Choć przed nami jeszcze sporo do odkrycia, znamy już wiele sposobów na wykorzystanie regeneracyjnego potencjału komórek macierzystych. Komórki macierzyste pomagają w sytuacjach, gdy leczenie farmakologiczne nie skutkuje lub jest z jakiegoś powodu niemożliwe. To terapie dobrze znane hematologom, ortopedom, neurologom, dermatologom, czy też kardiologom. Liczymy na to, że znajdą zastosowanie także w wielu innych gałęziach medycyny. Czy mogą stać się lekiem przyszłości? Możliwe. Bezpiecznym, dobranym na miarę, a przy tym łatwo dostępnym, bo przecież... każdy ma go w swoim ciele!
W tajniki terapii komórkowej wprowadzają nas: profesor prof. dr hab. n. med. Ewa Zuba-Surma, biotechnolog medyczny z Zakładu Biologii Komórki, Wydziału Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kierownik Laboratorium Biotechnologii Komórek Macierzystych w Małopolskim Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz dr n. med. Olga Milczarek, neurolog i neurolog dziecięcy, członek Amerykańskiego Towarzystwa Medycyny Neuroregeneracyjnej.
1. Na czym polega „fenomen” komórek macierzystych?
Komórki macierzyste to pierwotne, jeszcze niewyspecjalizowane komórki, które mają dwie bardzo ważne umiejętności: potrafią się samoodnawiać oraz przekształcać w inne, bardziej dojrzałe rozwojowo komórki organizmu. – Można w uproszczeniu powiedzieć, że to takie "komórki-dzieci", które z czasem dojrzewają i specjalizują się w wybranej dziedzinie – wyjaśnia dr Olga Milczarek. – Znajdują się w każdym zakamarku naszego ciała, gotowe w razie potrzeby szybko się podzielić, przekształcić w odpowiedni typ tkankowy i zająć miejsce starych, zniszczonych lub uszkodzonych komórek.
Uczestniczą w tak zwanym "obrocie komórkowym", czyli nieustannej wymianie, która trwa w organizmie. Gdy "stare", wysłużone komórki, które już spełniły swoją rolę, są usuwane, komórki macierzyste dają początek nowym. Są organy, które regenerują się bardzo szybko, jak np. skóra czy nabłonki jelita. Ale też takie, w których wymiana komórek jest bardzo powolna, a regeneracja trudna – tak jest m. in. w przypadku tkanki sercowej i nerwowej.
Najwięcej komórek macierzystych znajduje się w szpiku kostnym, skąd w razie potrzeby kierowane są do tych obszarów naszego ciała, które potrzebują regeneracji lub zostały uszkodzone np. w wyniku urazu czy choroby. Najcenniejsze dla nas dziś są komórki macierzyste określane jako mezenchymalne lub stromalne (MSC), zdolne do przekształcenia się w komórki wielu różnych tkanek (patrz poniżej) oraz komórki macierzyste krwiotwórcze, odpowiedzialne za odnowę szpiku i produkcję krwinek, a wykorzystywane dziś powszechnie w hematologii.
– Niestety, z wiekiem liczba komórek macierzystych w naszym ciele spada – mówi ekspertka. – Zmniejsza się więc nasza zdolność do samoodnawiania i regeneracji. Gdyby tak się nie działo, może bylibyśmy nieśmiertelni... - dodaje. Ale właśnie po to jest medycyna regeneracyjna – by zwiększać potencjał odnowy organizmu. W tym celu pobiera się komórki macierzyste z miejsc, gdzie jest ich najwięcej – szpiku, krwi, tkanki tłuszczowej, a także z krwi pępowinowej i sznura pępowinowego. I po odpowiednim przygotowaniu podaje w miejsca, gdzie są potrzebne.
Rodzaje i właściwości komórek macierzystych
- Totipotencjalne, czyli takie, które "mogą wszystko". Są w stanie przekształcić się w każdą komórkę naszego ciała oraz tkanki łożyska. To m.in. te komórki, które powstają tuż po zapłodnieniu i dają początek naszemu życiu, jak zygota.
- Pluripotencjalne. Tworzą się na kolejnym, embrionalnym etapie rozwoju organizmu i występują m.in. w blastocyście. "Potrafią wiele", tj. również mogą przekształcić się praktycznie we wszystkie typy komórek naszego ciała. Jednak, podobnie jak w przypadku komórek totipotencjalnych, ich stosowanie jest ograniczone i budzi zastrzeżenia ze względów etycznych. Mogłoby też nieść poważne skutki uboczne, m.in. ryzyko wytworzenia nowotworów (tzw. potworniaków).
- Multipotencjalne. Nie są tak wszechstronne, mogą przekształcać się jedynie w komórki wybranych tkanek. Jednak to właśnie głównie one są stosowane do terapii komórkowych. Dobrze przebadane, bezpieczne, nie wywołują skutków ubocznych. Do tej grupy należą m.in. komórki krwiotwórcze, znajdujące się w szpiku kostnym oraz tzw. mobilizowanej krwi obwodowej (często pobiera się je również z krwi pępowinowej). Drugą grupę stanowią tzw. komórki macierzyste mezenchymalne lub stromalne (MSC), potrafiące zmieniać się w komórki tkanki kostnej, chrzęstnej, mięśniowej, tłuszczowej oraz nerwowej. Można je też łatwo namnażać w warunkach in vitro, by następnie podawać potrzebującym pacjentom.
- Unipotencjalne – czyli tzw. komórki progenitorowe, o najniższym potencjale rozwojowym. Są obecne we wszystkich tkankach. Zachowują zdolność podziału, jednak może powstać z nich tylko jeden rodzaj komórek.
2. Jak komórki macierzyste mogą nam pomóc?
Komórki macierzyste wykorzystywane są w odbudowie tkanek i leczeniu chorób. – Najdłużej, bo już od lat 60. XX wieku stosuje się je w hematologii i onkologii, w leczeniu m.in. białaczek i chłoniaków – mówi prof. Ewa Zuba-Surma. – To, co popularnie nazywamy przeszczepami szpiku kostnego, jest de facto przeszczepianiem krwiotwórczych komórek macierzystych. Oprócz szpiku, komórki można pobrać także z krwi pępowinowej.
Do leczenia innych uszkodzeń tkankowych wykorzystywane są przede wszystkim komórki MSC, których skuteczność bada się obecnie w blisko tysiącu badań klinicznych. – Na Uniwersytecie Jagiellońskim prowadzimy teraz, we współpracy z ośrodkiem medycznym, badanie kliniczne z udziałem 200 osób z osteoartrozą stawu kolanowego, którym podajemy komórki MSC namnożone z ich własnej tkanki tłuszczowej – mówi prof. Zuba-Surma. Szukamy odpowiedzi co do ich bezpieczeństwa i skuteczności zastosowania.
W Uniwersyteckim Szpitalu Dziecięcym w Krakowie małym pacjentom z trudno gojącymi się złamaniami podawano komórki macierzyste ze sznura pępowinowego. W tym projekcie badawczym uczestniczyła nasza druga ekspertka. – U wszystkich dzieci kości szybko się zregenerowały – potwierdza dr Milczarek. I dodaje: – Komórki MSC stosujemy z dobrymi efektami również w neurologii, m.in. w przypadku zaburzeń rozwojowych, encefalopatii niedotlenieniowo-niedokrwiennej, padaczki lekoopornej czy innych uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego. Ważne, żeby terapię zastosować możliwie wcześnie, gdy procesy degeneracyjne nie zaszły zbyt daleko. W przeciwnym razie jest mało efektywna i – często z bólem serca – odmawiamy pacjentom. Tak dzieje się na przykład w urazach rdzenia kręgowego, których leczenie jest skuteczne zwykle w pierwszych 6 miesiącach.
Doniesienia z ośrodków klinicznych w Polsce wskazują, że komórki MSC, w tym ze sznura pępowinowego, pomagają m.in. osobom z chorobą zwyrodnieniową stawów, mózgowym porażeniem dziecięcym, stwardnieniem zanikowym bocznym, stwardnieniem rozsianym, zaburzeniami ze spektrum autyzmu, padaczką lekooporną. – Trzeba pamiętać, że taki preparat zawierający komórki MSC nie zawsze jest w stanie całkowicie wyleczyć chorobę – zaznacza prof. Zuba-Surma – Najczęściej może tylko wspomóc standardowe terapie, przyhamować niekorzystne procesy zachodzące w tkankach, zmniejszyć objawy. Dlatego bardzo ważne jest, żeby pacjenci otrzymywali od lekarzy dokładne informacje, rzetelną wiedzę, by rozumieli co dokładnie zawiera preparat leczniczy oraz czego mogą oczekiwać. Każda terapia, czy to komórkami macierzystymi czy standardowymi lekami farmakologicznymi u różnych osób może dawać różne efekty. Każdy organizm reaguje inaczej.
3. Czy wykorzystywanie komórek macierzystych jest bezpieczne?
– Zgodnie z zasadą primum non nocere (czyli po pierwsze, nie szkodzić) lekarze nie mogą stosować terapii ani leków, które mogłyby wyrządzić pacjentom szkodę – mówi prof. Zuba-Surma. – Dobrze znamy mezenchymalne komórki macierzyste (MSC), wiemy, że są bezpieczne, a ich podanie rzadko wywołuje skutki uboczne. Ja, jako biotechnolog, badam je w warunkach in vitro (czyli w probówce) oraz in vivo (w modelach zwierzęcych). Staram się jak najlepiej poznać ich potencjał regeneracyjny, mechanizmy ich działania oraz dostosować je do potencjalnego użycia u pacjentów. Po to prowadzi się także badania kliniczne z udziałem pacjentów – aby sprawdzić czy dany lek, w tym oparty o komórki macierzyste, jest bezpieczny, a przy tym efektywny.
– O ile pacjenci bez problemu akceptują wykorzystanie komórek macierzystych w ortopedii czy hematologii, to informacje o podawaniu ich np. do mózgu lub rdzenia kręgowego budzą wątpliwości i niepokój – dodaje dr Olga Milczarek. – Zawsze tłumaczę im, że w najgorszym przypadku terapia może być nieskuteczna, ale nie zaszkodzi. Leczenie prowadzi się w Polsce po ścisłą kontrolą i zgodnie z rygorystycznymi przepisami prawa farmaceutycznego. Podobne terapie z powodzeniem stosowane są w całej Unii Europejskiej, USA oraz Izraelu. Lekarze zajmujący się medycyną regeneracyjną współpracują ze sobą i wymieniają się doświadczeniami.
4. Dlaczego jednak terapie komórkowe mają status eksperymentu medycznego?
Komórki macierzyste, poza komórkami krwiotwórczymi od lat stosowanymi w hematologii, w większości wciąż wykorzystywane są w ramach tzw. eksperymentów medycznych (MEL). Tak określane są nowe lub częściowo sprawdzone metody leczenia, z których lekarz korzysta wówczas, gdy stosowane wcześniej standardowe sposoby leczenia nie przynoszą u danego pacjenta rezultatów.
– Choć o komórkach macierzystych wiemy już wiele, znamy ich działanie i możliwości, wiele pytań wciąż pozostaje bez odpowiedzi – wyjaśnia dr Olga Milczarek. – Cały czas sprawdzamy, jakie metody leczenia są najlepsze w przypadku różnych schorzeń. Ile komórek trzeba podać, żeby skutecznie działały, jakie zachować odstępy między podaniami. Wiemy, że komórki MSC są bezpieczne, że mogą pomóc. Natomiast nie potrafimy jeszcze określić dokładnych zasad terapii. W odróżnieniu od farmaceutyków, nie znamy dokładnych dawek, które moglibyśmy uznać za skuteczne. Nie mogę powiedzieć pacjentowi, że jeśli będziemy mu podawać na przykład 30 milionów komórek w dwutygodniowych odstępach, to na pewno zostanie wyleczony. Cały czas trwają badana kliniczne, które mają pomóc w ustaleniu, w jakim schemacie podawania terapie komórkowe będą najbezpieczniejsze dla pacjenta, a przy tym najbardziej efektywne. – Ograniczenie badań wynika z tego, że większość z nich ma charakter obserwacyjny – tłumaczy dalej ekspertka. – Z punktu widzenia etyki trudno zrealizować testy z udziałem grupy kontrolnej, czyli takiej której nie podajemy komórek, a obserwujemy wyniki porównując z pacjentami leczonymi komórkami macierzystymi.
Eksperymentalny, nie znaczy jednak nielegalny! Zasady prowadzenia Medycznego Eksperymentu Leczniczego (MEL) są dokładnie określone przepisami polskiego i unijnego prawa. – Wiele ośrodków w Polsce prowadzi terapie komórkowe – mówi dr Olga Milczarek. – Warunkiem jest korzystanie z komórek przygotowanych w specjalnych laboratoriach o klasie czystości A, uprawnionych do wytwarzania produktów leczniczych terapii zaawansowanej ATMP (Advanced Therapy Medicinal Products) oraz zgoda Komisji Bioetycznej.
5. Jak przebiega proces przygotowania takiego produktu leczniczego?
Pobrana od pacjenta tkanka zawierająca komórki macierzyste (czyli np. szpik kostny, tkanka tłuszczowa, miazga zębowa, krew pępowinowa lub sznur pępowinowy) trafia do laboratorium, które musi spełniać ściśle określone normy Głównego Inspektoratu Farmaceutycznego. W tej chwili w Polsce działa takich 9. Po skontrolowaniu jakości materiału wyjściowego izoluje się i namnaża komórki macierzyste w warunkach in vitro, a następnie przygotowuje się na ich bazie lek komórkowy dla konkretnego pacjenta.
Preparat musi spełniać wszystkie standardy dobrej praktyki GMP (z ang. Good Manufacturing Practice), do których zaliczają się m.in.: czystość, dawka, stabilność genetyczna i żywotność komórek, a jego zastosowanie u danego pacjenta musi zostać zatwierdzone przez Komisję Bioetyczną.
– Terapie prowadzone w ramach MEL nie są w Polsce refundowane. Niestety, nie należą do tanich. – Laboratoria są w większości prywatne, ich wyposażenie i cała procedura jest kosztowna – wyjaśnia dr Milczarek. – Dlatego jedna dawka preparatu może kosztować ok. 10-15 tys. zł. Niektórym pacjentom wystarczy jednorazowe podanie, inni potrzebują kilku powtórzeń.
6. Czy zastrzyki z osocza lub własnej tkanki tłuszczowej zaliczają się do terapii komórkowych?
– Nie są to na pewno terapie komórkami macierzystymi, choć zdarza się, że są w ten sposób określane, co wprowadza pacjentów w błąd – wyjaśnia prof. Zuba-Surma. – Jak mówiłyśmy, do terapii komórkowych z zastosowaniem komórek macierzystych można wykorzystywać np. oczyszczone i namnożone komórki MSC przygotowane w certyfikowanym laboratorium. Preparat pozyskany na miejscu w klinice, tzw. metodą "przyłóżkową", czyli pobrany, odwirowany i zaraz potem podany pacjentowi, stanowi mieszaninę różnego rodzaju komórek i nie można mówić wtedy o terapii komórkami macierzystymi. Zarówno we krwi, jak i tkance tłuszczowej znajdują się rzadkie, pojedyncze komórki macierzyste, w tym MSC, ale musimy sobie zdawać sprawę, że nasze tkanki zawierają ich bardzo mało. Dla efektywnego zastosowania potrzebne jest dodatkowe namnożenie takich komórek, co wymaga czasu i udziału w/w specjalistycznych laboratoriów GMP.
– Oczywiście osocze może mieć pewne działanie terapeutyczne – dodaje ekspertka. – Zawiera dużo cząsteczek aktywnych biochemicznie, między innymi cytokiny, czynniki wzrostowe oraz płytki krwi. Może mieć m.in. efekt antyzapalny, cytoprotekcyjny i tym samym wspomagać standardowe metody leczenia, m.in. w ortopedii. Jednak to leczenie dalekie jest od terapii komórkami macierzystymi.
7. Czy przychodzącemu na świat dziecku warto zdeponować krew pępowinową w banku komórek macierzystych?
– Krew pępowinowa jest przede wszystkim źródłem komórek macierzystych krwiotwórczych – tłumaczy prof. Zuba-Surma. – Jest od lat postrzegana jako możliwe alternatywne źródło tych komórek względem szpiku kostnego. Umożliwia odbudowę układu krwiotwórczego (co często towarzyszy leczeniu chorób hematologicznych) bez konieczności szukania zewnętrznego dawcy. Szacuje się jednak, że zawarta w pobranej próbce krwi pępowinowej liczba komórek krwiotwórczych wystarcza na leczenie dziecka mniej więcej do 10 r. życia. Gdy pacjent zachoruje już po przekroczeniu pewnej bariery masy ciała – a liczbę potrzebnych do leczenia komórek przelicza się na kilogramy masy ciała – może ich po prostu nie wystarczyć. Badacze poszukują sposobów, jak można by namnażać komórki macierzyste z krwi pępowinowej w warunkach in vitro, ale w tej chwili jeszcze nie potrafimy robić tego efektywnie. Mam jednak nadzieję, że niebawem uda się opracować takie metody, ponieważ na świecie zgromadzono znaczną ilość krwi pępowinowej, a dobrze zabezpieczone komórki świetnie zachowują żywotność i można je potem odzyskiwać dla celów klinicznych. W naszym zespole w UJ w Krakowie również opracowaliśmy strategię pobudzania i zwiększania potencjału regeneracyjnego komórek krwiotwórczych z krwi pępowinowej, co opublikowaliśmy w prestiżowym czasopiśmie "Leukemia". Trzeba wierzyć w możliwości nauki, która z pewnością znajdzie z czasem sposób na wykorzystanie tego cennego materiału, także u pacjentów dorosłych – dodaje prof. Zuba-Surma.
8. Czy przyjmowanie komórek macierzystych od innego dawcy jest tak samo bezpieczne jak wykorzystywanie własnych?
– Zawsze lepiej przyjmują się przeszczepy autologiczne, czyli własnych komórek – wyjaśnia prof. Zuba-Surma. – Nasz układ immunologiczny je toleruje. Obce komórki macierzyste może odrzucić, co często wymusza stosowanie dodatkowego leczenia immunosupresyjnego. Nie zawsze jednak zastosowanie własnych komórek pacjenta jest możliwe. Zdarza się, że pula komórek macierzystych pacjenta jest znikoma lub nie jest możliwe ich pozyskanie. Problemem może być także potencjał własnych komórek, gdy dawca jest obciążony dodatkowymi schorzeniami – np. cukrzycą typu 2, która, jak wiemy z badań, może niekorzystnie wpływać na namnażanie się komórek macierzystych. Wtedy można sięgnąć po komórki allogeniczne, czyli pochodzące od innego dawcy.
– Najbezpieczniej stosować komórki pobrane ze sznura pępowinowego, a dokładnie z tzw. galarety Whartona – mówi dr Milczarek. – Są najbardziej uniwersalne i mają najmniej antygenów zgodności tkankowej, które mogłyby powodować ich odrzucenie. Praktycznie nie ma różnicy biologicznej między własnymi a "cudzymi". Są też dość łatwo dostępne – co dzień rodzą się dzieci, a pępowina jest traktowana jako odpad medyczny, więc teoretycznie z każdej można takie komórki pobierać. Kobieta może też zdecydować o zamrożeniu ich lub przekazaniu potrzebującej osobie.
Komórki, które pobiera się od dorosłego, np. ze szpiku kostnego, nie dość, że muszą być precyzyjnie dobrane od dawcy dla biorcy, są też słabsze niż "młodziutkie", komórki pozyskane z pępowiny.
9. Czy komórki macierzyste mogą być pomocne w leczeniu COVID-19?
– Oprócz zdolności do samoodnowy oraz zastępowania uszkodzonych komórek, komórki MSC znane są z tego, że wydzielają szereg bioaktywnych cząsteczek – tłumaczy prof. Zuba-Surma. Mogą dzięki temu m.in. poprawiać ukrwienie tkanek, działać ochronnie i co najważniejsze, mają właściwości przeciwzapalne. Dzięki temu komórki MSC mogą być pomocne w leczeniu wielu chorób, którym towarzyszy stan zapalny. Może to być także covid-19, podczas którego często występuje "rozbuchany" stan zapalny w płucach, związany z tzw. "burzą cytokinową". Działanie komórek MSC, gdyby zostały zastosowane u pacjentów z Covid-19, nie będzie więc polegało ani na niszczeniu wirusa, ani na odbudowie tkanki płuc, lecz właśnie na wyciszaniu tego ostrego stanu zapalnego.
10.Jakie nadzieje z terapiami komórkowymi wiążą naukowcy i lekarze?
Na dzień dzisiejszy, spośród czterech znanych nam grup komórek macierzystych, głównie komórki multipotencjalne są na tyle wielofunkcyjne, a przy tym bezpieczne, że można wykorzystywać je w medycynie. Naukowcy mają jednak apetyt na więcej.
– W 2012 r. japoński badacz, prof. Shinya Yamanaka otrzymał nagrodę Nobla za opracowanie metody, która umożliwia 'cofnięcie' każdej komórki naszego ciała, również dojrzałej, do etapu embrionalnego i przywrócenie jej potencjału komórki macierzystej pluripotencjalnej – opowiada prof. Zuba-Surma. – Powstają w ten sposób tzw. indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste, które są na tyle wszechstronne, by, potencjalnie, regenerować każdy narząd i organ. Niestety, na razie wprowadzenie tej technologii do użycia w praktyce klinicznej jest bardzo ograniczone.
Dlaczego? Stosowanie komórek pluripotencjalnych może wywoływać poważne efekty uboczne w postaci tworzenia nowotworów, tak zwanych potworniaków. Trwają obecnie prace żeby "ujarzmić" te komórki i tak zmienić ich naturę biologiczną, by były bezpieczne. My również uczestniczymy w tych badaniach. Pracujemy także nad nową generacją produktów leczniczych opartych o pochodne komórek macierzystych. Wierzymy, że w przyszłości mogą stać się nowym, bezpiecznym lekiem biologicznym - dodaje prof. Zuba-Surma.
