SiNAPSA, petek, 24. maj 2019

eSiNAPSA

Spletna revija za znanstvenike, strokovnjake
in nevroznanstvene navdušence

Zdravljenje z matičnimi celicami kot upanje za paciente s poškodbo hrbtenjače

kako daleč smo od učinkovitega zdravljenja z matičnimi celicami?

Luka Mohorič

Konec meseca februarja 2019 je posebna komisija japonskega ministrstva za zdravje, delo in dobrobit ljudi odobrila klinično študijo na Univerzi Keio v Tokiu, kjer bodo kot prva raziskovalna skupina na svetu s pomočjo induciranih pluripotentnih matičnih celic zdravili poškodbo hrbtenjače pri ljudeh. Uporaba induciranih pluripotentnih matičnih celic je bila do sedaj pri ljudeh dovoljena samo za klinične raziskave na področju obolenj oči, srca, kranialnih živcev in napak v tvorbi trombocitov. Raziskovalno zdravljenje bodo prejeli štirje pacienti, vsi starejši od 18 let. Vključeni bodo pacienti, ki so utrpeli direktne poškodbe hrbtenjače in pri katerih se je to izrazilo kot izguba čutenja v udih in motenj pri gibanju. Poškodba ne bo smela biti starejša od štirih tednov. Raziskovalci bodo v klinični študiji najprej poskušali inducirane pluripotentne matične celice v laboratoriju pretvoriti v predniške živčne celice in živčne matične celice. Dva milijona na novo tvorjenih živčnih matičnih in predniških živčnih celic bodo nato presadili na mesto poškodbe. V kolikor bo pri pacientih, vključenih v študijo, vidna kakršnakoli povrnitev občutka v udih v enem letu po zdravljenju, bo to dalo nove dokaze in upanje za uporabo matičnih celic tudi na tem področju. Poglaviten cilj študije v začetnem letu je dokazati varnost uporabe induciranih pluripotentnih matičnih celic za pripravo takšne terapije pri ljudeh1,2.

Poškodbe hrbtenjače

Poškodba hrbtenjače, kot rezultat prevelikega pritiska, udarnine, ali natrganja živčnega tkiva, v večini primerov hudo prizadene motorične, senzorične in avtonomne funkcije živčevja na mestu poškodbe ali nižje od nje. Pogosto vodi do delne ali celo popolne paralize udov. Pacienti izražajo neobčutljivost na bolečino, prav tako je moč opaziti odsotnost normalnega delovanja določenih organov, kot je na primer krčenje sečnega mehurja. Kljub izražanju hudih kliničnih znakov velikokrat pri poškodbi hrbtenjače ne pride do popolnega pretrganja živčnih povezav, kar pomeni, da na mestu poškodbe še ostanejo določene »zdrave« živčne celice in povezave med njimi 3,4.

Pomanjkanje rastnih beljakovin, izražanje zaviralnih dejavnikov in tvorba brazgotinskega tkiva ter cist na mestu poškodbe zelo omejujejo regenerativno sposobnost živčnega tkiva po poškodbi. Onemogočeno je normalno delovanje lastnih regenerativnih celic in njihovega podpornega okolja. S samo poškodbo se namreč sproži veriga dogodkov, kot so apoptoza celic, omejitev preskrbe s krvnim dotokom, proizvodnja prostih radikalov in znatno lokalno vnetje, le to pa lahko vpliva tudi na propadanje podpornih celic živčnega sistema. Oligodendrociti kot del tega podpornega sistema proizvajajo mielinski ovoj in omogočajo normalni prenos informacij preko živčnih celic. Tudi to prispeva k postopnem poslabšanju klinične slike po poškodbi. 3,4,5,6.

Različne strategije regenerativnih zdravljenj poškodb hrbtenjače s celičnimi terapijami

Pričetek študije v Tokiu je napovedan za poletje 2019, s tem se bo študija pridružila klinični raziskavi ameriškega podjetja Asterias, ki je v teku že tri leta. Vmesni izsledki slednje so zelo obetajoči, saj pri pacientih, vključenih v raziskavo, poročajo o povrnitvi motoričnih funkcij do določene mere. Raziskovalna skupina podjetja Asterias za razliko od raziskovalcev z Univerze Keio uporablja človeške embrionalne matične celice (EMC) kot vir celic za pripravo zdravljenja7. Razlika v izboru tipa celic za pripravo zdravljenja je lahko tehtnega pomena, saj vpliva tako na učinkovitost kot tudi na varnost zdravljenja. Pri omenjenih raziskavah se razlikujejo izhodiščne celice, ki jih uporabljajo za pretvorbo v živčne celice oz. podporne celice živčnega sistema, in tipi celic v končnem produktu, ki ga bodo presadili na mesto poškodbe 8.

Embrionalne matične celice kot vir za zdravljenje poškodbe hrbtenjače

EMC nastanejo iz pluripotentnih celic, ki v naravi obstajajo v najbolj zgodnjih stopnjah embrionalnega razvoja. Pri ljudeh jih najdemo le do petega dneva v procesu razvoja embria. Če te celice osamimo iz embria in jih gojimo v laboratoriju, v za to primernih pogojih, se teoretično lahko delijo neomejeno, ne da bi izgubile lastnosti matičnosti. Da so te celice pluripotentne, pomeni, da se lahko razvijejo v kateregakoli izmed več kot 200 tipov odraslih celic v telesu. S tem sta tudi zajeta oba parametra, ki definirata matične celice – samoobnova z neomejeno delitvijo v nove matične celice in pluripotentnost9,10. EMC v ameriški raziskovalni skupini po pridobitvi usmerijo v pretvorbo v predniške celice za oligodendrocite ter jih nato presadijo na mesto poškodbe v upanju, da bodo tvorile odrasle oligodendrocite, ki bodo posledično osvežile preživelo populacijo celic v bližini poškodbe in pomagale pri mielinizaciji živčnih celic. Prav tako so te predniške celice sposobne izločati določene molekule, ki vzpodbujajo izraščanje aksonov ter vraščanje novih živčnih celic. S tem pomagajo pri povrnitvi določenih motoričnih in senzoričnih funkcij3,7,8,11. Uporaba embrionalnih matičnih celic kot začetni vir celic za zdravljenje poškodb hrbtenjače prinaša vse prednosti, ki jih nosi njihova pluripotentna sposobnost, hkrati pa je njihovo pridobivanje zahtevno in omejeno. Prav tako je neomejena sposobnost delitve v laboratoriju. Do določene mere je ta še vedno teoretična, saj celice, ki rastejo dlje časa v kulturi, vseeno pridobijo določene genomske spremembe9,12. Uporaba predniških celic za oligodendrocite kot tip celic, ki se jih presadi na mesto poškodbe, pa ima prav tako prednosti ter slabosti. Prednost je zagotovo ta, da rešuje vprašanje demielinizacije po poškodbi hrbtenjače, in to, da so te celice sposobne vplivati na okolje, v katero jih postavimo, ter s tem pomagajo tudi pri regulaciji »neprijaznega« okolja za regeneracijo. Slabost pa je njihova omejenost za pretvorbo v druge tipe celic, saj so predniške celice usmerjene v razvoj odraslih oligodendrocitov, ne morejo pa postati recimo funkcionalne živčne celice 8,13.

Presaditev nevralnih matičnih celic in uporaba induciranih pluripotentnih celic

Predniške živčne celice in živčne matične celice, ki jih bi presajali na Japonskem, nudijo možnost tvorbe novega živčnega tkiva. Živčne matične celice imajo namreč sposobnost usmerjene pretvorbe v odrasle živčne celice in celice glia, ki delujejo kot podporne celice živčnega sistema. Inducirane pluripotentne matične celice (iPMC), ki jih bodo v japonski študiji uporabili kot vir, omogočajo razvoj pacientu lastnih matičnih celic s vsemi sposobnostmi EMC. Za njihovo pridobitev ni potrebno uničiti zarodka, saj se za pripravo iPMC uporabi odrasle celice, kot so na primer: celice kože, celice jeter, celice trebušne slinavke in druge. Le te se nato s pomočjo vnosa genetskih dejavnikov, povezanih z matičnostjo, spremeni v embrionalnim podobne matične celice, ki jih naprej spet lahko usmerjamo v poljubne tipe bolj specializiranih celic 1,9,10.

 Slika 1: Potek a shematsko prikazuje pripravo terapije s predniškimi celicami za oligodendrocite. Shema b orisuje protokol, kot ga bodo uporabili na japonski univerzi Keio, in sicer pretvorbo odraslih celic v iPMC s pomočjo vnosa genetskih dejavnikov in nato pretvorbo v živčne matične celice<sup>14</sup>.
Slika 1: Potek a shematsko prikazuje pripravo terapije s predniškimi celicami za oligodendrocite. Shema b orisuje protokol, kot ga bodo uporabili na japonski univerzi Keio, in sicer pretvorbo odraslih celic v iPMC s pomočjo vnosa genetskih dejavnikov in nato pretvorbo v živčne matične celice14.

Proces pridobivanja iPMC ni povsem brez nevarnosti, saj so nekateri genetskih dejavniki, ki so potrebni za pretvorbo odraslih celic v embrionalnim podobne matične celice, povezani s procesi sprožitve tumorjev. Ločevanje že pretvorjenih celic od tistih, ki so ostale v matičnem stanju, pred presaditvijo v pacienta pa je zahtevna. Kljub temu se področje hitro razvija in učinkovitost pretvorbe je z novejšimi metodami vse bolj uspešna. Prav tako je dandanes možno pri metodi uporabiti določena varovala, ki še povečajo varnost. Tako je na primer možno celice genetsko spremeniti in v njih vnesti »samomorilski gen«, ki povzroči apoptozo celice v prisotnosti določenih kemijskih spojin. Tako lahko celice, ki se niso pretvorile v živčne celice, pred nadaljnjo uporabo izločimo9,15.

V naslednjih dveh letih se lahko nadejamo dodatnih dokazov o uspešnosti in vpogledov v varnost uporabe induciranih matičnih celic.

Članek predstavlja dva pristopa, ki sta najbližje klinični uporabi pluripotentnih matičnih celic za zdravljenje poškodbe hrbtenjače in sledita pravilni poti zbiranja dovoljšnih objektivnih dokazov za učinkovitost regenerativne terapije ter njene varnosti, skozi rezultate obeh študij pa bomo videli, kateri pristop bo bolj uspešen. Nadejamo se tega, da bosta v prihodnjih dveh letih obe študiji poleg začetnih uspehov dali vpogled tudi v sam razvoj dejavnikov poškodbe in nas pripeljali korak bliže k povrnitvi funkcije, tudi po tako kompleksni poškodbi. Najverjetneje bo za dosego cilja popolne povrnitve gibalnih sposobnosti pacientov potreben bolj celosten pristop, ki bo poleg presaditve celic vključeval tudi 3D-podporo s pomočjo biokompatibilnih nosilcev ter stimulacijo z rastnimi beljakovinami. Glede na omejenost trenutnega reševanja težave in številčnosti pojava, pa je vsak dobro zastavljen korak k uspešnemu regenerativnemu zdravljenju dobrodošel.

    ___
  1. Approval of Clinical Research into Regenerative Medicine Using iPS Cell-Derived Neural Stem / Progenitor Cells to Treat Subacute Spinal Cord Injuries:News:Keio University School of Medicine. Dostopno na http://www.med.keio.ac.jp/en/news/2019/3/8/37-51765/index.html. Marec 19, 2019. 

  2. Keio to Begin World First iPS Clinical Trial for Spinal Injuries: Keio University. Dostopno na https://www.keio.ac.jp/en/news/2019/Feb/20/48-51350/. Marec 19, 2019. 

  3. Mothe AJ, Tator CH. Review of transplantation of neural stem/progenitor cells for spinal cord injury. Int J Dev Neurosci. 2013;31:701–713. 

  4. Ruppert KA, Olson SD, Cox CS. Chapter 13 - Spinal Cord Injury. In: Chen X-D, ed. A Roadmap to Non-Hematopoietic Stem Cell-based Therapeutics. Academic Press; 2019: 321–343. 

  5. Curtis E, Martin JR, Gabel B, Sidhu N, Rzesiewicz TK, Mandeville R, Van Gorp S, Leerink M, Tadokoro T, Marsala S, Jamieson C, Marsala M, Ciacci JD. A First-in-Human, Phase I Study of Neural Stem Cell Transplantation for Chronic Spinal Cord Injury. Cell Stem Cell. 2018;22:941-950.e6. 

  6. Lien BV, Tuszynski MH, Lu P. Astrocytes migrate from human neural stem cell grafts and functionally integrate into the injured rat spinal cord. Exp Neurol. 2019;314:46–57. 

  7. About Clinical Research Study | SCiStar Study AST‐OPC1. Dostopno na http://www.scistar-study.com/about-scistar-study.html. Marec 19, 2019. 

  8. Manley NC, Priest CA, Denham J, Wirth ED, Lebkowski JS. Human Embryonic Stem Cell-Derived Oligodendrocyte Progenitor Cells: Preclinical Efficacy and Safety in Cervical Spinal Cord Injury. Stem Cells Transl Med. 2017;6:1917–1929. 

  9. Atala A, Lanza R, Mikos T, Nerem R. Principles of Regenerative Medicine. Academic Press; 2018: 1-1456. 

  10. Lanza R, Atala A. Essentials of Stem Cell Biology. Academic Press; 2013: 1-709. 

  11. Veneruso V, Rossi F, Villella A, Bena A, Forloni G, Veglianese P. Review article - Stem cell paracrine effect and delivery strategies for spinal cord injury regeneration. J Controlled Release. 2019;300:141–153. 

  12. Kirouac DC, Zandstra PW. The Systematic Production of Cells for Cell Therapies. Cell Stem Cell. 2008;3:369–381. 

  13. Baldassarro VA, Marchesini A, Giardino L, Calzà L. PARP activity and inhibition in fetal and adult oligodendrocyte precursor cells: Effect on cell survival and differentiation. Stem Cell Res. 2017;22:54–60. 

  14. Cyranoski D. Japan’s approval of stem-cell treatment for spinal-cord injury concerns scientists. Nature. 2019;565:544. 

Luka Mohorič,
Direktor, Animacel biotehnologija d.o.o.

Objavljeno: 30.4.2019