Sercowe komórki macierzyste Szansa dla serca, szansa dla Śląska
advertisement
Warto wiedzieć Micha∏ Zembala ● Dr n. med., Katedra i Oddzia∏ Kliniczny Kardiochirurgii i Transplantologii SUM, Âlàskie Centrum Chorób Serca w Zabrzu Piotr Wilczek ● Dr n. med., Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu Tomasz Cichoƒ, Ryszard Smolarczyk ● Dr. n. med., Zak∏ad Biologii Molekularnej, Centrum Onkologii, Instytut im. Marii Sk∏odowskiej Curie Oddzia∏ w Gliwicach Sercowe komórki macierzyste Szansa dla serca, szansa dla Śląska R ok 2010 naukowcy Âlàskiego Centrum Chorób Serca w Zabrzu, Instytutu Onkologii w Gliwicach oraz Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu, skupieni wokó∏ problemu regeneracji serca rozpocz´li z entuzjazmem i radoÊcià, ale tak˝e z niema∏à obawà i niepokojem. Âlàskie Centrum Chorób Serca tworzàc konsorcjum naukowe z Instytutem Onkologii w Gliwicach oraz Fundacjà Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu otrzyma∏o dofinansowanie ze Êrodków Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (poddzia∏anie 1.3.1), w wysokoÊci 7.8 mln z∏otych na rozwój i realizacj´ programu naukowego dotyczàcego regeneracji mi´Ênia sercowego z wykorzystaniem sercowych komórek macierzystych. Projekt, którego czas trwania przewidziano na lata 2010-2014, zatytu∏owany „Sercowe komórki macierzyste i progenitorowe - nowa metoda regeneracji uszkodzonego serca” wspó∏finansowany ze Êrodków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, dotyka komórek, których potencja∏ regeneracyjny wydaje si´ mieç olbrzymie znaczenie w odbudowie uszkodzonego mi´Ênia sercowego, zak∏ada skutecznà izolacj´ i hodowl´ tych˝e komórek in vitro oraz aplikacje w modelu niedokrwienia u myszy otwierajàc drog´ do dalszych badaƒ doÊwiadczalnych i klinicznych. Co wa˝ne, projekt ten stanowi fragment szerszego Projektu Badawczego, wychodzàcego daleko poza okres 5 lat, majàcego na celu przygotowanie silnych fundamentów pod pierwsze kliniczne zastosowanie sercowych komórek macierzystych. Projekt podzielono na trzy etapy, z czego dwa pierwsze realizowane b´dà ze Êrodków UE: pierwszy, który skupia si´ na izolacji i hodowli komórkowej z fragmentów eksplantowanego mi´Ênia sercowego cz∏owieka, z dok∏adnà charakteryzacjà materia∏u in vitro, drugi, który zak∏ada szereg doÊwiadczeƒ na zwierz´tach laboratoryjnych, dokumentujàcych regeneracyjny potencja∏ CSC, oraz etap trzeci, którego fundamentem b´dà wyniki otrzymane we wczeÊniejszych etapach – badanie kliniczne, przeprowadzo- Ryc. Komórki w hodowli wtórnej pozytywne o charakterze macierzystych komórek sercowych: A – tworzące sfery CSC B, C - reakcja pozytywna względem receptora c-kit. 24 ne na wyselekcjonowanej grupie chorych, pozbawionych innych opcji leczenia, oceniajàc mo˝liwoÊç i bezpieczeƒstwo oraz skutecznoÊç implantacji autologicznych CSC do niewydolnego serca ludzkiego. Nale˝y bowiem pami´taç, i˝ pomimo bardzo du˝ego post´pu w leczeniu farmakologicznym przewlek∏ej niewydolnoÊci serca (wprowadzenie inhibitorów konwertazy angiotensyny, inhibitorów receptorów betaadrenergicznych, statyn) a tak˝e post´pu w kardiologii inwazyjnej i kardiochirurgii (kardiodefibrylatory, chirurgiczny remodeling lewej komory – SVR, systemy wspomagania lewej komory – LVAD) z∏otym standardem leczenia zaawansowanej postaci niewydolnoÊci uk∏adu krà˝enia pozostaje transplantacja serca. Mechaniczne urzàdzenia majàce wspomóc lub zastàpiç uszkodzone serce nie sà dostatecznie rozpowszechnione, a ich stosowanie ∏àczy si´ z szeregiem ograniczeƒ. Stàd rosnàce zainteresowanie alternatywnymi sposobami regeneracji mi´Ênia sercowego. Celem terapii komórkowej jest wprowadzenie niezró˝nicowanych komórek do serca (chirurgicznie lub przezskórnie) i poprzez ich ró˝nicowanie odtworzenie elementu kurczliwego mi´Ênia sercowego. Wspó∏czesna medycyna dysponuje plejadà komórek niezró˝nicowanych, które w zale˝noÊci od zdolnoÊci proliferacyjnych i potencja∏u regeneracyjnego, znalaz∏y zastosowanie w wielu dziedzinach sztuki lekarskiej. W terapii chorób serca z ró˝nym efektem stosowano dotychczas komórki hematopoetyczne (zarówno w postaci nieoczyszczonej jak i puryfikowane – np. komórki mezenchymalne), Êródb∏onkowe komórki pro- Nasze Sprawy ● L u t y 2 010 Warto wiedzieć genitorowe oraz mioblasty szkieletowe. Komórki te charakteryzujà si´ ró˝nà zdolnoÊcià do ró˝nicowania si´ w komórki mi´snia sercowego - kardiomiocyty. Mioblasty – komórki satelitarne w∏ókien mi´Êni szkieletowych – ulegajà ró˝nicowaniu wy∏àcznie do komórek mi´Êni poprzecznie prà˝kowanych, których odpornoÊç na niedokrwienie jest wielokrotnie wi´kszà ni˝ komórek miokardium. Chocia˝ mioblasty zosta∏y wielokrotnie zastosowane w badaniach klinicznych, ich najwi´kszà wadà jest asynchronia z komórkami mi´Ênia sercowego, co skutkuje niebezpiecznymi, zagra˝ajàcymi ˝yciu pacjenta zaburzeniami rytmu serca. Najwi´cej uwagi poÊwi´cono komórkom macierzystym pochodzenia szpikowego, które sà ∏atwe do pozyskania, izolacji i hodowli, a których liczba dramatycznie wzrasta po ka˝dym incydencie sercowo-naczyniowym sugerujàc udzia∏ tych˝e komórek w mechanizmach obronnych organizmu. Jednak˝e mo˝liwoÊci transdyferencjacji komórek hematopoetycznych wydajà si´ byç mocno ograniczone. Mezenchymalne komórki macierzyste (Mesenchymal Stem Cells, MSC) których potencja∏ oceniany jest najwy˝ej, stanowià jedynie ok. 2% wszystkich macierzystych komórek szpiku. Poniewa˝ tylko 30% z MSC ma zdolnoÊç ró˝nicowania si´ do kardiomiocytów, to w przypadku podania choremu pe∏nej frakcji macierzystych komórek szpikowych tylko nieco wi´cej ni˝ 0,5% z nich potencjalnie mo˝e przekszta∏ciç si´ w dojrza∏e kardiomiocyty. Komórki hematopoetyczne nie sà narzàdowo specyficzne, co zawsze stwarza niebezpieczeƒstwo karcynogenezy. T rudno nie zauwa˝aç sytuacji klinicznych, w których obserwowana poprawa funkcji serca mo˝e byç wynikiem jego autoregeneracji. Przypadki ostrej niewydolnoÊci serca, przebiegajàce z bardzo niskà frakcjà wyrzutowà lewej komory (LVEF=10-15%) wymagajà natychmiastowej interwencji w∏àcznie z zastosowaniem mechanicznego wspomagania krà˝enia w postaci balonu do kontrpulsacji wewnàtrzaortalnej (IABP) lub sztucznej komory serca. Niewydolne serce, silnie wspomagane przez urzàdzenie mechaniczne, pracujàc bez obcià˝enia, ulega skutecznej autoregeneracji w czasie 80-140 dni, z powrotem funkcji skurczowej nawet do 40%. Mechanizm tak dramatycznej poprawy wcià˝ pozostaje niejasny. JednoczeÊnie nie u wszystkich pacjentów podobnie silna autoregeneracja zachodzi, implikujàc koniecznoÊç sta∏ego wspomagania mechanicznego Nasze Sprawy ● L u t y 2 010 Ryc. Prawdopodobny scenariusz terapii sercowymi komórkami macierzystymi: pobranie fragmentu serca metodą przez skórnej biopsji – izolacja i h odowla w laboratorium – podanie namnożonych komórek dosercowo (bezpośrednie wstrzyknięcie w mięsień), dowieńcowo (przez skórnie, cewnikiem do naczyń wieńcowych). lub transplantacji serca (bridge to destination, bridge to transplantation). Terapia z zastosowaniem komórek multipotencjalnych zdolnych odtworzyç aparat kurczliwy i przywróciç funkcj´ skurczowà serca stanowi jednà z najwi´kszych wyzwaƒ wspó∏czesnej kardiologii i kardiochirurgii. Wysoka specyficznoÊç CSC eliminuje ryzyko karcynogenezy, a du˝y potencja∏ regeneracyjny wydaje si´ byç niezwykle obiecujàcy w terapii. S ercowe komórki macierzyste (Cardiac Stem Cells - CSC), których skutecznà izolacj´ i hodowl´ przewiduje Projekt, sà nowoodkrytà grupà komórek multipotencjalnych, zdolnych do wielokrotnej replikacji i ró˝nicowania si´ w kardiomiocyty, komórki endothelium oraz komórki mi´Êni g∏adkich. Komórki te rezydujà wy∏àcznie w mi´Êniu sercowym. Charakteryzuje wyst´powanie powierzchniowych bia∏ek c-kit (CD117), MDR-1 oraz sca-1. JednoczeÊnie brak na ich powierzchni markerów charakterystycznych dla komórek hematopoetycznych, neuronalnych, komórek mi´Êni szkieletowych, g∏adkich, kardiomiocytów oraz komórek endothelium. DoÊwiadczenia wielu oÊrodków ukaza∏y istnienie CSC w miokardium wielu gatunków zwierzàt laboratoryjnych oraz u cz∏owieka. Liczba, jak i cz´stoÊç wyst´powania CSC w mi´Êniu sercowym jest trudna do oszacowania, przypuszcza si´ jednak, i˝ ustalona zostaje jeszcze podczas ˝ycia p∏odowego lub bezpoÊrednio po narodzinach, jest zmienna w zale˝noÊci od gatunku i waha si´ w granicach 1 CSC na 8000 – 20 000 kardiomiocytów (u cz∏owieka 1 CSC na 10 000 kardiomiocytów, Êrednio ok. 3,7 komórki/mm3). Odkrycie CSC zrewolucjonizowa∏o sposób postrzegania mi´Ênia sercowego, jako organu pozbawionego zdolnoÊci regeneracyjnej. Obecnie uwa˝a si´, i˝ starzejàce si´ komórki mi´Ênia sercowego, zarówno kardiomiocyty jak i komórki tworzàce naczynia wieƒcowe, a tak˝e komórki zr´bowe, ulegajàce apoptozie/nekrozie sà nieustannie zast´powane przez odpowiadajàce im, w pe∏ni funkcjonalne nowe generacje komórek, b´dàce wynikiem ró˝nicowania si´ endogennych komórek macierzystych. Równowaga mi´dzy procesami tworzenia a niszczenia warunkuje homeostaz´ myocardium. Publikowane wczeÊniej dane pokazujà, ˝e w warunkach fizjologicznych, u doros∏ego cz∏owieka ka˝dego dnia apoptozie ulega blisko 3x106 kardiomiocytów. JeÊli identyczna liczba komórek nie powsta∏aby ka˝dego dnia, to przy zak∏adanym Êrednim czasie trwania apoptozy (3 godziny) i obumierania kardiomiocyta (24 godziny), oraz szacujàc liczb´ komórek mi´Ênia sercowego (lewa komora) na 4,9-1,0 x 109 serce uleg∏oby ca∏kowitej degradacji w czasie 4-5 lat. Istniejàcy stan wiedzy pozwala wi´c przypuszczaç, i˝ nieprzerwanie funkcjonujàcy proces 25 Warto wiedzieć Co słychać? repopulacji kardiomiocytów skutkuje wymianà wszystkich komórek mi´Ênia sercowego 18-20 razy w ciàgu ˝ycia cz∏owieka. Najnowsze publikacje potwierdzajà Êmia∏oÊç tych teorii, ukazujàc i˝ komórki miokardium w jednym i tym samym sercu majà ró˝ny wiek. U dzia∏ CSC w fizjologii oraz patofizjologii serca jest wcià˝ przedmiotem intensywnych badaƒ. Wiadomo, i˝ liczba CSC zmniejsza si´ z wiekiem, a zwi´kszona proliferacja CSC przyczynia si´ do kliniczne jawnego przerostu mi´Ênia sercowego w odpowiedzi na zwi´kszone obcià˝enie. Olbrzymi potencja∏ regeneracyjny serca wydaje si´ byç jednak niewystarczajàcy w warunkach niedokrwienia. Przyczyn upatruje si´ mi´dzy innymi w niskiej tolerancji niedotlenienia przez CSC i ich obumarciu w obszarze zawa∏u. Niejasne jest pochodzenie CSC, które uznane sà przez wielu badaczy za komórki pochodzenia szpikowego. WyjaÊnienia wymaga sposób aktywacji tych˝e komórek i mechanizm sterujàcy ich migracjà do miejsca uszkodzenia. Znalezienie choç cz´Êciowych odpowiedzi na te, ale i wiele innych pytaƒ pozwoli nam stopniowo myÊleç o przeprowadzeniu badaniu klinicznym. Warunkiem koniecznym do spe∏nienia przed rozpocz´ciem badaƒ klinicznych jest dokonanie niezwykle dok∏adnej i skrupulat- nej oceny w∏aÊciwoÊci CSC, w∏àcznie z optymalizacjà metod pobrania tkanki jak i samych procedur izolacji i hodowli komórkowych. Naprzeciw tym problemom wychodzà cele niniejszego Projektu. Projekt, ze wzgl´du na jego z∏o˝onoÊç, jest realizowany przez Konsorcjum Naukowe z∏o˝one ze Âlàskiego Centrum Chorób Serca w Zabrzu, Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu oraz Instytutu Onkologii w Gliwicach. Konsorcjanci majà dobrà i d∏ugà histori´ wspó∏pracy zarówno w dziedzinach angiogenezy, hodowli komórkowych, oznaczeƒ immunohistochemicznych, oraz nowoczesnych technologii medycznych (sztuczne komory wspomagania serca POL-VAD, projekt robota kardiochirurgicznego RobinHeart). Projekt finansowany w ramach dotacji ze Êrodków UE w ramach POIG zdecydowanie tà wspó∏prac´ zacieÊni, rozwijajàc trzy oÊrodki we wspólnym temacie regeneracji mi´Ênia sercowego, ale tak˝e ka˝dà z nich osobno, poprzez realizowanie projektów na bazie doÊwiadczeƒ, parku sprz´towego i materia∏owego. Dalszy rozwój oÊrodka uczestniczàcego w Projekcie, jego zwi´kszony potencja∏ naukowo-badawczy czy te˝ uzyskane w wyniku Projektu technologie – to cele podstawowe dotacji unijnych. Program, którego ramy czasowe okreÊlono na 5 lat, trwaç powinien daleko poza ten czas, a w oparciu o wyniki uzyskane podczas je- go realizacji powinny powstaç nast´pne programy i projekty badaƒ. Wierzymy, ˝e tak w∏aÊnie si´ stanie i w przypadku naszego Projektu. Otrzymane dofinansowanie po raz pierwszy pozwoli∏o zadbaç o personel uczestniczàcy w badaniu, oferujàc wynagrodzenia na miar´ europejskich placówek badawczych. Projekt realizowaç b´dzie zespó∏ 15 osób w tym: 5 kobiet, 6 m∏odych naukowców, doktorantów, magistrantów i studentów dajàc du˝à szans´ na rozwój zawodowy wielu z nich. J ednoczeÊnie nale˝y pami´taç, ˝e rozliczenie dotacji ze Êrodków UE w ramach POIG jest nie∏atwe. Projektem od strony administracyjnej zarzàdza zespó∏ ksi´gowych (osobny w ka˝dej instytucji partycypujàcej) specjalistów od zamówieƒ publicznych oraz koordynatorów do spraw sprawozdawczoÊci. Na potrzeby projektu powsta∏ Sekretariat i prowadzona jest strona internetowa, której celem jest informowanie opinii publicznej o celach i za∏o˝eniach badania, jego post´pie i dalszych planach. Wierzymy, ˝e Projekt ten przyczyni si´ do rozwoju medycyny regeneracyjnej w Polsce, ale i na Êwiecie, do rozwoju instytucji wchodzàcych w sk∏ad Konsorcjum, ale przede wszystkim, pomo˝e naszym pacjentom, którzy mo˝e ju˝ nied∏ugo b´dà g∏ów■ nym jego beneficjentem. Ma∏gorzata Kowalska ● Po∏o˝na, Szpital Zakonu Bonifratrów pw. Anio∏ów Stró˝ów w Katowicach-Bogucicach Cudowne komórki Od kilku lat s∏yszymy o krwiotwórczych komórkach macierzystych (KKM). Zdania na ten temat wÊród personelu medycznego sà bardzo podzielone, ale czy znalezienie odpowiedzi na n´kajàce ludzkoÊç choroby nie sà dla wspó∏czesnej medycyny priorytetem? Czy nadzieje chorych na wynalezienie terapii skutecznych w walce z cierpieniami spowodowanymi przez nieuleczalne choroby sà realne? Czy komórki macierzyste to rzeczywiÊcie nowoÊç? 26 Historia Pierwsze badania prowadzone by∏y na zwierz´tach i si´gajà po∏owy ubieg∏ego stulecia - rok 1949, badacz Jacobsen i w 1951 roku Lorenz oraz Ich wspólnicy. Wnioski z Ich pracy dowiod∏y skutecznoÊci terapeutycznych iniekcji do˝ylnych wyciàgów ze szpiku kostnego w leczeniu zwierzàt poddanych naÊwietleniu letalnà dawkà promieniowania RTG. W 1981 roku naukowcy Evans i Kaufman po raz pierwszy wyizolowali komórki macierzyste bezpoÊrednio z w´z∏a za- rodkowego mysiej blastocysty. Badania te i szereg innych prac naukowców na Êwiecie doprowadzi∏y do poszerzenia naszej wiedzy o mo˝liwoÊciach wykorzystania komórek macierzystych, które obecnie sà uwa˝ane za jednà z najwi´kszych nadziei medycyny. Na Êwiecie pierwsze banki krwi p´powinowej powsta∏y w 1993 roku, natomiast w Polsce pierwszy bank powsta∏ w 2000 roku w Warszawie. Obecnie istnieje kilka oÊrodków gotowych przeprowadziç przeszczep krwi p´powinowej. Dokonano jak dotàd kilkunastu przeszczepów, a pierwszy z nich przeprowadzono w 1983 roku w Poznaniu. By∏o to pierwsze syngeniczne prze- Nasze Sprawy ● L u t y 2 010
