Zdravljenje z gensko spremenjenimi matičnimi celicami

Prispevek na 2. natečaju Znanost na delu

Mojca Jež in Katerina Jazbec, Zavod Republike Slovenije za transfuzijsko medicino

Zdravila za napredna zdravljenja predstavljajo pomembno usmeritev terapevtskih storitev v prihodnosti. Evropska agencija za zdravila jih definira kot zdravila za humano rabo, ki temeljijo na genski terapiji, tkivnem inženirstvu ali celični terapiji. Pri genski terapiji želimo popraviti enega ali več okvarjenih genov, ki so vzrok za bolezen. Pri genskih boleznih krvotvornega in imunskega sistema lahko to storimo tako, da bolniku odvzamemo krvotvorne matične celice*, jih v laboratoriju z gensko terapijo spremenimo, odpravimo zapis za nastanek bolezni, ter jih nato bolniku vrnemo nazaj. Če je teh spremenjenih celic po vrnitvi v kostni mozeg dovolj (dosežemo t.i. himerizem, kar pomeni obstoj celic, ki izhajajo iz dveh ali več organizmov v enem), ima bolnik dovolj zdravih krvotvornih matičnih celic, iz katerih se tvorijo zdrave krvne in imunske celice. Eden izmed ključnih dejavnikov takega zdravljenja je torej doseganje zadostnega himerizma pri bolniku. Kakšen delež presajenih zdravih celic zadostuje za ozdravljenje je odvisno od same genske bolezni. Pri srpastocelični anemiji, na primer, naj bi zadostovala prisotnost 10-30 % zdravih celic v kostnem mozgu. V okviru naše raziskave smo ugotavljali, koliko zdravih krvotvornih matičnih celic moramo presaditi, da dosežemo himerizem, ki bi lahko odpravil bolezen.
V ta namen smo razvili živalski model presaditve celic kostnega mozga, kjer smo mišim presadili celice brez predhodne radio- ali kemoterapije. Običajno pri različnih drugih raziskavah, ki temeljijo na presaditvah krvotvornih matičnih celic, miši prejemnice najprej obsevajo in jim s tem uničijo njihov lasten kostni mozeg. V tem primeru lahko nato presaditev razmeroma majhnega števila matičnih celic kostni mozeg popolnoma obnovi. Celice se naselijo v izpraznjenem okolju kostnega mozga in tvorijo zrele krvne in imunske celice. Na ta način lahko dosežemo tudi do 100 % himerizem.

Dolgotrajna kultura celic kostnega mozga gojena v laboratoriju. Predstavlja okolje v katerem se v kostnem mozgu nahajajo matične celice. Na levem delu slike so vidne tudi celice maščobnega tkiva z maščobnimi kapljicami.

Bolnikov, ki so v postopku zdravljenja z gensko terapijo, pred presaditvijo ne želimo obsevati, ker ima obsevanje veliko nezaželenih stranskih učinkov. Doseči himerizem brez predhodnega praznjenja okolja kostnega mozga je veliko težje, saj so
okolja v kostnem mozgu s celicami že zapolnjena. Ker so imele naše miši prejemnice nedotaknjen kostni mozeg, smo ugotovili, da jim moramo presaditi zelo veliko število celic kostnega mozga (med katerimi se nahajajo tudi matične celice), da dosežemo terapevtsko pomemben himerizem. Ugotovili smo, da himerizem narašča linearno v odvisnosti od števila presajenih celic, in sicer, da se za vsak milijon presajenih celic poveča za 0,16 %. Mišim smo presadili 125 milijonov celic kostnega mozga darovalcev (kar predstavlja približno četrtino celotnega kostnega mozga ene miši) in dosegli povprečno 20 % himerizem. Rezultate pridobljene na miših smo nato teoretično prenesli na človeka. Pri tem se zavedamo, da ima izračun precej omejitev, a je hkrati poleg matematičnega modeliranja edini način, da ocenimo, koliko krvotvornih matičnih celic potrebujemo za doseganje terapevtsko pomembnega himerizma pri ljudeh. Podatkov o presaditvah kostnega mozga pri ljudeh, ki niso prejeli radio- ali kemoterapije namreč nimamo, prav tako pa klinične študije na tem področju zaradi etičnih pomislekov niso izvedljive.
Po naših izračunih za doseganje 20 % himerizma potrebujemo 44 milijonov matičnih celic – te so pri človeku poznane kot celice z oznako CD34+. Zaradi razlik med mišim in človekom smo vzeli v ozir, da je ta doza lahko tudi desetkrat višja. V obeh primerih standardni postopek zbiranja krvotvornih matičnih celic iz mobilizirane periferne krvi, ki se rutinsko uporablja pri presaditvah kostnega mozga, zadostuje za pridobitev dovolj velikega števila celic, ki bi lahko po postopkih genske terapije omogočal zdravljenje prirojenih bolezni.

*Danes je znano, da populacija matičnih celic vsebuje tudi razne bolj zrele predniške celice, ki imajo manjši potencial za razvoj v različne celične vrste kot prave matične celice.

Referenca:

Jazbec K, Jež M, Smrekar B, Miceska S, Rožman JŽ, Švajger U, Završnik J, Malovrh T, Rožman P. Chimerism and gene therapy – Lessons learned from non-conditioned murine bone marrow transplantation models. Eur J Haematol. 2018 Apr;100(4):372-382. doi: 10.1111/ejh.13024.

Doktorica biotehnologije, ki je sprva verjela, da bo arhitektka. Na akademsko pot jo je zapeljalo mesto mlade raziskovalke na Zavodu RS za transfuzijsko medicino, oči pa so se ji dokončno odprle ob delu z matičnimi celicam v ZDA. Poleg sodelovanja pri razvoju celične terapije za zdravljenje srčnega popuščanja se ukvarja še z »anti aging« projektom, ki je tisti, zaradi katerega ne more spati in jo žene naprej. Znanost je peskovnik za odrasle, v katerem s svojim znanjem, kreativnostjo, idejami, razigranostjo in zagnanostjo ustvarjamo in spreminjamo naše razumevanje sveta ter gradimo prihodnost.