накоплен немалый опыт применения жировой ткани для решения различных практических задач.

Дефекты мягких тканей всегда были сложной проблемой в пластической хирургии. Остается значительная потребность в адекватном подходе к лечению распространенных дефектов мягких тканей после ожогов, травм и хирургических вмешательств. Дефекты мягких тканей часто образуются вследствие недостатка или отсутствия подкожного жирового слоя, что приводит к изменению нормальных контуров тела.

Трансплантация жировой ткани получила широкое признание и является общепринятой техникой для восполнения объема или заполнения дефектов мягких тканей, обусловленных травмой или инволюционным процессом [10, 31, 42]. Жировая ткань может быть легко получена методом липосакции и используется не только в пластической хирургии, но и в тканевой инженерии. Несмотря на то что применение жировой ткани в регенеративной медицине и пластической хирургии является прогрессивным методом, имеются и серьезные проблемы, связанные с его использованием. По истечении времени после пересадки аутологичной жировой ткани происходит потеря до 40-60% объема трансплантата в реципиентной области [13, 46, 47]. Причиной значительной резорбции с последующей деструкцией тканей служит недостаточная васкуляризация жировых трансплантатов, снижающая доставку кислорода и питательных веществ к трансплантату. В связи с этим использование зрелой жировой ткани для трансплантации иногда дает непредсказуемый и слишком кратковременный результат из-за частичного некроза или прогрессивной резорбции жировой ткани [9, 37, 41, 47].

Одним из перспективных направлений с позиции получения более предсказуемого результата реконструкции мягких тканей является применение стволовых клеток жировой ткани (СКЖТ) [14, 16, 35, 47], открывающее широкие возможности развития тканевой инженерии и регенеративной медицины. Количество исследований резко возросло, в общей сложности с 9 в декабре 2009 г. до 18 в мае 2010 г. Исследовалась эффективность СКЖТ в лечении диабета, цирроза печени, сердечно-сосудистых заболеваний, ишемии нижних конечностей и липодистрофии. Кроме того, СКЖТ рассматривались в клинических исследованиях иммуносупрессии (ревматоидный артрит, болезнь Крона и язвенный колит) [20, 23], рассеянного склероза [43], для увеличения объемов мягких тканей [47] и восстановления костной ткани [32]. Для клинического использования стволовых клеток необходимо получать их в довольно больших количествах. Несмотря на то что взрослые стволовые клетки имеют более низкий потенциал дифференциации [21], чем эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) и индуцированные плюрипотентные стволовые (induced pluripotent stem cells) клетки [45], их использование позволяет обойти этические вопросы, связанные с применением эмбриональных стволовых клеток, а также вопросы высокой себестоимости индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

В связи с возрастающей популярностью клеточной терапии актуально проведение в дальнейшем дополнительных лабораторных и клинических исследований.

В представляемом обзоре литературы суммированы основные аспекты исследований СКЖТ в лабораторных условиях и использования их в клинической практике.

В 60-х годах прошлого века M. Rodbell впервые описал метод выделения клеток из жировой ткани. При использовании сочетания механического измельчения жировой ткани, протеолитического расщепления и дифференциального центрифугирования ему удалось отделить зрелые адипоциты от более плотной клеточной массы, которую он назвал стромально-сосудистой фракцией (ССФ). Она гетерогенна и представлена клетками крови, фибробластами, перицитами, эндотелиальными клетками и преадипоцитами [5]. В начале нового тысячелетия команда пластических хирургов и исследователей из Питсбургского университета под руководством Bill Futrell провели исследование и доказали, что жировая ткань является огромным источником зрелых мезенхимальных стволовых клеток (МСК), так называемых Adipose - DerivedStemCells (ADSCs), способных к дифференциации в разных направлениях зависимости от условий, в которых они находятся.

В 2001 г. Р. Zuk и соавт. отметили, что это свойство указывает на большое сходство ADSCs с МСК костного мозга. Сравнительный анализ показал, что МСК из костного мозга и ADSCs не различаются по морфологии, иммунному фенотипу и способности к дифференциации. В то же время ADSCs более доступны для выделения и использования в клинике [48, 49]. В то время как в костном мозге взрослого человека на 50 000-1 000 000 клеток приходится всего 1 МСК, в жировой ткани содержание МСК составляет 1 на 30-1000 клеток [10]. Жировую ткань, таким образом, можно считать привлекательным альтернативным источником стволовых клеток, так как она может быть собрана в больших количествах как из фрагментов жировой ткани, так и методом липосакции.

Большой вклад в развитие теории и практики липофилинга внес пластический хирург из Вероны G. Rigotti, который в 2007 г. в своих статьях и выступлениях на конгрессах продемонстрировал впечатляющие результаты не только восстановления мягких тканей путем липофилинга, но и лечения радиационных повреждений и трофических язв нижних конечностей инъекциями жира. При этом G. Rigotti особо подчеркивал роль СКЖТ в процессах сохранения трансплантата и лечения лучевых поражений [42].

СКЖТ имеют хорошие перспективы для лечебного применения в доклинических исследованиях в различных областях, так как обладают способностью проходить адипо-, остео-, хондро-, нейро- и миогенную дифференцировку (рис. 1) и могут быть легко культивированы в лабораторных условиях.

Кроме того, было показано, что СКЖТ являются иммунопривилегированными [23] и проявляют себя генетически более устойчивыми в долговременной культуре по сравнению со стволовыми клетками костного мозга [15]. Безопасность и эффективность СКЖТ для регенерации тканей и реконструкции в настоящее время оценивается в клинических испытаниях.

Для описания свойств стволовых клеток используется понятие «потентность», которое означает количество образующихся из них типов клеток. Стволовые клетки могут быть тоти-, плюри-, мульти-, олиго- или унипотентными. Унипотентные стволовые клетки могут дифференцироваться в специализированные клетки какого-либо одного типа, а остальные виды стволовых клеток (олиго-, мульти-, поли- и тотипотентные) - в несколько видов клеток. Тотипотентные стволовые клетки служат родоначальниками всех типов клеток развивающегося организма и обнаруживаются лишь на ранних этапах эмбрионального развития. Они образуются в течение нескольких дней после оплодотворения яйцеклетки, формируя бластоцисту. Выделенные из эмбриона тотипотентные стволовые клетки можно «заставить» дифференцироваться в определенном направлении. Направление дифференцировки ЭСК может меняться под действием экзогенных факторов. Например, при культивировании этих клеток в присутствии производных витамина А они дифференцируются в нервные клетки, тогда как добавление некоторых факторов роста стимулирует их дифференцировку в клетки крови [21, 35, 48].

Поли-, мульти- и олигопотентные стволовые клетки обладают более ограниченной способностью к дифференцировке, чем тотипотентные [48]. Хотя ЭСК обладают почти неограниченными возможностями дифференцироваться в лабораторных и естественных условиях, их применение ограничено этическими, правовыми и политическими соображениями, а также научными и клиническими вопросами безопасности и эффективности. Таким образом, использование тканеспецифических стволовых клеток взрослого организма предполагает альтернативные подходы, позволяющие решить многие из этих проблем.

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) - первые стволовые клетки, которые были описаны в 1963 г. A. Becker и соавт. [6]. Эти клетки находятся в костном мозге и обладают способностью к самообновлению и дифференциации. Кроме того, исследования подтверждают, что эти клетки обладают способностью трансдифференцироваться, например, в гепатоциты [28], что дает им более широкий, чем ожидалось, потенциал в регенеративной медицине. Тем не менее основное внимание в этом обзоре будет уделено МСК и СКЖТ.

Первым, кто предположил существование во взрослом организме клеточного резерва для физиологической и репаративной регенерации соединительных тканей, был российский гистолог А.А. Максимов. Согласно выдвинутой им в первой половине XX века теории мезенхимального резерва, в организме сохраняются недифференцированные клетки эмбриональной мезенхимы, служащие источником пополнения фибробластов и других клеточных элементов соединительной ткани.

В 60-х годах А.Я. Фриденштейн впервые экспериментально подтвердил присутствие таких клеток в строме костного мозга и других кроветворных органах [18, 19]. Благодаря способности к клональному росту в культуре с образованием колоний фибробластоподобных клеток выделенные А.Я. Фриденштейном клетки-предшественники получили название колониеобразующих единиц фибробластов (КОЕ-Ф). Эти клетки длительно самоподдерживались при пассировании in vitro, а при обратной трансплантации в организме дифференцировались в хрящевую и костную ткани и создавали кроветворное микроокружение. При этом трансплантация экспериментальному животному даже единичной клональной колонии приводила к дифференцировке в нескольких направлениях, что свидетельствовало о мультипотентности КОЕ-Ф [4].

Возможности этих стромальных клеток костного мозга были дополнительно исследованы в 80-х годах прошлого века, в частности A. Piersma и соавт. [38]. В 90-х годах эти клетки были «переоткрыты» другими зарубежными исследователями, в первую очередь A. Caplan [11], предложившим концепцию МСК. Этот термин стал наиболее употребительным, хотя многие авторы использовали для тех же клеток и другие названия, в частности, «стромальные стволовые клетки» [8] или «мезенхимальные родоначальные клетки» [33]. Для пояснения терминологии и устранения несоответствия между номенклатурой и биологическими характеристиками Международное общество клеточной терапии (International Society for Cellular Therapy - ISCT) рекомендовало обозначать популяции фибробластоподобных клеток с множественными потенциями к дифференцировке термином «мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки», сохранив термин «мезенхимальные стволовые клетки» лишь за теми из них, которые удовлетворяют критериям стволовости [4, 25].

С этого времени термин «стволовые клетки» имеет научное значение, т.е. этот тип клеток должен обладать способностью к самообновлению и потенциальной множественной дифференциацией. Комитет по мезенхимальным и тканевым стволовым клеткам Международного общества клеточной терапии предложил единую номенклатуру для этих клеток в двух утвержденных положениях статей, опубликованных в начале 2000-х годов [17, 25]. Они предположили, что прилипающие к пластику клетки, в настоящее время описанные как мезенхимальные стволовые клетки, должны быть названы мультипотентными мезенхимальными стромальными клетками, в то время как термин «мезенхимальные стволовые клетки» должен быть зарезервирован только за клетками, проявляющими активность стволовых клеток по четко установленным критериям. Критерии утверждают, что аббревиатура МСК может быть использована для обеих популяций, до тех пор, пока аббревиатура определена в презентации работы. Чтобы определить МСК, ISCT были предложены некоторые минимальные критерии [17]:

1) адгезивность к пластику при культивировании в стандартных условиях;

2) экспрессия специфических поверхностных антигенов;

3) способность дифференцироваться in vitro в остеобласты, адипоциты и хондробласты.

Для отнесения исследуемой клеточной популяции к категории МСК требуется одновременное выполнение этих трех условий. Впрочем, следует иметь в виду, что рекомендованные критерии не являются окончательными и по мере получения новых знаний могут уточняться и модифицироваться [4].

Была показана способность МСК дифференцироваться не только в остеобласты, адипоциты и хондробласты, но и в разнообразные специализированные мезенхимальные типы клеток, включая миоциты. Кроме того, МСК находятся в различных местах по всему телу, например в костном мозге, вокруг кровеносных сосудов, в жировой ткани, коже, мышцах, зубах и других местах [12]. Также было показано, что в дополнение к своим возможностям дифференцироваться МСК обладают определенным уровнем пластичности. До недавнего времени считалось, что стволовые клетки конкретных тканей дифференцируются только в зрелые фенотипы в рамках своих ограниченных линий. Однако еще несколько десятилетий назад было отмечено, что хондроциты могут трансдифференцироваться в остеобласты и что адипоциты могут переключать их на фенотип остеобластов [7]. В целом производительность МСК оказывает влияние на общее состояние здоровья людей, контролируя способность организма естественным образом обновляться, восстанавливаться и (по требованию) омолаживать различные ткани.

Исторически сложилось, что жировая ткань рассматривалась как метаболический резервуар для хранения и образования высокоэнергетичных субстратов в форме триглицеридов и холестерина, а также жирорастворимых витаминов.

В середине 80-х годов концепция была изменена, было установлено, что жировая ткань участвует в метаболизме половых гормонов, таких как эстроген [30]. Сегодня жировая ткань также известна своей обильной популяцией стволовых клеток [44].

Жировая ткань состоит из жировых клеток (адипоцитов) и ССФ - стромальных клеток, которые в основном располагаются вокруг кровеносных сосудов. В жировой ССФ содержится большая популяция преадипоцитов, которые были впервые выделены и описаны W. Poznanski и соавт. в 1971 г. [40]. Преадипоциты обладают основными свойствами зрелых МСК и обнаруживаются в организме на протяжении всей жизни. Они, в основном, располагаются в окружении мелких кровеносных сосудов и между зрелыми жировыми клетками в ССФ. Несмотря на это, полученные жировые стромальные клетки представляют собой гетерогенную клеточную популяцию, а не гомогенную, как было принято считать раньше [16]. Жировая ССФ состоит не только исключительно из преадипоцитов, но также из сосудистых эндотелиальных клеток, гладкомышечных клеток сосудов, фибробластов, клеток крови и макрофагов [46, 49]. Клетки ССФ жировой ткани обладают способностью дифференцироваться в клетки различных видов, таких как адипоциты, остеобласты, хондроциты, миоциты, эндотелиальные клетки, гемопоэтические клетки, гепатоциты и нервные клетки. Также в ССФ присутствуют лейкоциты, которые могут находиться в паренхиме жировой ткани [21, 26, 49]. Несмотря на то что ССФ является гетерогенной популяцией клеток, для последующего культивирования СКЖТ выбирают относительно однородную популяцию клеток, обогащая ее клетками выраженного стромального иммунофенотипа.

Очевидно, что, обладая широким спектром и комбинацией клеточных поверхностных CD-маркеров, ССФ представляет собой не единую популяцию, а довольно большой источник разнообразных клеток-предшественников, включая зрелые эндотелиальные клетки (ECs) [48, 49]. По данным поточной цитометрии, свежая изолированная ССФ, полученная путем как липосакции, так и иссечения жировой ткани, состоит из значительной популяции клеток-предшественников, проявляющихся сильной экспрессией CD34 и KDR (рецептор тирозинкиназы). Однако ССФ также содержит популяцию CD31, CD51/61 и vWF-положительных клеток (vWF-фактор фон Виллебранда), демонстрируя контаминацию зрелыми эндотелиальными клетками.

Esther, Wosnitza и Pallua показали, что экспрессия CD31 и CD51/61 была выражена сильнее в клетках ССФ, полученных путем липосакции (до 40% CD 31⁺) и выделение ECs в липоаспирате было гораздо больше, чем в иссеченной жировой ткани. Они также провели сравнительный анализ особенностей дифференцирования поверхностных маркеров CD31⁺ и CD31–, используя CD31 магнитные частицы Dynabeads, с активированной поверхностью для разделения клеток из неочищенной ССФ жировой ткани. В результате было сделано заключение, что фракция CD31– состоит из клеток-предшественников адипоцитов - преадипоцитов, а фракция CD 31⁺ обладает свойствами эндотелиальных клеток.

Таким образом, ССФ представляет собой не единую клеточную фракцию, а смесь из различных клеток, с разной экспрессией поверхностных белков антигенов. Среди них CD31–, S100⁺ (тип клеток, который обладает способностью дифференцироваться в адипоциты, как и в эндотелиальные клетки-предшественники и зрелые эндотелиальные клетки, в зависимости от вовлеченных индуцирующих факторов дифференцирования) и CD31⁺, CD34⁺, S100–(клеточная фракция с фенотипом эндотелиальных клеток, которая может конвертироваться в жировую ткань при соответствующих условиях дифференцирования).

Данные результаты открывают новые возможности в инженерии жировой ткани и потенциально позволяют улучшить ее васкуляризацию и рост. Это стало возможным с началом использования очищенных мультипотентных клеток ССФ с адипогенетическим и ангиогенетическим потенциалами вместо применения неочищенных клеток ССФ [39, 46] (рис. 2).

Результаты различных работ, в которых исследовался профиль экспрессии поверхностных маркеров и генов в СКЖТ и в МСК костного мозга, показали, что основные маркеры, используемые для идентификации МСК костного мозга, экспрессируются в СКЖТ (рис. 3) [16, 24, 27, 29, 34].

Как и во многих быстро развивающихся областях, диапазон названий, использовавшихся для описания клеточной популяции, которая подверглась обработке коллагеназой и обладает способностью прилипать к пластику, неструктурирован. Среди употребляемых названий можно встретить такие, как эмбриональная жировая клетка, перициты, преадипоциты, клетки обработанного липо­аспирата (PLA), стволовые стромальные клетки, полученные из жировой ткани (ASCs), зрелые стволовые клетки, полученные из жировой ткани (ADAS), стромальные клетки, полученные из жировой ткани (ADSCs), жировые стромальные клетки (ASC), мультипотентные стволовые клетки, полученные из жировой ткани (hMADS), и жировые мезенхимальные стволовые клетки (AdMSCs).

Для решения этой проблемы Международное общество по изучению и применению жировой ткани (International Fat Applied Technology Society - IFATS) предложило стандартизированную номенклатуру на встрече в Питтсбурге в 2004 г. IFATS принял термин, «полученные из жировой ткани стволовые клетки» (ASCs), чтобы определить изолированную, прилипающую к пластику мультипотентную клеточную популяцию [14, 30]. Что касается МСК, то использование термина «стволовые клетки» может быть поставлено под сомнение, поэтому широко признается, что этой аббревиатурой следует пользоваться для обозначения полученных из жировой ткани стромальных клеток [22].

Вопрос о выборе лучшего источника для забора пре­адипоцитов (липоаспират, полученный путем липосакции или иссеченная жировая ткань) до сих пор остается открытым [46]. При работе в качестве исходного материала с цельными кусками ткани необходимо измельчение вручную, что требует большего времени и усилий для тщательного ферментативного расщепления [30]. После иссечения жировой ткани жировые дольки должны быть выделены путем удаления капилляров соединительной ткани, являющихся возможным источником эндотелиальных клеток и фибробластов.

Когда исходный материал получают путем липосакции, техника получения клеток упрощается, так как создаются более однородные фрагменты тонко измельченной ткани, что способствует эффективному ферментативному расщеплению. Однако во время применения данного метода забора, повреждается не только жировая ткань, но и окружающие ее структуры, включая капилляры и фиброзную ткань. Вследствие этого измельченная жировая ткань после липоаспирации содержит сосуды и соединительную ткань [46]. Аспират, полученный при липосакции жировой ткани, представляет собой тонко измельченную жировую ткань, состоящую в основном из жизнеспособных клеток. В аспирате могут обнаруживаться В- и Т-лимфоциты, тучные клетки, NK-клетки, макрофаги, моноциты, стволовые кроветворные клетки и предшественники эндотелиальных клеток.

CKЖТ выделяют вручную, путем отмывания в физио­логическом растворе на фосфатном буфере, для удаления клеток крови, обработки коллагеназой (что облегчает последующее выделение разных типов клеток) и центрифугированием для получения осадка, состоящего из сосудистой стромы и стволовых клеток. Этот осадок ресуспендируют в культуральной среде и оставляют на ночь в пластиковом флаконе для отделения прилипающих клеток. Пластик служит подложкой для прикрепления и выращивания этих клеток. Для лучшего прикрепления клеток поверхность пластика покрывают коллагеном или другими белками межклеточного матрикса. В условиях in vitro время удвоения популяции СКЖТ составляет 48-96 ч в зависимости от состава среды культивирования и номера пассажа. Кинетика роста СКЖТ и возможности дифференцировки клеток при долговременном культивировании значительно не изменяются [3].

В настоящее время уже разработано оборудование, которое позволяет автоматизировать процедуру выделения стволовых клеток (TissueGenesis, Inc., Honolulu, Наwaii; GenesisBiosystems, Lewisville,Texas; CytoriTherapeutics. Inc., SanDiego, Calif.). В 2008 г. компания «Cytori» (США) зарегистрировала в Европейском Союзе устройство для липоаспирации, запатентовала методики по выделению из части жира стволовых клеток, обогащению этими клетками оставшегося жира и дальнейшего введения его пациентам. Использование предложенной компанией технологии позволяет в течение часа выделить стволовые клетки из аспирата жировой ткани пациента. Затем, клеточная суспензия без этапа культивирования вновь смешивается с жировым аспиратом и вводится пациенту. При этом в то время как большинство основанных на стволовых клетках методов коррекции занимает по времени несколько дней или недель, при использовании данной технологии достаточное количество клеток может быть получено из жировой ткани в течение одной хирургической процедуры без необходимости каких-либо дальнейших манипуляций с этими клетками. Этот факт позволяет проводить оперативное вмешательство довольно быстро в условиях клиники, при этом пациент получает свои собственные (выделенные и обработанные) клетки, не покидая не только клинику, но даже и операционную [1, 2, 10].