Jakie choroby i schorzenia mogą być leczone za pomocą komórek macierzystych?

Komórki macierzyste krwi Próby kliniczne Krwi pępowinowej Choroby oczu

Nie jest to wiadomość, którą chcielibyśmy usłyszeć: nadal istnieje zaledwie kilka zatwierdzonych terapii z wykorzystaniem komórek macierzystych. Obecnie prowadzone są badania kliniczne testujące zastosowania komórek macierzystych w leczeniu szeregu chorób. Na całym świecie takich badań jest bardzo dużo.

    Najbardziej ugruntowanym i szeroko stosowanym leczeniem przy użyciu komórek macierzystych jest transplantacja komórek macierzystych krwi w celu leczenia chorób i schorzeń krwi oraz układu odpornościowego lub w celu odbudowania układu krwionośnego po leczeniu pewnych typów raka.

    Od lat 80. XX wieku komórki macierzyste skóry są wykorzystywane do hodowania przeszczepów skóry dla pacjentów z poważnymi oparzeniami na bardzo dużej powierzchni ciała.

    Ostatnio zezwolenie na wprowadzanie do obrotu w Europie uzyskała nowa terapia oparta na komórkach macierzystych, której celem jest leczenie uszkodzeń rogówki (przednia warstwa gałki ocznej), spowodowanych na przykład oparzeniem chemicznym.

    Obecnie są to jedyne terapie wykorzystujące komórki macierzyste, które zostały uznane za w pełni bezpieczny i skuteczny sposób leczenia.

    Obecnie w badaniach klinicznych oceniana jest możliwość zastosowania komórek macierzystych w innych schorzeniach. Ciągle jest jednak zbyt wcześnie, by stwierdzić, czy komórki macierzyste znajdą zastosowanie w którymś z badanych przypadków. Dane zebrane podczas badań klinicznych są niezbędne do tego, by ocenić, czy proponowany sposób leczenia jest bezpieczny, skuteczny ORAZ lepszy niż istniejące terapie.

    Obecnie możliwość wykorzystania pluripotencjalnych komórek macierzystych oceniana jest w kilku badaniach, zarówno już zakończonych, jak i nadal trwających. Poniżej wyszczególniono dziedziny, w których osiągnięto postępy:

    Na poniższej liście prezentowane są postępy w nowych, trwających lub zakończonych badaniach klinicznych wykorzystujących komórki macierzyste.

    Warto zauważyć, że prowadzone są liczne inne badania (niewyszczególnione na liście), których celem jest:

    • Testowanie leków stymulujących komórki macierzyste w organizmie pacjenta
    • Pozyskiwanie komórek lub linii komórkowych do wykorzystania w badaniach i badaniach klinicznych

    Pomimo prowadzenia wielu badań, rozczarowujące jest, że nadal niewiele nowych, bezpiecznych i skutecznych terapii jest dostępnych dla pacjentów. Przed terapią z wykorzystaniem komórek macierzystych stawiane są wysokie wymagania, którym na razie nie jestesmy w stanie sprostać. Jedną z przyczyn jest fakt, że złożone, obecnie nieuleczalne choroby wymagają złożonych terapii (często spersonalizowanych). Jak w przypadku każdej przełomowej technologii, wszystkie terapie powinny być uważane za eksperymentalne dopóki ich bezpieczeństwo i skuteczność kliniczna nie zostaną udowodnione na wszystkich etapach badań klinicznych. Dopiero w takim wypadku terapia może zostać zatwierdzona do powszechnego użycia.

    Terapie z wykorzystaniem komórek macierzystych są specjalistycznymi procedurami. Powinny być stosowane  jedynie w wyspecjalizowanych ośrodkach, autoryzowanych przez władze nadzorujące system ochrony zdrowia. Niektóre reklamowane produkty pochodzące z komórek macierzystych nie przeszły rygorystycznej krajowej i europejskiej procedury zatwierdzającej, a ich działanie nie jest oparte na przesłankach naukowych. Szczególna ostrożność zalecana jest podczas opłacania leczenia w Europie i poza Europą.

    Najbardziej ugruntowanym i szeroko stosowanym leczeniem przy użyciu komórek macierzystych jest transplantacja komórek macierzystych krwi w celu leczenia chorób i schorzeń krwi oraz układu odpornościowego lub w celu odbudowania układu krwionośnego po leczeniu pewnych typów raka. Program US National Marrow Donor dysponuje pełną listą chorób leczonych za pomocą transplantacji komórek macierzystych krwi.  Każdego roku w Europie za pomocą komórek macierzystych krwi leczonych jest 26 000 pacjentów.

    Od lat 80. XX wieku komórki macierzyste skóry są wykorzystywane do hodowania przeszczepów skóry dla pacjentów z poważnymi oparzeniami na bardzo dużej powierzchni ciała. Tylko nieliczne ośrodki kliniczne są w stanie prowadzić taką terapię i jest ona zasadniczo zarezerwowana dla pacjentów, u których oparzenia zagrażają życiu. Nowa, oparta na komórkach macierzystych terapia stosowana w leczeniu uszkodzenia rogówki (przednia warstwa gałki ocznej) spowodowanego na przykład oparzeniem chemicznym została warunkowo dopuszczona do stosowania w Europie.

    Leczenie z wykorzystaniem komórek macierzystych jest standardową terapią już od lat 70-tych! Dzięki przeszczepom szpiku kostnego, wykorzystującym właściwości komórek macierzystych krwi, jesteśmy w stanie na całe życie zastąpić krew u pacjentów ze schorzeniami układu krwionośnego. Każdego roku tysiące pacjentów korzysta z tej metody, chociaż niektórzy muszą zmagać się ze skutkami ubocznymi, jak w przypadku przeszczepów innych narządów: komórki odpornościowe dawcy niekiedy atakują tkanki pacjenta (choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi, graft-versus-host disease  czyli GVHD), a ponadto istnieje ryzyko infekcji podczas leczenia, ponieważ przed przeszczepem należy zniszczyć całkowicie chemioterapią własny szpik kostny pacjenta.

    Komórki macierzyste skóry są stosowane w warunkach laboratoryjnych od lat 80-tych do hodowania nowej skóry dla pacjentów ze znacznymi poparzeniami. Nowa skóra nie posiada jednak mieszków włosowych, gruczołów potowych i łojowych, jest to więc metoda niedoskonała i wymagająca dalszych badań. Obecnie metoda ta jest stosowana głównie w celu ratowania życia pacjentów z poparzeniami trzeciego stopnia znacznej powierzchni ciała, a zabiegi są przeprowadzane zaledwie w kilku klinikach na świecie.

    Komórki macierzyste z krwi pępowinowej mogą zostać pobrane z pępowiny zaraz po narodzinach dziecka. Komórki te mogą następnie zostać zamrożone (proces ten nazywany jest krioprezerwacją lub kriokonserwacją) w bankach komórkowych; są obecnie stosowane w leczeniu dzieci z chorobami nowotworowymi układu krwiotwórczego, np. białaczki, a także w leczeniu genetycznych chorób krwi, np. niedokrwistość Fanconiego. Leczenie osób dorosłych stanowi większe wyzwanie ze względu na małą ilość komórek pozyskiwanych z jednej pępowiny. W związku z tym terapia osób dorosłych wymaga podwójnego przeszczepu krwi pępowinowej (tzn. komórek macierzystych z krwi pępowinowej z dwóch pępowin). Chociaż zaletą przeszczepów z krwi pępowinowej jest mniejsze ryzyko odrzucenia przez układ odpornościowy niż w przypadku tradycyjnych przeszczepów, aby procedura się powiodła, nadal konieczne jest dopasowanie krwi pępowinowej do pacjenta. Nawet wtedy podwyższona odpowiedź immunologiczna u dorosłego biorcy może spowodować problemy. Na razie komórki macierzyste z krwi pępowinowej mogą być wykorzystywane tylko w leczeniu chorób krwi.  Chociaż wyniki niektórych badań wskazują, że krew pępowinowa może zawierać komórki macierzyste, które mogą  wytwarzać inne rodzaje wyspecjalizowanych komórek, niepowiązanych z krwią, żadne z tych badań nie zostały jeszcze potwierdzone.

    Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) można znaleźć w szpiku kostnym; są one odpowiedzialne za „naprawę” kości i chrząstek. Oprócz tego produkują one także komórki tłuszczowe. Wcześniejsze wyniki badań sugerujące, że mezenchymalne komórki macierzyste mogą różnicować się w wiele innych rodzajów komórek i możliwe jest pozyskanie ich z różnych, innych niż szpik kostny tkanek, nie zostały potwierdzone. Nadal prowadzona jest debata naukowa dotycząca charakteru komórek (również nazywanych mezenchymalnymi komórkami macierzystymi) pozyskanymi z innych tkanek.

    Do tej pory nie potwierdzono skuteczności żadnej terapia z wykorzystaniem mezenchymalnych komórek macierzystych. W niektórych badaniach klinicznych oceniane jest bezpieczeństwo i skuteczność mezenchymalnych komórek macierzystych w leczeniu schorzeń kości i chrząstek; w innych – czy komórki te mogą pomóc w naprawie uszkodzeń naczyń krwionośnych powstałych na skutek zawału czy chorób takich jak krytyczne niedokrwienie kończyn, jednak nie udało się udowodnić, że leczenie to przyniesie efekty.

    Obecnie prowadzone są badania nad innymi aspektami mezenchymalnych komórek macierzystych, między innymi ich potencjalnym wpływem na odpowiedź immunologiczną organizmu, zmniejszanie stan zapalnego i wspomaganie leczenia odrzucenia przeszczepu czy chorób autoimmunologicznych. Zagadnienie to wymaga przeprowadzenia wielu badań w celu oceny ich wartości terapeutycznej.

    Badania kliniczne prowadzone na pacjentach wykazały, że tkankowe komórki macierzyste pobrane z obszaru oka zwanym rąbkiem mogą być stosowane w leczeniu uszkodzeń rogówki – przezroczystej warstwy znajdującej z przodu oka. Jeśli rogówka zostaje całkowicie uszkodzona, na przykład na skutek poparzenia chemicznego, od pacjenta pobrać można  rąbkowe komórki macierzyste, następnie rozmnożyć je w laboratorium, a później przeszczepić je z powrotem do uszkodzonego oka lub oczu i dzięki temu przywrócić wzrok. Procedura ta może pomóc jedynie pacjentom posiadającym nieuszkodzone rąbkowe komórki macierzyste w przynajmniej jednym oku. Badania kliniczne wykazały, że terapia ta jest bezpieczna i skuteczna, i została ona zatwierdzona przez organy nadzorujące do powszechnego zastosowania w Europie. Rąbkowe komórki macierzyste to jedna z trzech terapii wykorzystujących komórki macierzyste (pozostałe dwie to leczenie z wykorzystaniem komórek macierzystych krwi i komórek macierzystych skóry) dostępnych w klinikach w Europie.

    Niedawno udało się otrzymać ludzkie embrionalne komórki macierzyste spełniające surowe kryteria stosowaniu u pacjentów. Te “czyste klinicznie” ludzkie embrionalne komórki macierzyste zostały zatwierdzone do wykorzystania w niewielkiej liczbie badań klinicznych. Jednym z nich jest badanie kliniczne prowadzone przez The London Project to Cure Blindness s, w którym embrionalne komórki macierzyste są wykorzystywane do wyprodukowania konkretnego rodzaju komórek oka, niezbędnych do leczenia pacjentów cierpiących na zwyrodnienie plamki żółtej. Firma biotechnologiczna AIRM (tylko w języku angielskim) stosuje ludzkie embrionalne komórki macierzyste to hodowania komórek dla pacjentów ze zwyrodnieniem plamki żółtej i chorobą Stargardta. Zakończona została wczesna faza badania klinicznego dotyczącego obu tych chorób. Zanim terapie te będą mogły być proponowane różnym pacjentom, prowadzone obecnie badania długoterminowe muszą ocenić ich bezpieczeństwo i skuteczność.Jeśli wczesne badania kliniczne zakończą się sukcesem pod względem bezpieczeństwa i korzyści klinicznych, badania nad embrionalnymi komórkami macierzystymi mogą przynieść pierwsze zastosowania kliniczne. Terapie z wykorzystaniem embrionalnych komórek macierzystych  stosowane w chorobach innych niż AMD czy choroba Stargarda będą musiały przejść te same testy bezpieczeństwa i skuteczności w badaniach klinicznych. Droga do sukcesu jest długa i kręta, jak opisano w naszej historyjce graficznej.  W 2014 roku rozpoczęło się jedyne  do tej pory badanie kliniczne wykorzystujące komórki iPS (indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste), jednak zostało ono wstrzymane ze względów bezpieczeństwa. Terapie wykorzystujące komórki  iPS mają do przebycia długą drogę zanim bezpieczeństwo komórek i ich kliniczna skuteczność zostaną udowodnione.

    Modelowanie chorób z wykorzystaniem komórek macierzystych jest powszechnie przyjętą metodą.

    Komórki macierzyste są wykorzystywane jako potężne narzędzie do opracowywania modeli chorób służących zarówno zrozumieniu molekularnych podstaw tych zaburzeń, jak i opracowywaniu nowych leków (w probówce). Choroby genetyczne nie zawsze są rezultatem mutacji w pojedynczym genie (tak zwane choroby monogenowe) lub w większym elemencie genomu (tak zwane choroby chromosomalne). Wiele chorób jest bardziej złożonych i spowodowanych mutacjami w większej liczbie genów. Są one trudne do modelowania, nawet przy użyciu najnowszych technik inżynierii genomu. W takich wypadkach pomóc mogą komórki iPS.

    Wytworzenie tych komórek ma znaczące implikacje dla badań nad chorobami i opracowywaniem nowych leków. Przykładem może być wygenerowanie komórek mózgu z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, powstałych z komórek skóry pacjentów z zespołem Downa czy chorobą Parkinsona. Te wyhodowane w laboratorium komórki mózgu wykazują cechy chorób pacjentów, od których zostały pobrane, co pozwala zrozumieć, w jaki sposób powstaje choroba (naukowcy obserwują proces w naczyniu laboratoryjnych), a także umożliwia poszukiwania i testowania nowych terapii.

    Poniżej przedstawiamy przykłady chorób, które były modelowane z wykorzystaniem embrionalnych komórek macierzystych lub komórek iPS, lub też na które opracowywane są obecnie leki wykorzystujące pluripotencjalne komórki macierzyste (więcej informacji w linkach i w poniższych źródłach - tylko w języku angielskim):

     

    Źródła:

    1. Simsek, S. et al. Modeling Cystic Fibrosis Using Pluripotent Stem Cell-Derived Human Pancreatic Ductal Epithelial Cells. Stem Cells Translational Medicine 5, 572–579 (2016). (No access without subscription.)

    2. Luo, Y. et al. Uniparental disomy of the entire X chromosome in Turner syndrome patient-specific induced pluripotent stem cells. Nature Cell Discovery 1–11 (2015). doi:10.1038/celldisc.2015.22 (This article is available  to readers for free)

    3. DeRosa, B. A. et al. Derivation of autism spectrum disorder-specific induced pluripotent stem cells from peripheral blood mononuclear cells. Neuroscience Letters 516, 9–14 (2012). (This article is available to readers for free)
    4. Ardhanareeswaran, K., Coppola, G., & Vaccarino, F. The Use of Stem Cells to Study Autism Spectrum Disorder. The Yale Journal of Biology and Medicine, 88(1), 5–16 (2015). (This article is available to readers for free )
    5. Ko, H. C. & Gelb, B. D. Concise Review: Drug Discovery in the Age of the Induced Pluripotent Stem Cell. Stem Cells Translational Medicine 3, 500–509 (2014). (This article is available to readers for free)
    6. Bellin, M., Marchetto, M. C., Gage, F. H. & Mummery, C. L. Induced pluripotent stem cells: the new patient? Nature Reviews Molecular Cell Biology 13, 713–726 (2012). (No access without subscription.)

    7. Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Pluripotent stem cells in disease modelling and drug discovery. Nature Reviews Molecular Cell Biology 170–182 (2016). doi:10.1038/nrm.2015.27 (This article is available to readers for free)

    Broszura została opracowana przez Claire Cox  i  zrecenzowana przez  Austina Smitha; jako eksperci wkład mieli Paolo Bianco, Ian Chambers, Allen Eavesa, Tariq Enver i Thomas Graf. Następnie broszurę uaktualniła Sabina Gogolok, a zrecenzował Phil Rossall, Research Manager (Knowledge Management) Age UK and Fellow, University of Edinburgh (Knowledge Exchange).

    Zdjęcia: Claire Cox, Peter Kirwan, Aoife O’Shaughnessy, Knoblich lab.