Pobierz Możliwości zastosowania komórek macierzystych u pacjentów z chorobami genetycznymi i więcej Publikacje w PDF z Genetyka człowieka tylko na Docsity!
© Borgis
P r a c e p o g l ą d o w e
R e v i e w p a p e r s
Możliwości zastosowania komórek macierzystych
u pacjentów z chorobami genetycznymi.
Część pierwsza – niektóre wskazania
*Dariusz Boruczkowski^1 , Katarzyna Pawelec^2 , Maciej Boruczkowski3, 4,
Piotr Michalski^5
1 NZOZ – Polski Bank Komórek Macierzystych SA, Warszawa
Kierownik: dr n. biol. Tomasz Ołdak
2 Katedra i Klinika Pediatrii, Hematologii i Onkologii, Warszawa
Kierownik Katedry i Kliniki: prof. dr hab. Michał Matysiak
3 Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej, Wydział Biologii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Poznań
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. Przemysław Wojtaszek
4 Praca powstała podczas studiów drugiego stopnia, specjalizacja: biologia molekularna
5 Szpital Ginekologiczno−Położniczy Ujastek, Kraków
Dyrektor Szpitala: dr Jan Kosacz
THE POSSIBLE STEM CELLS APPLICATIONS IN CHILDREN WITH GENETIC DISEASES.
PART ONE – SELECTED INDICATIONS
S u m m a r y
The report about first haematopoietic stem cells transplantation from cord blood was published in 1989. Since then, the major changes have occurred, based on scientific and technical developments. There is a potential limit (number of haematopoietic stem cells) for the widespread use of cord blood as a source of hematopoietic stem cells for marrow replacement in Poland. Ex-vivo expansion (outside of the Poland) proves usefulness in different clinical situation, involving treatment of grown-up children and adults. Transplantation, defined as an ex-vivo generated components, presents good approach and may open a promising new way for cell therapy in genetic diseases. A new kind of stem cells population from i.e. human cord blood was described (mesenchymal cells) which can grow and can expand without losing pluripotency and can show differentiation into osteoblasts, chondroblasts, adipocytes, hematopoietic and neural cells too. New articles suggest that treatment by stem cells in for example retinitis pigmentosa, can produce retina functional recovery.
Key words: cord blood, haematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells
Pierwszą nieudaną próbę leczenia białaczki przy uży- ciu krwi pępowinowej (KP) przeprowadzono w 1970 roku, przeszczepiając 16-letniemu chłopcu przez 18 dni osiem porcji krwi pępowinowej. Przeszczepienia te zostały przeprowadzone podczas standardowej chemioterapii (składającej się wtedy tylko z dwóch leków – enkorto- nu i 6-merkaptopuryny) bez jakiegokolwiek specjali- stycznego przygotowania pacjenta do transplantacji (1). Pierwsze skuteczne przeszczepienie krwi pępowinowej
przeprowadzono w 1988 roku u pięcioletniego chłopca z niedokrwistością typu Fanconiego. Krew pępowinowa pochodziła od siostry chorego. Chłopiec został wyleczo- ny, żyje do dziś w USA (2). Raporty powstałej w 1974 roku European Group for Blood and Marrow Transplantation zawierały począt- kowo opisy rodzajów transplantacji oraz wskazania do transplantacji krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) bez podziału na rodzaje źródeł (3, 4). Dopiero w
Dariusz Boruczkowski i wsp.
spokrewnionego – zgodnego rodzeństwa (10, 11). W trze- ciej grupie – innych dobrze zdefiniowanych niedoborów odporności – przeszczepienie KKM z na przykład KP jest przeprowadzane najczęściej w zespole Wiskotta-Aldricha (spowodowanym mutacją genu zlokalizowanego na krót- kim ramieniu chromosomu X). Cechą charakterystyczną dla tej choroby są bardzo małe płytki krwi, co wiąże się z mutacją białka WAS, które uczestniczy w tworzeniu cytoszkieletu komórek. Identyczne przygotowanie bior- cy do transplantacji jak dla zespołu Wiskotta-Aldricha, EBMT zaleca m.in. również dla niedoboru fosforylazy nukleozydów purynowych ( PNP deficiency ) (12). Z tej samej grupy pochodzi leczony transplantacją KM zespół Nijmegen (defekt naprawy DNA) (13). Czwarta grupa niedoborów obejmuje m.in. choroby związane z zabu- rzeniami regulacji odpowiedzi immunologicznej (zespół Chediaka-Higashiego, zespół Griscelli, limfohistiocytoza hemofagocytarna), które już posiadają wspólny, ustalony w zaleceniach EBMT sposób przygotowania biorcy do transplantacji (14). Piąta grupa pierwotnych niedoborów odporności – wrodzone zaburzenia liczby lub funkcji komórek żernych mogą być spowodowane np. obniżoną liczbą ww. komórek na skutek zaburzeń ich różnicowania w szpiku – neutropenia cykliczna lub agranulocytoza Ko- stmanna. Zespół Kostmanna – dziecięca agranulocytoza (liczba granulocytów obojętnochłonnych < 0,5 x 10^9 /l)
- jest w około 10% nie tylko oporny na leczenie farmako- logicznymi czynnikami wzrostu kolonii komórkowych, a nawet w powyższych przypadkach oporności może dojść do transformacji w zespół mielodysplastyczny lub w ostrą białaczkę szpikową (15, 16). Grupa siódma – zaburzenia odpowiedzi zapalnej to albo utrudnienie przedostania się komórek do miejsca zapalenia (niedobór cząstek adhe- zyjnych), albo utrudnienie zabijania bakterii (przewlekła choroba ziarniniakowa), która jest również wskazaniem do transplantacji KKM. Taka transplantacja (KKM ze „spokrewnionej” KP) odbyła się w listopadzie 2011 roku w Katedrze i Klinice Transplantacji Szpiku, Onkologii i Hematologii Dziecięcej we Wrocławiu. Pobranie, prepa- ratyka i przechowywanie odbyły się w Polskim Banku Komórek Macierzystych SA. B) Beta-talasemia, inaczej niedokrwistość śródziem- nomorska, występuje w postaciach o różnym natężeniu objawów klinicznych. Najcięższą odmianą tej choroby jest β-talasemia major (anemia Cooleya), gdzie produkcja łańcuchów β hemoglobiny jest zahamowana całkowicie, a przy braku tych podjednostek łańcuchy α hemoglobiny tworzą nierozpuszczalne agregaty, wytrącające się we wnętrzu niedojrzałych erytrocytów. W przypadku talase- mii minor tylko jeden gen (z dwóch) kodujący łańcuch β hemoglobiny jest zmutowany. Rzadko, ale zdarza się, że ta postać choroby zostaje rozpoznana dopiero podczas pierwszej ciąży. W wyniku braku równowagi pomiędzy łańcuchami α i β (prawidłowa cząsteczka hemoglobiny to α 2 β 2 ) erytropoeza jest nieefektywna, a wytworzone erytrocyty mają słabsze powinowactwo do tlenu i cechuje je znacznie szybszy okres rozpadu. Przyczyną tych anomalii jest tranzycja adeniny w guaninę w pierwszym intronie genu kodującego podjednostkę
2002 roku, w trzecim raporcie EBMT, po raz pierwszy został zamieszczony podział KKM na trzy rodzaje (źródła) używane do transplantacji (szpik, mobilizowana krew obwodowa, krew pępowinowa) oraz po raz pierwszy zamieszczono skrócony opis warunków koniecznych do spełnienia przed transplantacją KKM z krwi pępowinowej (5). W przedostatnim (6) oraz ostatnim (7) raporcie EBMT, opublikowanych odpowiednio w 2006 oraz 2010 roku, stwierdzono po raz kolejny, że wskazania do transplan- tacji komórek macierzystych KP są takie same, jak w przypadku komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego lub z mobilizowanej krwi obwodowej. Według EBMT transplantacje KKM przeprowadza się w określonych jednostkach chorobowych już w sposób standardowy ( standard of care ) – co oznacza, że sposób przeprowadzenia procedury transplantacji KM został dobrze poznany, a jej wyniki zostały zdefiniowane i są statystycznie lepsze od wyników leczenia prowadzonego bez udziału transplantacji KM. Standardowe wskazania do transplantacji komórek macierzystych (pochodzących np. z KP) obejmują kilka- dziesiąt chorób, a wśród nich m.in. następujące choroby uwarunkowane genetycznie: a) pierwotne niedobory od- porności, b) hemoglobinopatie – talasemie, c) niedokrwi- stość sierpowatokrwinkową, d) wrodzone defekty szpiku kostnego (niedokrwistość Fanconiego i niedokrwistość Blackfana-Diamonda), e) choroby spichrzeniowe – mu- kopolisacharydozę I typu, f) osteopetrozę (6, 7). A) Pierwotne niedobory odporności – zostały skla- syfikowane w ośmiu kategoriach: 1. złożone niedobory odporności, 2. niedobory z przewagą zaburzeń produk- cji przeciwciał, 3. inne dobrze zdefiniowane niedobory odporności, 4. choroby dysregulacji odpowiedzi immu- nologicznej, 5. wrodzone zaburzenia liczby i/lub funkcji komórek żernych, 6. zaburzenia odporności naturalnej,
- zaburzenia odpowiedzi zapalnej, 8. niedobory układu dopełniacza (8). W pierwszej grupie chorób, obejmującej złożone niedobory odporności – genetycznie uwarunkowane ciężko przebiegające zaburzenia kliniczne – transplan- tacje KKM przeprowadza się najczęściej w zespole cięż- kiego złożonego niedoboru odporności (ang. severe combined immune deficiency – SCID) oraz w zespole Omenna. W obydwu zespołach sposób przygotowania biorcy do transplantacji zależy od rodzaju dawcy (9). W przypadku przeprowadzenia transplantacji w SCID jeszcze wewnątrzmacicznie (przed 14 tygodniem), chory biorca nie wymaga ze względu na przebieg ontogenezy żadnego kondycjonowania, a ze względu na odizolo- wanie od środowiska profilaktyki zakażeń bakteryjnych, wirusowych lub grzybiczych. Niedobór CD40L podlega również leczeniu przeszczepieniem KKM, jednak w tym przypadku termin przeprowadzenia transplantacji do- datkowo zależy od rodzaju dawcy (spokrewniony lub niespokrewniony) i jego stopnia zgodności z biorcą. Wymieniany w tej samej kategorii zespół hiper-IgM, którego cechą jest uniemożliwienie przełączenia synte- zy z IgM do IgG, IgA i IgE, był już leczony ze skutkiem pozytywnym transplantacją KKM pobranych od dawcy
Dariusz Boruczkowski i wsp.
mezenchymalnych komórek macierzystych (podczas transplantacji lub innej procedury leczniczej) jest dowo- dem na to, że w przyszłości lekarz, ze względu na stały rozwój nauk medycznych, coraz częściej będzie sięgał po tę metodę leczenia. Zwłaszcza w przypadku możli- wości skorzystania z wcześniej zabezpieczonego w dniu porodu odpowiedniego materiału biologicznego.
Piśmiennictwo
1. Ende M, Ende N: Hematopoietic transplantation by means of fetal (cord) blood. Virginia Med J 1972; 99: 276-280. 2. Gluckman E, Broxmeyer HA, Auerbach AD et al.: Haematopoietic reconstitution in a patient with Fanconi‘s anaemia by means of umbilical cord blood from an HLA identical sibling. NEJM 1989; 321(17): 1174-1178. 3. Schmitz N, Gratwohl A, Goldman JM: Allogeneic and autologous transplantation for haematological diseases, solid tumours and immune disorders: current practice in Europe in 1996 and proposals for an operational classification. Bone Marrow Transplant 1996; 17: 471-477. 4. Goldman JM, Schmitz N, Niethammer D, Gratwohl A: Allogeneic and autologous transplantation for haematological diseases, solid tumours and immune disorders: cur- rent practice in Europe in 1998. Bone Marrow Transplant 1998; 21: 1-7. 5. Urbano-Ispizua A, Schmitz N, de Witte T: Allogeneic and autologous transplantation for haematological diseases, solid tumours and immune disorders: definitions current practice in Europe. Bone Marrow Transplant 2002; 29: 639-646. 6. Ljungman P, Urbano-Ispizua A, Cavazzano- Calvo M: Allogeneic and autologous transplantation for haematological diseases, solid tumours and immune disorders: definition and current practice in Europe. Bone Marrow Transplant 2006; 37: 439-449. 7. Ljung- man P, Bregni M, Brune M: Allogeneic and autologous transplantation for haematological diseases, solid tumours and immune disorders: current practice in Europe 2009. Bone Marrow Transplant 2010; 45: 219-234. 8. Zeman K, Szałowska D: Pierwotne niedobory odporności – ważna grupa rzadkich chorób uwarunkowanych genetycznie. Przegląd Pedia- tryczny 2006; 36(4): 251-257. 9. Gennery AR, Cant AJ: Cord blood stem cell transplantation in primary immune deficiences. Curr Opin Allergy Clin Immunol 2007; 7: 528-534. 10. Scholl PR, O’Gorman MR, Pachman LM et al.: Correction of neutropenia and hypogammaglobulinemia in X-linked hyper-IgM syndrome by allogeneic bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant 1998; 22(12): 1215-1218. 11. Leone V, Tommasini A, Mandolina M: Elective bone marrow transplantation in a child with X-linked hyper IgM syndrome with acute respiratory distress syndrome. Bone Marrow Transplant 2002; 30: 49-52. 12. De Heredia CD, Ortega JJ, Diaz MA: Unrelated cord blood transplantation for severe combined immunodeficiency and other primary immunodeficiencies. Bone Marrow Transplant 2008; 41: 627-633. 13. Gennery AR, Slatter MA, Bhattacharya A et al.: Bone marrow transplantation for Nijmegan breakage syndrome. J Pediatr Hematol Oncol 2005; 27(4): 239. 14. Eapen M, DeLaat CA, Baker KS: Hematopoietic cell transplantation for Chediak-Higashi syn- drome. Bone Marrow Transplant 2007; 39: 411-415. 15. Seidler C, Welfe K, Barak Y et al.: Stem cell transplantation in patients with severe congenital neutropenia without evidence of leukemic transformation. Blood 2000; 95: 1195-1198. 16. Toyoda H, Azuma E, Hori H et al.: Successful unrelated BMT in a patient with Kostmann syndrome complicated by pre-transplant pulmonary bacterial abscesses. Bone Marrow Transplan- tation 2001; 21: 413-415. 17. Marengo-Rowe AJ: The thalassemias and related disorders. Proc Bayl Med Cent 2007; 20(1): 27-31. 18. Galanello R, Origa R: Beta-thalassemia. Orphanet Journal of rare Diseases 2010; 5: 11. 19. Cousens N, Gaff C, Metcalfe S, Delatycki M: Carrier screen- ing for beta-thalassaemia: a review of international practice. European Journal of Human Genetics 2010; 18: 1077-1083. 20. Shet A, Aras O, Gupta K et al.: Sicle blood contains tissue factor-positive microparticles derived from endothelial cells and monocyte. Blood 2003; 102: 2678-2683.
z częstotliwością 1/4000 urodzeń. Jest zarówno domi- nująca, jak i recesywna, a jej dziedziczenie może być sprzężone z chromosomami autosomalnymi lub z chro- mosomem X. W przypadku autosomalnej, dominującej formy choroby, a więc o ciężkim klinicznie przebiegu, dochodzi do mutacji genu kodującego pre-mRNA białko numer 8 (Prp8). Białko to pełni ważną rolę w splicingu, gdyż jest rdzeniowym komponentem U5 snRNP, zatem pośrednio wchodzi również w skład U4-U5-U6-snRNP. Biorąc pod uwagę fakt, że białko Prp8 obecne jest w każdej procedurze splicingowej na terenie całego orga- nizmu, niewyjaśniony zostaje kliniczny wpływ tej mutacji jedynie na siatkówkę oka. Jedna z teorii zakłada, iż komórki receptorowe pręcików są niezwykle czułe na nawet najmniejsze zmiany zachodzące w aparacie spli- cingowym (pręcik jest ponad sto razy bardziej czuły na światło niż czopek, warunkujący widzenie kolorów), za sprawą szybkich przemian reakcji barwnikowych (32, 33). Już od 2005 roku w Brazylii na uniwersytecie Sao Paulo (grant NCT 01068561) podejmowane były próby leczenia RP komórkami macierzystymi. Do gałki ocznej podawano 10 milionów mononuklearów pochodzących z autologicz- nego szpiku (34). Aktualnie, oprócz kontynuacji badań brazylijskich (przewidywana data zakończenia nowego grantu NCT 01560715 to czerwiec 2013), trwają próby leczenia RP komórkami macierzystymi między innymi w Tajlandii. Szpital Siriraj-Mahidol University w Bangkoku we współpracy z Ministerstwem Zdrowia prowadzi ba- dania od 2012 roku. Milion mezenchymalnych komórek macierzystych (MKM) pochodzących ze szpiku jest podawanych do wnętrza gałki ocznej w roztworze soli fizjologicznej nieprzekraczającym 100 mikrolitrów obję- tości (34). W tym grancie jednak procedura jest przepro- wadzana tylko u zaproszonych wcześniej przez ośrodek w Bangkoku pacjentów. Kolejne próby zastosowania komórek w leczeniu RP to badania trzynastu amerykań- skich ośrodków (NCT 00447993) dotyczące podawania do gałki ocznej kapsułki z unipotencjalnymi ludzkimi komórkami nabłonka barwnikowego siatkówki (34). Oprócz powyższych terapii, użycie MKM w podejmo- wanych próbach leczenia innych chorób (na przykład choroby przeszczep przeciwko gospodarzowi) opiera się niestety najczęściej na wykorzystaniu komórek pozy- skanych z własnego szpiku, szpiku dawcy rodzinnego, dawcy niespokrewnionego albo tzw. „osoby trzeciej” ( third party donor ) (35, 36). Z wielu powodów (m.in. ogra- niczona dostępność) oraz ze względu na brak jeszcze standardowych reguł postępowania z użyciem MKM, nadal poszukuje się nowego, lepiej dostępnego, bez- pieczniejszego dla dawcy źródła macierzystych komó- rek mezenchymalnych. Źródła, które bez jakiejkolwiek fizycznej ingerencji w organizm zdrowego dawcy pozwoli dostarczyć w sposób systematyczny, umożliwiający ciągłą terapię (35, 37) odpowiednią liczbę MKM, zabez- pieczającą w czasie trwania, bez ograniczeń spowodowa- nych ciężarem ciała pacjenta całą konieczną procedurę leczniczą. Zwiększająca się systematycznie liczba chorób, w któ- rych istnieją wskazania do podania krwiotwórczych lub/i
Możliwości zastosowania komórek macierzystych u pacjentów z chorobami genetycznymi. Część pierwsza – niektóre wskazania
The Clinical Outcome of Hurler Syndrome after Stem Cell Transplanta- tion. BBMT 2008; 14: 485-498. 30. Dini G, Floris R, Garaventa A et al.: Long-term follow-up of two children with a variant of mild autosomal recessive osteopetrosis undergoing bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant 2000; 26: 219-224. 31. Tolar J, Bonfim C, Grewal S, Orchard P: Engraftment and survival following hematopoietic stem cell transplantation for osteopetrosis using a reduced intensity conditioning regimen. Bone Marrow Transplant 2006; 38: 783-787. 32. Grainger RJ, Beggs JD: Prp8 protein: At the heart of the spliceosome. RNA 2005; 11: 533-557. 33. Mordes D, Luo X, Kar A et al.: Pre-mRNA splicing and retinitis pigmentosa. Mol Vis 2009; 12: 1259-1271. 34. http://clinicaltri- als.gov 35. Le Blanc K, Frassoni F, Ball L et al.: Mesenchymal stem cells for treatment of steroidresistant, severe acute graft-versus-host disease: a phase II study. Lancet 2008; 371: 1579-1586. 36. Le Blanc K, Ringden O: Immunobiology of human mesenchymal stem cells and future use in hematopoietic stem cell transplantation. Biol Blood Marrow Transplant 2005; 11: 321-334. 37. Ringden O, Uzunel M, Rasmusson I et al.: Mesenchymal stem cells for treatment of therapy-resistant graft- versus-host disease. Transplantation 2006; 81(10): 1390-1397.
21. Maślanka K: Fizjologiczna i patogenna aktywność mikrocząstek błon komórkowych. Journal of Transfusion Medicine 2010; 3(1): 9-17. 22. Bha- tia M, Walters MC: Haematopoietic cell transplantation for thalassemia and sickle cell disease: past, present and future. Bone Marrow Transplant 2008; 41: 109-117. 23. Gluckman E, Wagner JE: Hematopoietic stem cell transplantation in childhood inherited bone marrow failure syndrome. Bone Marrow Transplant 2008; 41: 127-132. 24. Rocha V, Devergie A, Socie G et al.: Unussual complications after bone marrow transplantation for dyskeratosis congenita. Br J Haematol 1998; 103: 243-248. 25. Dror Y, Freedman MH: Schwahman-Diamond syndrome. Br J Haematol 2002; 118: 701-713. 26. Faraci M, Cuzzubbo D, Micalizzi C et al.: Allogeneic bone marrow transplantation for Pearson’s syndrome. Bone Marrow Transplant 2007; 39: 563-565. 27. Hobbs JR, Barrett AJ, Chambers D et al.: Reversal of clinical featuresof Hurler’s disease and biochemical improvement after treatment by bone marrow transplanta- tion. The Lancet 1981; 318(8249): 709-712. 28. Terlato NJ, Cox GF: Can mucopolysaccharidosis type 1 disease severity be predicted based on a patient’s genotype? A comprehensive review of the literature. Genet Med 2003; 5: 286-294. 29. Aldenhoven M, Boelens JJ, de Konig TJ:
Adres do korespondencji: *Dariusz Boruczkowski NZOZ – Polski Bank Komórek Macierzystych SA ul. Grzybowska 2/41, 00-131 Warszawa tel.: +48 (22) 436-40- e-mail: [email protected]
nadesłano: 01.06. zaakceptowano do druku: 25.06.
