Transcript Kliniczne zastosowania komórek macierzystych w neonatologii

Kliniczne zastosowania komórek
macierzystych w neonatologii
Jacek Rudnicki prof.nadzw.PAM
Zabrze 2010
Powikłania wcześniactwa
Wcześniaki mogą doznać uszkodzenia
wielonarządowego; mózgowia
(encefalopatia), oczu (retinopatia
wcześniaków), jelit (martwicze
zapalenie jelit), płuc (dysplazja
oskrzelowo-płucna) skutkującego
zaburzeniami rozwoju
psychomotorycznego i niemożnością
osiągnięcia pełni ludzkich
Matka najlepszą kliniką
Dzieci będące w tym samym wieku
postkonceptualnym lecz przebywające
w warunkach wewnątrzmacicznych
osiągają dojrzałość do życia
zewnątrzmacicznego
Nie doznają uszkodzeń narządów oraz
ich funkcji
I rozwijają się prawidłowo w dalszym
życiu osobniczym
Komórki macierzyste
photo by Wellcome Trust
Rozwój badań nad biologią komórek
macierzystych daje szanse na poznanie
mechanizmów ich działania w
warunkach prawidłowego rozwoju
człowieka, jak również w sytuacjach
patologicznych
Pojawiają się doniesienia, iż
uszkodzenia wielonarządowe i
zaburzenia rozwoju u wcześniaka mogą
być naprawiane przez jego własne
niezróżnicowane komórki macierzyste.
(Minoru Tomita et al., 2002. Hong J
Lee et al. 2007)
Mniejszy wiek płodowy, więcej
komórek macierzystych
Wiele danych przemawia za tym, że na wcześniejszych
etapach życia płodowego stężenie komórek
macierzystych pluripotencjalnych krążących w krwi
obwodowej, a zatem także i w pępowinie, jest większe
niż u noworodków donoszonych.
Z drugiej strony w pierwszym tygodniu po porodzie
ilość komórek macierzystych zmniejsza się o ok. 50%, a
w tym czasie zwykle zaczynają się powikłania takie jak
encefalopatia, NEC, ROP, BPD (Bizzarro MJ 2007)
Hipoteza
Uwzględniając powyższe wysunięto hipotezę,
że autohemotransfuzja pełnej krwi własnej
wcześniaka uzyskanej z pępowiny może
przyczynić się do zmniejszenia uszkodzenia
narządów z powodu podjęcia funkcji
naprawczych przez jego własne komórki
macierzyste. (Hong J.Lee., Kwang S.Kim., Eun J.Kim et al. 2007), (Minoru Tomita,
Yasaushi Adachi, Haruhiko Yamada et al. 2002)
• Obserwacje kliniczne
wskazują, iż objętość
pozyskanej od wcześniaka w
trakcie porodu krwi
pępowinowej może stanowić
nawet 50% całej jego krwi
obwodowej. Utrata tak dużej
ilości komórek macierzystych
pluripotencjalnych (VSEL)
może mieć znaczący ujemny
wpływ na dalszy rozwój
wcześniaka w warunkach
zewnątrzmacicznych.
Autohemotransfuzja po operacjach
chirurgicznych
Pojawiły się również prace, w których użyto do
autohemotransfuzji pełnej krwi pępowinowej u
noworodków wymagających pilnych zabiegów
chirurgicznych po urodzeniu, a
zdiagnozowanych przed spodziewanym
porodem (Tomoaki T, Sachiyo S, Masatochi N et al 2003)
Autohemotransfuzja bezpieczeństwo
Autohemotransfuzja krwi
pępowinowej jest interwencją
medyczną znacznie
bezpieczniejszą od transfuzji krwi
allogenicznej.
Jest procedurą medyczną
stosowaną od lat.
Novum jest wiedza jaką
posiadamy o komórkach
pluripotencjalnych.
Czy terapia komórkami macierzystymi
może zaszkodzić?
Obawa, czy nie spowodują one
ewentualnych niepożądanych
skutków ubocznych jak np.
rozwój nowotworu, nie ma
uzasadnienia w przypadku
komórek macierzystych
nieembrionalnych, a tylko takie
obecne są we krwi
pępowinowej.
Także nie występuje w tym
przypadku reakcja „przeszczep
przeciwko gospodarzowi”. (Sun X
et al. 2005)
Operacja naprawcza splotu
ramiennego.
Prof. A.Gilbert Paris
Szczury z uszkodzonym rdzeniem
kręgowym leczone były komórkami
macierzystymi z dobrym efektem w
rezonansie magnetycznym. Może można
tak leczyć przerwanie splotu
barkowego? (Chen et al. 2001)
Derived from human embryonic stem
cells, precursor neural cells grow in a
lab dish and generate mature neurons
(red) and glial cells (green).
Photo: courtesy Su-Chun Zhang,
University of Wisconsin
Komórki macierzyste z krwi
pępowinowej są zdolne do pobudzania
wzrostu tkanek hematopoetycznych,
nabłonkowych,
wyściółkowych u neurologicznych in
vivo i in vitro.
Są zdolne do leczenia chorób
naczyniowych, ocznych,
ortopedycznych, neurologicznych i
endokrynnych. Badania pokazały, że
krew pępowinowa zawiera mieszaninę
wielopotencjalnych komórek
macierzystych zdolnych do
spowodowania wzrostu komórek
endodermalnyh, mezodermalnych i
ektodermalnych. (David T. Harris 2009
Różnice pomiędzy komórkami embrionalnymi a
macierzystymi
British Journal of Hematology, 147, 177-184, 2009 David T. Harris
• Komórki embrionalne mają
duży potencjał rozwojowy,
wysoką proliferatywność,
małe ryzyko zakażenia
wirusem.
• Komórki krwi pępowinowej są
młodsze, z doskonałą
zdolnością proliferacji,
różnicowania się, z niskimi
wymaganiami zgodności
tkankowej HLA, niskim
ryzykiem choroby GVHD
(przeszczep przeciwko
biorcy), niskim ryzykiem
infekcji, możliwość
autohemotransfuzji.
Czy komórki macierzyste mają znaczenie
w zakażeniach?
Dysfunkcja i zmniejszenie
liczby progenitorowych
komórek macierzystych
endotelialnych może odgrywać
ważną rolę w inicjacji
dysfunkcji narządów w
przypadku urazu i sepsy (Tian
Hang Luo et al. 2009)
W naszych obserwacjach
autohemotransfuzja nie
zapobiegła zakażeniom
szpitalnym u dwóch
wcześniaków, ale nie miały
sepsy
Komórki nerwowe
niedotlenione
Efekt niedotlenienia komórek
nerwowych w 3 dobie. Widoczna
redukcja dendrytów, utrata
połączeń komórkowych. Złogi
komórkowe i komórki w fazie
apoptozy. (Susann Hau†1, Doreen M
Reich*†1, et al. 2008)
Komórki nerwowe
normoksemiczne
Komórki nerwowe bez epizodu
niedotlenienia wykazują bardzo
małą liczbę komórek w fazie
apoptozy (Susann Hau†1, Doreen M
Reich*†1, et al. 2008)
Mezenchymalne komórki
macierzyste
W obecności
mezenchymalnych komórek
macierzystych apoptoza
komórek nerwowych po
niedotlenieniu legała redukcji.
(Susann Hau†1, Doreen M Reich*†1, et
al. 2008)
Szpik vs krew pepowinowa
Krew pępowinowa dostarcza
hematopoetycznych komórek
zdolnych do vaskulogenezy.
Wytwarzano martwicę uda u
myszy po czym podawano komórki
szpiku i z krwi pępowinowej.
Skuteczniejsza była krew
pępowinowa w rewaskularyzacji.
Finney MR et al. 2009
Komórki macierzyste
• Niektórym chorobom noworodków można
zapobiec, w innych pozostaje ograniczać
negatywne skutki
• Neonatologia upatruje szansy w medycynie
regeneracyjnej
• Przy użyciu komórek macierzystych i czynników
wzrostu można próbować ograniczać negatywne
skutki wcześniactwa i intensywnej terapii
Nadzieje
• Medycyna regeneracyjna jest
•
•
postrzegana jako współczesny
kielich Graala
Ma dokonywać cudu
uzdrowienia
Obok święty Graal wg Dantego
Gabriela Rossetti
Nadzieje i obawy
• Daleka jest do tego droga i pełna
niebezpieczeństw
• Nie można przeceniać tej idei
• Zanim nie stworzymy genetycznie
modyfikowanych, w nieograniczonej liczbie
komórek macierzystych
• Bezpiecznych
Obawy
• Komórki macierzyste mogą przemienić się w
każdą inną komórkę naszego organizmu
• Również w komórki macierzyste nowotworowe
odpowiedzialne za wzrost i rozprzestrzeniane
się guzów
• Ekspansja normalnych komórek macierzystych
jest pod ścisłym genetycznym i epigenetycznym
nadzorem
• Nowotworowe komórki macierzyste nie poddają
się tym ograniczeniom
Obawy i nadzieje
• Mechanizm reprogramowania komórek
macierzystych
• Nowe markery dla normalnych komórek
macierzystych i nowotworowych komórek
macierzystych
• Są aktualnym celem prowadzącym do
zwalczania nowotworów
Nadzieja kolejna
• Dr SM Janes i współpracownicy zmienili
ekspresję komórek i otrzymali białko zabijające
komórki nowotworowe zwane TNF-related
apoptosis-inducing ligand or Trial
• Przez złączenie tych dwóch zdolności możemy
mieć komórki mające zdolność krążenia po
całym organizmie, znajdowania i niszczenia
guzów (Loebinger)
Very small embryonic like (VISEL) stem cells
(Leukemia 2007, 21,297-303)
Mogą różnicować się do wszystkich komórek niemal jak komórki progrnitorowe.
1
mm
1
mm
1
mm
Omnia vitae ab ovo
• Cały człowiek bierze swój początek z komórki
jajowej totipotencjalnej
• Nawet jeżeli w pierwszej fazie rozwoju, w
fazie blastocysty, kiedy człowiek składa się z
ośmiu komórek zarodkowych usunie się jedną
dla innych celów np. klonowania
• To z pozostałych siedmiu rozwinie się
prawidłowo zbudowany i dobrze funkcjonujący
organizm
Unipotencjalne
naskórek
Multipotencjalne
wątroba
Pluripotencjalne
Totipotencjalne
mięśnie
krew
Zapłodniona
komórka
jajowa
(Zygota)
nerwy
Komórki węzła
zarodkowego
blastocysty
inne
Ektodermalne KM
Mezodermalne KM
Endodermalne KM
Ukierunkowane
tkankowo komórki
macierzyste
Różnicowanie
Komórki embriolane
Terapia komórkami emrionalnymi
wiąże się z pcznymi,
biologicznymircznymi,
politoblemami et
Krew pępowinowa
• Komórki macierzyste fizjologicznie znajdują się
w dużej ilości w krwi pępowinowej
• Tym większej im wcześniej urodzi się dziecko
• W momencie porodu wcześniaka istnieje jedyna
szansa uzyskania krwi pępowinowej i
zastosowania w leczeniu powikłań
wcześniactwa zawartych w niej komórek
macierzystych
• Jest ich 99 w mikrolitrze krwi pępowinowej w
24 tyg. ciąży
Stem cell
Komórki macierzyste w neonatologii
• Retinopatia
• Encefalopatia
• Dysplazja oskrzelowo-
płucna
• Martwicze zapalenie jelit
Liczba noworodków, u których wystąpiły powikłania
wcześniactwa
M.Długołęcka
Zgon
10%
Uszk. Skóry
7%
NN
3%
RDS
43%
ROP
19%
NEC
7%
BPD
11%
Zastosowanie krwi pępowinowej
• Aktualnie krew pępowinowa jest bankowana w
głębokim zamrożeniu
• Czeka na „czarną godzinę” życia swojego
właściciela lub innej osoby (zjawisko
immunoprivilage)
• A można jej użyć dla ratowania wcześniaków i
noworodków chorych
Autohemotransfuzja
• Świeża krew pępowinowa może znaleźć
zastosowanie w pierwszych dobach życia w
formie autohemotransfuzji pełnej krwi z
hemoglobiną płodową, komórkami
macierzystymi i czynnikami hemotaktycznymi
• W kolejnych tygodniach życia jej użycie musi
być połączone z jej zamrażaniem aby komórki
macierzyste i krwinki płodowe nie uległy
degradacji
Autohemotransfuzja u wcześniaków
• Kiedy zatem zamrażać krew pępowinową?
• Jaki odsetek wcześniaków będzie wymagał
transfuzji uzupełniającej w pierwszych dobach
życia?
• Napewno wszystkie wcześniaki będą wymagały
leczenia krwią, własną, od jednego dawcy,
z konieczności od wielu dawców
• Dla, których wcześniaków korzystne będzie
przetoczenie komórek macierzystych, a dla
których pełnej krwi?
Liczba noworodków u których była wykonywana transfuzja krwi
w poszczególnych dobach życia
M.Długołęcka
Doba 0
3%
Doba 1
5%
Doba 2
7%
Powyżej 21
33%
Doba 3
4%
Doba 4
5%
Doba 5
5%
Doba 6 do 10
14%
Doba 11 do 20
24%
Czy możliwa jest reperacja mózgu?
• Aktualnie możliwe jest uzyskanie dużej liczby
wyselekcjonowanych populacji neuronów lub
komórek glejowych
• Z rosnących ciągle NSCs – neural stem cells
przez wprowadzenie właściwych sygnałów dla
molekół lub genów regulatorów NSCs. (Seung U.Kim
Geneticallyengineered human neural stem cells for brain repair in neurological
diseases. Brain & Development 29(2007)193-201)
Komórki wielopotencjalne
• To z nich płody ludzkie
•
•
przed ukończeniem 24
tygodnia życia mogą
regenerować
uszkodzony mózg
Czy pozwolą na
regenerację chorych
narządów?
Czy potrafimy to samo
co płazy, którym
odrastają ogony?
Encefalopatia wcześniaków
• Encefalopatia niedokrwienno-niedotlenieniowa
może być leczona przez podawanie In situ lub
dożylnie wielopotencjalnych dojrzałych
komórek macierzystych (multipotent adult
progenitor cells – MAPCs)
• Jeżeli leczenie to zostanie zastosowane do
siódmej doby od wystąpienia przyczyny
uszkadzającej mózg. (Yasuhara T, Hara K, Maki M, Mays RW, Deans
RJ, Hess DC, Caroll JE, Borlongam CV, J Cereb Blood Flow Metab, 2008 Nov; Vol 28
(11), pp. 1804-10)
Mała scena
dramatu
Reperacja ogniska zawału w mózgu
• Mesenchymal stem cells (MSCs) podane do miejsca
zawału indukowanego przez zamknięcie na 2 godziny
tętnicy środkowej mózgu w 3 dni po zdarzeniu
spowodowały;
• Zwiększoną proliferację endogennych komórek
nerwowych oraz
• Szybsza migrację komórek w miejsce uszkodzenia. (Yoo SW
et al 2008)
Komórki macierzyste i nośnik
• Autorzy podawali jednocześnie w obszar uszkodzenia
mózgu nerwowe komórki progenitorowe (neural
stem/progenitur cells – NSPCs) i condrotinase ABC
(ChABC)
• Kiedy podawano razem komórki progenitorowe i nośnik
obszar nieuszkodzony był większy niż leczonych osobno
komórkami lub samym nośnikiem. (Sato Y, Nakanishi K, Hayakawa M, et al
2008)
Hematopoetic stem and progenitor cells
(HPSC)
• Mają zdolność do różnicowania się w komórki
pneumocyty typu II w uszkodzonych płucach myszy
• W 1 dobie życia jest ich 99 komórek w mikrolitrze u
wcześniaków w 24 hbd
• Ta ich zdolność czyni możliwym reperację tkanek u
wcześniaków w przypadku dysplazji oskrzelowo płucnej
(MJ Bizzarro o wsp. „Circulating stem cells in extremely preterm neonates” Acta Paediatrica
2007. 96 pp. 521-525)
Murphy! Nareperują Ciebie
Frankenstain
Jepetto i Pinokio
Gekon
Utracony ogon
odrasta
Jest trochę
mniejszy
Jak one to
robią?
W przyrodzie organizmy potrafią dokonać
samouzdrowienia
USC-ISI
•Możliwa jest
•
•
regeneracja
narządów
Ten proces jest dla
nas niezbadaną
tajemnicą
Ale jest możliwy,
również w zakresie
układu nerwowego
Pobranie krwi pępowiny
Pobieranie krwi pępowinowej z łożyska
Można uzyskać z łożyska
wcześniaka ponad 30 ml krwi,
co wystarczy nawet na dwa
przetoczenia
Pobieranie krwi pępowinowej z łożyska
Pobiera się w taki sam sposób
jak do banków krwi i do
zamrożenia. Trzeba jednak
odlać 10 ml płynu
konserwującego bo krwi jest
mniej niż od noworodków
donoszonych.
Worki do krwi pępowinowej
Prawdopodobny biorca krwi pępowinowej
Jeśli człowiek nie może czegoś robić
naprawdę, to nie trzeba tego robić
wcale!
Stanisław LEM