Komórki Macierzyste w Neurologii

Komórki Macierzyste w Neurologii
Dr n. med. Magdalena Chrościńska-Krawczyk
Klinika Neurologii Dziecięcej USD w Lublinie

W każdym żywym organizmie, systematycznie powstają nowe komórki, które następnie dojrzewają, różnicują się w bardziej wyspecjalizowane a na koniec po ściśle określonym czasie, zapisanym w ich materiale genetycznym, obumierają. Nowych pokoleń dostarczają komórki macierzyste (KM). Są one niezróżnicowane i zdolne do dojrzewania, podziału przez czas nieokreślony, samoodnawiania i do tworzenia bardziej wyspecjalizowanych komórek. Komórki macierzyste można podzielić na cztery kategorie: : totipotencjalne, pluripotencjalne, multipotencjalne (np krwiotwórcze komórki macierzyste – KKM lub mezenchymalne komórki macierzyste – MKM) oraz unipotencjalne. Coraz częściej w medycynie znajdują zastosowanie MKM. Mezenchyma oznacza rozwijającą się tkankę łączną zarodka, wywodzącą się głównie z mezodermy. Mezenchymalne komórki macierzyste jak inne komórki macierzyste charakteryzują się zdolnością do samoodnawiania (posiadają zdolność wytwarzania komórki potomnej podobnej do komórki macierzystej). Pojedyncza komórka posiada zdolność różnicowania się w wiele linii komórkowych oraz in vivo są zdolne do odtworzenia tkanek, w które są mogą się różnicować. MKM można izolować z wielu źródeł w organizmie. Najczęściej wykorzystywanym jest szpik kostny oraz tkanka tłuszczowa. Ponadto komórki te występują w krwi pępowinowej, łożysku, miazdze zębów mlecznych, płynie maziowym, więzadle przyzębowym, migdałkach, przytarczycy, mięśniach szkieletowych, oponie twardej, chrząstce oraz skórze. Zostały one również wyizolowane z galarety Whartona (Wharton jelly), opisanej po raz pierwszy przez doktora Thomasa Whartona (1614-1673) w 1656 roku. Przez ISCT (International Society for Cellular Therapy) zostały ustalone kryteria jakie musi spełniać populacja komórek żeby można ją było uznać za populację macierzystych komórek mezenchymalnych. Są to: ekspresja charakterystycznych antygenów, samopowielanie, różnicowanie w tkanki kostną, chrzęstna, mięśniową czy nerwową, funkcje ułatwiające wszczepienie przeszczepionych komórek hematopoetycznych oraz działanie immunomodulujące. Te szczegółowe kryteria spełniają nie tylko MKM pochodzące ze szpiku kostnego, krwi pępowinowej ale również komórki pozyskane z galarety Whartona. Ponadto stwierdzono, iż macierzyste komórki mezenchymalne pochodzące z galarety Whartona wykazują znacznie większy potencjał proliferacyjny niż komórki pochodzące ze szpiku kostnego. Dotychczas skutecznie wykorzystuje się MKM w hematologii, onkologii oraz w transplantologii. Głównymi zaburzeniami, w których stosowane są powyższe komórki są m.in.: leczenie toksyczności spowodowanej przez chemioterapię, profilaktyka choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi, leczenie ostrej i przewlekłej choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi.

img1W ciągu ostatnich kilku lat nastąpił postęp w badaniach dotyczących zastosowania MKM także w chorobach i zaburzeniach dotyczących ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego. Należy do nich m.in. stwardnienie zanikowe boczne (SLA). Jest to postępująca choroba neurodegeneracyjna ośrodkowego i obwodowego neuronu ruchowego. Zazwyczaj zaczyna się zanikami mięśni kończyn lub cechami zespołu opuszkowego, w ciągu około 5 lat od rozpoznania dochodzi do niewydolności mięśni oddechowych i zgonu. Co roku rozpoznaje się 1-2 nowe zachorowania na 100 000 osób. Około 10% przypadków jest uwarunkowana genetycznie i związana z mutacją genu kodującego dysmutazę ponadtlenkową (SOD1). Pomimo postępu nauk medycznych, dotychczas nie znaleziono leku skutecznie hamującego postęp SLA. Jedynym lekiem o uznanej skuteczności jest riluzol, który jednak wydłuża przeżycie zaledwie o 10-20%. Terapia komórkami macierzystymi daje nadzieje, że być może stanie się ona alternatywą dla pacjentów z SLA. W warunkach in vitro badano inrtakcję pomiędzy mezenchymalnymi komórkami macierzystymi a neuronami motorycznymi pochodzącymi zarówno od transgenicznej myszy z mutacją SOD1 jak i myszy nie-transgenicznych. Wykazano, że MKM pełni protekcyjną rolę względem neuronów motorycznych, astrocytów i mikrogleju obu porównywanych grup. Ekspresja czynnika neurotroficznego pochodzenia glejowego (GDNF) była wyższa w grupie myszy transgenicznych, natomiast ekspresja czynnika neurotroficznego pochodzenia rzęskowego (CNTF) w grupie nie-transgenicznej. Zastosowanie MKM zwiększyło ekspresję czynnika wzrostu śródbłonka naczyń (VEGF), natomiast zmniejszyło TNFα, IL-6 oraz iNOS. Wyniki badania sugerują, że MKM mogą modulować odpowiedź neuronu na procesy zapalne i apoptotyczne. Prowadzono również badania doświadczalne polegające na podawaniu autologicznych MKM pochodzących z tkanki tłuszczowej transgenicznym myszom z mutacją SOD1 (zwierzęcy model dziedzicznego SLA). Dowiedziono, że podanie komórek macierzystych opóźniło deteriorację zdolności motorycznych o 4-6 tygodni. Stwierdzono również większą liczbę motoneuronów, a także zwiększoną ekspresję zasadowego czynnika wzrostu fibroblastów (bFGF) i czynnika neurotroficznego pochodzenia glejowego (GDNF) w grupie leczonej MKM. Prowadzone też były badania u osób chorych z SLA. Podawano autologiczne MKM pochodzących ze szpiku kostnego dokanałowo bądź dożylnie. Badaniem objęto 19 pacjentów. W kilku przypadkach były to komórki znakowane tlenkiem żelaza. Podczas terapii zanotowano kilka niegroźnych efektów ubocznych (gorączka, ból głowy, miernie nasilona duszność). Pacjentów poddano obserwacji w okresie 6-25 m-cy. Nie doszło u nich do późnych efektów ubocznych. U większości pacjentów obserwowano stabilizację stanu klinicznego bądź nieznaczną poprawę. Badanie MRI wykonane u pacjentów, którym podano znakowane komórki wykazało, że komórki podane w okolicy lędźwiowej rozprzestrzeniają się do rogów potylicznych komór bocznych, opon, korzeni nerwów rdzeniowych. Wykonano również immunologiczną analizę limfocytów i produkowanych cytokin, która dowiodła immunomodulacyjnego efektu MKM już w 4 godziny po ich podaniu. . Obecnie toczy się jeszcze kilka prób klinicznych wykorzystujących mezenchymalne komórki macierzyste podając je dokanałowo, dokomorowo bądź dożylnie.

img2Inną poważną chorobą neurologiczną w której znalazły zastosowanie mezenchymalne komórki macierzyste jest rdzeniowy zanik mięśni (SMA). Jest chorobą dziedziczoną w sposób autosomalny recesywny, spowodowaną defektem w genie SMN1. Wyróżnia się kilka typów choroby, z których najcięższym jest typ I (choroba Werdniga-Hoffmanna), występująca we wczesnym niemowlęctwie i szybko prowadząca do zgonu. Prowadzone są badania dotyczące zastosowania komórek macierzystych w powyższym schorzeniu. Podawano dokanałowo zwierzętom doświadczalnym (myszom) w modelu zwierzęcym SMA neuronalne komórki macierzyste rdzenia kręgowego. Komórki migrowały w kierunku rdzenia, różnicowały się w motoneurony poprawiając kondycję nerwowo – mięśniową i przeżycie myszy z SMA. Dowiedziono, że efekt terapii polegał na zmianach RNA białek odpowiedzialnych za metabolizm i cykl komórkowy czy też białek wiążących aktynę.

img3Schorzeniami neurologicznymi, w których zastoswanie mezenchymalnych komórek macierzystych daje duże nadzieje na poprawę funkcjonowania są: mózgowe porażenia dziecięce (MPD) oraz autyzm dziecięcy.
Mózgowe Porażenie Dziecięce wg. definicji podanej przez Baxa opisuje grupę zaburzeń rozwoju ruchu i postawy, powodujących ograniczenie aktywności, które są przypisywane nie postępującym zakłóceniom pojawiającym się w rozwijającym się mózgu płodu lub niemowlęcia. Zaburzeniom ruchu w MPDZ często towarzyszą zaburzenia czucia, poznawcze, porozumiewania się, postrzegania, i/lub zachowania i/lub drgawki/ padaczka. Obecnie przeprowadzono już pierwsze terapie z użyciem komórek macierzystych. Toczą się także próby kliniczne mające na celu weryfikację bezpieczeństwa ich użycia i efektywności. W 2013 r doniesiono o pierwszym użyciu autologicznej krwi pępowinowej w leczeniu dziecka w stanie wegetatywnym spowodowanym niedotlenieniem OUN w wyniku nagłego zatrzymania krążenia, uzyskując poprawę kliniczną pacjenta. Prowadzono również badania w wyniku których po podaniu dokanałowym uzyskano poprawę funkcji motorycznych u kilkorga dzieci z MPDz. Aktualnie prowadzone są badania kliniczne, głównie w USA z zastosowaniem auto i allogenicznej krwi pępowinowej oraz neuropodobnych komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego. Komórki macierzyste wykorzystywane są również w terapii całościowych zaburzeń rozwoju, szczególnie autyzmu dziecięcego. Zaburzenie to charakteryzuje się nieprawidłowościami w zakresie: mowy, interakcji społecznych oraz zachowania ( zachowania stereotypowe). Aktualnie prowadzone są w kilku krajach na świecie badania dotyczące zastosowania komórek macierzystych w całościowych zaburzeniach rozwoju. Przykładem są amerykańskie badania kliniczne z wykorzystaniem komórek macierzystych pochodzących z autologicznej krwi pępowinowej.
W XX wieku najczęstszym rodzajem komórek wykorzystywanych do prób leczenia chorób neurologicznych były krwiotwórcze komórki macierzyste pochodzące ze szpiku lub mobilizowanej farmakologicznie krwi obwodowej. Natomiast prowadzone w XXI wieku aktualnie lub niedawno zakończone badania nad zastosowaniem komórek macierzystych w neurologii dotyczą oprócz powyższych ich źródeł również krwi pępowinowej jako ich źródła o wiele bezpieczniejszego w pozyskaniu dla dawcy. Schorzenia neurologiczne stanowią bardzo często problem terapeutyczny, dlatego tak ważne jest poszukiwanie nowych metod leczenia mogących poprawić jakość życia osób cierpiących z powodu opisanych powyżej zaburzeń. Od kilku miesięcy w Klinice Neurologii Dziecięcej USD prowadzone są badania eksperymentalne nad wykorzystaniem mezenchymalnych komórek macierzystych w chorobach neurologicznych u dzieci. Komórki pochodzą z Polskiego Banku Komórek Macierzystych, gdzie są pozyskiwane z galarety Whartona sznurów pępowinowych. Aktualnie eksperymentowi poddanych jest kilkanaścioro dzieci z różnorodnymi chorobami neurologicznymi, przede wszystkim z autyzmem i mózgowym porażeniem dziecięcym. Pierwsze wyniki przeprowadzonego eksperymentu są zadowalające i pozwalają myśleć optymistycznie o zastosowaniu komórek mezenchymalnych w schorzeniach neurologicznych.

img4

 

 

 

 

 

1. Faulkner SD, Ruff CA, Fehlings MG. The potential for stem cells in cerebral palsy- piecing together the puzzle. Semin Pediatr Neurol. 2013,20, 146-153
2. Harris DT. Cord blood stem cells: a review of potential neurological applications. Stem Cell Rev. 2008,4, 269-274
3. Ruff CA, Faulkner SD, Fehlings MG. The potential for stem cell therapies to have an impact on cerebral palsy: opportunities and limitations. Dev Med Child Neurol. 2013, 55, 689-697
4. Li M, Yu A, Zhang F, Dai G, Cheng H, Wang X, An Y. Treatment of one case of cerebral palsy combined with posteriori visual pathway injury using autologous bone marrow mesenchymal stem cells. J Transl Med. 2012, 18,100
5. Purandare C, Shitole DG, Belle V, Kedari A, Bora N, Joshi M. Therapeutic potential of autologous stem cel transplantation for cerebral palsy. Case Rep Transplant. 2012,
6. Jensen A, Hamelmann E. First autologous cell therapy of cerebral palsy caused by hypoxic-ischemic brain damage in a child after cardiac arrest-individual treatment with cord blood. Case Rep Transplant. 2013,
7. Wang X, Cheng H, Hua R, Yang J, Dai G, Zhang Z, Wang R, Qin C, An Y. Effects of bone marrow mesenchymal stromal cells on gross motor function measure scores of children with cerebral palsy: a preliminary clinical study. Cytotherapy. 2013, 15, 1549-1562
8. www. Clinicaltrials.gov
9. Zanier R et al. Bone marrow mesenchymal stromal cells drive protective m2 microglia polarization after brain trauma. Neurotherapeutics. 2014,11,679-695
10. Dorega B. Intranasally administerted mesenchymal stem cells promote a regenerative riche for repair of neonatal ischemic brain injury. Exp Neurol. 2014, 26, 53-64
11. Ma J. et al. Transplanted hUCB-MSCs migrated to the damaged area by SDF-1/CXCR4 signaling to promote functional recovery after traumatic brain injury in rats. Neurol Res. 2014