Komórki macierzyste a choroby neurodegeneracyjne

advertisement
Komórki macierzyste a choroby
neurodegeneracyjne
Komórki macierzyste. Te dwa słowa budzą wiele emocji. Jedni najchętniej
wyklęliby każdego, kto ma czelność bezcześcić ludzkie zarodki, uważając,
że właśnie takie działanie kryje się pod tym terminem, inni z kolei sądzą,
że stanowią one remedium na każdą chorobę gnębiącą ludzkość. Czy aby
na pewno jedynie płodowe komórki macierzyste, które wzbudzają tak wiele
kontrowersji, są zawsze najlepszym rozwiązaniem? W przypadku chorób
neurodegeneracyjnych nie jest to takie oczywiste.
Badania nad możliwością wykorzystania komórek macierzystych w celach
terapeutycznych oraz do rozwoju leków cieszą się niesłabnącym
zainteresowaniem. Ostatnie lata przyniosły znaczne poszerzenie wiedzy na temat
biologii komórek macierzystych i medycyny regeneracyjnej. Komórki macierzyste
człowieka są tak wdzięcznym materiałem roboczym, gdyż nie tylko stale
proliferują, lecz są również zdolne do różnicowania się w około 220 różnych typów
komórek. Terapia zastępcza komórkami macierzystymi może w przyszłości
pomagać w łagodzeniu symptomów lub odwracaniu postępu choroby tam, gdzie
farmaceutyki i wszelkie inne metody leczenia zawodzą.
Komórki macierzyste
Konieczność terapii zastępczymi komórkami wiąże się ze wzrostem częstotliwości
występowania chorób zwyrodnieniowych we współczesnej, starzejącej się
populacji. W modelach eksperymentalnych dąży się do klinicznego zastosowania
komórek macierzystych, które powodują trwałą poprawę w funkcjonowaniu
pacjenta, nie wywołując skutków ubocznych. Najczęściej stosuje się zarodkowe
komórki macierzyste, które są otrzymywane z zewnętrznej masy komórkowej
przedimplantacyjnej blastocysty w celu uzyskania jednorodnej, samoodnawiającej
się populacji komórek. Dają one niemal nieograniczone możliwości manipulacji, co
jest niewątpliwie ich zaletą ale i wadą, gdyż podczas transplantacji nie mamy
kontroli w jaki typ dana komórka się rozwinie, włączając w to komórki rakowe.
Dlatego bardziej pożądane są komórki już zróżnicowane w konkretny podtyp
komórek. W sumie około 300-400 pacjentów na całym świecie zostało poddanych
leczeniu z użyciem transplantacji komórek płodowych.
Nie jest to jednak jedyne źródło komórek macierzystych, dorosłe osobniki także
posiadają komórki macierzyste: mezenchymalne (MSC), nerwowe (NSC) lub w
szpiku. Naukowcy zwracają swą uwagę szczególnie na komórki mezenchymalne,
gdyż są one łatwe do uzyskania i całkowicie poprawne etycznie. Poza tym nie
tylko produkują ważne czynniki wzrostu i różnicują się w pożądany typ komórek,
ale także potrafią regulować system immunologiczny, proces bliźnienia i apoptozę
komórek. Przewagą MSC nad NSC jest także fakt, że mogą pochodzić z różnych
tkanek dorosłych osobników, takich jak szpik kostny czy krew pępowinowa albo z
rozwijającego się zarodka zęba. Najczęściej w praktyce stosuje się MSC ze szpiku
kostnego do leczenia chorób układu krwiotwórczego, więc ich izolacja i
zastosowanie jest dobrze udokumentowane. Dodatkowym plusem jest fakt, że
prawdopodobnie pokonują one barierę krew-mózg, co budzi przypuszczenia, że
inwazyjny zabieg śródmózgowy może nie być konieczny (mimo oczywistych
trudności w skierowaniu komórek we właściwe miejsce). Poza tym potencjał
terapeutyczny płodowych NSC znacznie zmniejsza fakt, że długotrwałe hodowanie
komórek macierzystych nerwowych prowadzi do coraz większego różnicowania
struktur glejowych kosztem różnicowania neuronów.
Niedawno cały głośno było o sukcesie Takahashiego i Yamanaki w
przeprogramowaniu komórek fibroblastów myszy w komórki, które są bardzo
podobne do zarodkowych komórek macierzystych. Technika ta pozwala na
otrzymywanie indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych ze skóry
pacjenta i ich różnicowanie w typy komórek utraconych. Może ona zaoferować
mniej etycznych kontrowersji i bardziej praktyczne źródło tkanki w celu wymiany
narządów które są podatne na choroby związane z wiekiem lub trwałe
uszkodzenia.
Ośrodkowy układ nerwowy jest strukturą, która ma ograniczoną zdolność
regeneracji utraconych tkanek w wolno postępujących, zwyrodnieniowych
chorobach neurologicznych takich jak choroba Parkinsona, choroba Alzheimera
czy choroba Huntingtona lub u pacjentów po ostrych urazach, takich jak udar
mózgu. Wprawdzie dojrzały mózg posiada pewna rezerwę komórek
macierzystych, lecz nie jest ona duża i nie przyczynia się znacząco do odzyskania
funkcjonalności przez chorego. Nadzieję lekarze pokładają właśnie w
przeszczepianiu komórek macierzystych, zwłaszcza iż w zeszłej dekadzie
otrzymano budzące nadzieje wyniki o indukowaniu regeneracji komórkami
macierzystymi w zwierzęcych modelach choroby Parkinsona (PD),
Huntingtona(HD) i Alzheimera (AD).
Udar niedokrwienny mózgu
W celu dalszego łagodzenia objawów u pacjentów z udarem dąży się do
wzmocnienia endogennych mechanizmów naprawy. Obecnie medycyna ogranicza
się do leczenia trombolitycznego, które nie może być stosowane u wszystkich
pacjentów. Udar wpływa na wiele rodzajów komórek co teoretycznie oznacza, że
leczenie komórkami zastępczymi byłoby zbyt trudne do wykonania, ale istnieje
hipoteza, że rekonstrukcja nawet ułamka utraconego obwodu może okazać się
wystarczająca do poprawy stanu pacjenta. Wczesne badania kliniczne nad
transplantacją komórek nie wykazały negatywnych skutków — wynik leczenia był
zróżnicowany; być może dlatego, że niezbyt liczna grupa pacjentów po udarze
może pochwalić się przeszczepem komórek macierzystych.
W badaniach chorych po udarze wykazano pewną poprawę w oparciu o
Europejską Skalę Zawału po przeszczepieniu nerwowych komórek
progenitorowych z linii ludzkich komórek potworniaka, lecz druga faza badań nie
wykazała żadnej poprawy. Pojawiły się natomiast skutki uboczne procedury
transplantacyjnej, w tym zajęcia i krwiaki podtwardówkowe. Poza tym nie został
określony wpływ aktywowanego mikrogleju, który może wpływać negatywnie na
wyniki badań.
Na modelach zwierzęcych udało się zaobserwować, że systematyczne podawanie
jednojądrowych komórek szpikowych u myszy po wylewie powoduje w okolicy
zniszczonej tkanki wzrost proliferacji komórek śródbłonka i komórek nerwowych
progenitorowych. Przypuszcza się, że wzrost komórek śródbłonka wzmaga
angiogenezę, a tym samym promuje odbudowę naczyniową. Możliwe jest także, że
duży wpływ ma glejowy czynnik neurotroficzny pochodzenia komórkowego, i to on
a nie wymiana komórek przyczynia się głównie do poprawy zachowań w modelach
zwierzęcych. Dlatego uważa się, że przyszłością leczenia pacjentów z udarem
mózgu jest połączenie technologii komórek macierzystych z cytokinami i
stymulacją endogennej neurogenezy.
Choroba Huntingtona
Choroba Huntingtona jest autosomalną dominującą chorobą, wpływającą
początkowo na GABAergiczne neurony w prążkowiu, ale w trakcie choroby
degeneracja rozciąga się na inne obszary mózgu. We wczesnej postaci choroby
dochodzi do strat jednego rodzaju komórek — średnich neuronów kolczastych. W
zwierzęcych modelach choroby u których dokonano transplantacji tkanek
prążkowia płodu zauważono anatomiczne i behawioralne polepszenie. Jednakże
liczba pacjentów, którzy otrzymali przeszczep od płodu jest raczej niewielka, a
skuteczność zabiegu — mierzona w okresach poprawy klinicznej chorych — jest
zmienna. W badaniach z użyciem komórek macierzystych płodowych
zaobserwowano, iż po przeszczepie funkcje poznawcze utrzymywały się na stałym
poziomie, natomiast zahamowanie poprawy funkcji ruchowych nastąpiło już dwa
lata po przeszczepie, a efekty przebytego zabiegu przeminęły w ciągu następnych
czterech lat. W innych, pośmiertnych badaniach nie zaobserwowano żadnej
poprawy, mimo zintegrowania się komórek z mózgiem gospodarza. Wyjątkiem był
przypadek jednego pacjenta, u którego zaobserwowano poprawę funkcji
motorycznych aż na pięć lat. Wszystkie te wyniki sugerują, że płodowe komórki
macierzyste są ślepym zaułkiem w leczeniu tej choroby, zwłaszcza że w później
fazie choroby przeszczepione tkanki ulegają degeneracji nawet szybciej niż tkanki
własne pacjenta i zwiększają ryzyko chirurgicznych skutków ubocznych. Poza tym
aktywacja mikrogleju przeciw przeszczepowi i toksyczny sygnał glutaminergiczny
z kory nie wspierają długoterminowego przeżycia przeszczepu. Należy jednak
pamiętać, że badania na komórkach macierzystych płodowych ze względu na
problemy etyczne przeprowadzane są zawsze na niewielkiej liczbie pacjentów,
więc obojętny wynik wielu badań może być dziełem przypadku.
Choroba Parkinsona
Choroba Parkinsona jest efektem zwyrodnienia neuronów dopaminergicznych
jądra ogoniastego i skorupy w nowym prążkowiu. Jest to choroba, która
zainicjowała terapię zastępczą komórkami chorób neurodegeneracyjnych. Do tej
pory ulgę przynosiła L-DOPA (L-3,4-dihydroksyfenyloalanina), która podnosi
poziom testosteronu a także zwiększa syntezę i sekrecję hormonu wzrostu oraz
inne czynniki o podobnym działaniu do dopaminy, lecz są one skuteczne jedynie w
początkowym okresie choroby. Tak jak przy chorobie Huntingtona, polega na
utracie specyficznego rodzaju komórek nerwowych, w tym przypadku
znajdujących się w istocie czarnej (wytwarzającej dopaminę) i innych obszarach
barwnikonośnych mózgowia.
Wyniki badań nad tą chorobą nie wyglądają optymistycznie. Wykazały
funkcjonalną poprawę objawów ruchowych, jednak badania podwójnie ślepej
próby nie wykazały istotnej korzyści po dokonaniu przeszczepu w porównaniu z
placebo. Ze względu na konieczność użycia dużej liczby wczesnych zarodków
ludzkich by uzyskać optymalne korzyści, niskie przeżycie przeszczepu a także
rozwój dyskinezy w niektórych przypadkach niewątpliwie należy znaleźć inne,
bardziej wydajne źródło komórek macierzystych. Logiczna wydaje się izolacja
tkanki rozwijającego się mózgu w celu uzyskania jak największej populacji NSC,
lecz jedynie 15% populacji NSC to neurony dopaminergiczne. Obecność
szkodliwych komórek nie-dopaminergicznych i kontynuacja proliferacji
przeszczepionych komórek sugerują, że należy skupić się na doskonaleniu
protokołów różnicowania zanim komórki te zostaną użyte w warunkach
klinicznych.
Badania na zwierzętach doświadczalnych wykazały, że wymiana komórek
zdegenerowanej tkanki nerwowej przy użyciu komórek macierzystych z różnych
źródeł jest możliwa i może prowadzić do poprawy utraconych funkcji. Wczesne
próby przeszczepiania pokazały ogromną różnorodność efektów, począwszy od
znaczącej poprawy klinicznej do nasilenia objawów z poważnymi skutkami
ubocznymi. Niewątpliwie do osiągnięcia optymalnej poprawy klinicznej w
chorobach takich jak udar mózgu, choroba Parkinsona czy choroba Huntingtona
mogą być potrzebne różne źródła komórek a także dalsze badania nad poprawą
protokołów, w tym określenie stopnia degeneracji czy czasu od udaru, w którym
zastosowanie terapii komórkami macierzystymi będzie najefektowniejsze. Przede
wszystkim jednak należy dążyć do tego by komórki po transplantacji przeżywały,
integrowały się z mózgiem gospodarza i synaptycznie unerwiały docelowy obszar
mózgu właściwie zróżnicowanymi morfologicznie komórkami, jednocześnie dbając
o poprawę funkcjonowania pacjenta. Zrozumienie mechanizmów funkcjonalnej
poprawy na poziomie komórkowym ma kluczowe znaczenie przy optymalizacji
rekonstrukcji struktur komórkami macierzystymi.
Data publikacji: 17.05.2011r.
Download