Rustam Gilfanov: Stamceller, hvad videnskaben ved og forventer
Rustam Gilfanov: Stamceller, hvad videnskaben ved og forventer
Anonim

Det er klart, at stamceller ikke er en kur-alle: men hvad kan videnskaben gøre for at bringe dem tættere på dette ideal?

For præcis 40 år siden offentliggjorde den kommende nobelprisvinder Martin Evans sit studie om museembryoners stamceller og deres medicinske potentiale [1]. Hans forskning revolutionerede biomedicinen, da den forestillede sig fremtiden, hvor ethvert beskadiget væv kunne erstattes af et nyt, dyrket in vitro fra patientens celler.

Hvad har ændret sig siden 1981? Nærmer vi os de tider, hvor regenerering og kunstige organer bliver en realitet? Eller ændrede forskningstendenserne sig, hvor regenerering gik ud af mode? Her vil jeg forsøge at skitsere flere store tendenser.

Endnu en gang, hvad gør stamceller så vigtige?

Der er to typer stamceller: embryonale celler og vævsceller.

De embryonale kan forvandle sig til enhver anden celletype. Et foster består af netop disse celler i dag 3-5 af graviditeten. Og hvis de holdes i et særligt miljø, kan de dele sig næsten uendeligt, mens de forbliver uændrede.

Et lille antal vævsstamceller kan findes i voksne menneskers organer. De hjælper med at genoprette beskadiget væv og kan kun omdannes til én bestemt celletype. Til sidst har forskere lært at lave embryonale cellers analoger ud af dem, der kan bruges til at dyrke forskellige vævstyper. Siden Martin Evans dage er de blevet kaldt pluripotente stamceller.

Opdagelsen af ​​disse to celletyper førte til den hurtige udvikling af regenerativ medicin. De patologier, det potentielt kan klare, omfatter slagtilfælde, hjerte-kar-sygdomme, diabetes, Parkinsons og Alzheimers, ALS, slidgigt, alvorlige forbrændinger og endda forskellige onkologiske sygdomme. Vi må dog indrømme, at fra 2021 har regenerativ medicin ikke været i stand til at opnå sådanne enestående resultater.

Hvor var stamceller virkelig nyttige?

I 1998 blev teknologien opdaget, der gjorde det muligt at "separere" embryonale stamceller fra organismen og dyrke dem in vitro, dvs. bogstaveligt talt omdanne dem til væv af enhver type [2]. Således flyttede regenerativ medicin sig fra teori til praksis, da det blev muligt at arbejde med stamceller under laboratorieforhold.

Stamceller bidrager allerede til videnskaben - ikke direkte som en terapimetode, men implicit som en måde at studere forskellige vigtige aspekter på. For eksempel ved at se dem udvikle sig til knogle-, nerve- eller andre celler, får læger og videnskabsmænd en bedre forståelse af, hvordan arvelige sygdomme udvikler sig.

Desuden anvender farmakologer stamceller til at teste ny medicin. For at forsøg på mennesker kan starte, skal et lægemiddel bevises at være sikkert. For at gøre dette bruges væv, der stammer fra stamceller: Det er fx nu muligt at dyrke nerveceller til at teste en ny medicin mod neurologiske sygdomme. Sådanne tests kan afsløre positive eller negative virkninger på forhånd og i teorien fremskynde randomiserede kontrollerede forsøg ved at hjælpe med at undgå langvarige og byrdefulde juridiske procedurer. Denne metode er dog stadig dyrere end traditionel, omend langsom, tilmelding af kandidater.

Hvorfor er stamceller stadig ikke noget?

På trods af fremragende forskningsresultater anvender læger aktivt kun én metode til stamcelleterapi - knoglemarvstransplantationer til behandling af blodkræft.

Mange begrænsninger hindrer regenerativ medicin gennembrud. En af dem er uforudsigelighed: Forskerne skal være sikre på, at stamceller vil forvandle sig til det væv, de planlægger at få. Lægerne skal også lære at regulere udviklingen og formering af stamceller for at forhindre en ukontrolleret deling af celler, der forårsager ondartede tumorer.

Desuden kan immunsystemet angribe embryonale stamceller og forveksle dem med angribere, mens moderne medicin mangler værktøjer til at justere dette immunrespons. Vi kan se konsekvenserne af dette i realtid under COVID-19-pandemien, hvor tusindvis af mennesker dør på grund af den aggressive og uhæmmede immunrespons, ikke på grund af den direkte påvirkning af SARS-CoV-2.

Det skal også tages i betragtning, at de nuværende teknologier viser en masse bivirkninger. Patienter med multipel sklerose, som modtog stamcellebehandling, led af lavt antal blodplader og hvide blodlegemer, infektioner og toksiske leverskader [3].

Et andet problem er dyreheden af ​​denne metode. En session af MS-behandlingen nævnt ovenfor kostede 40.000 pund.

Endelig er der en anden begrænsning, som stadig ikke kan overvindes, og som er relateret til teknologiske og etiske spørgsmål. Den revolutionære rapport fra 1998, som jeg nævnte tidligere, fastslog embryoet, at "lånte" stamceller til forskerne blev ødelagt. Fra et humanistisk perspektiv går vi på den tynde grænse mellem "at dræbe et potentielt levende væsen for et allerede eksisterende" og "simpelthen at manipulere med celler".

I 2006 tilbød den japanske forsker Shinya Yamanaka en løsning på dette dilemma: han udviklede de såkaldte inducerede pluripotente stamceller (iPSC), som de facto leverer en analog til embryonale celler, der er baseret på somatiske celler fra voksne personer. I dette tilfælde er der ingen grund til at ødelægge et embryo; for denne præstation er professor Yamanaka med rette blevet tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medicin. Ikke desto mindre, mens man løste et problem, forårsagede denne metode faktisk et nyt.

Forskere har fundet ud af, at iPSC'er har et stort potentiale for at forårsage tumorer - og risikoen for malignitet er for alvorlig til at begynde at bruge disse celler til terapeutiske formål.

Den eneste moralsk acceptable metode til at bruge embryonale stamceller, der er tilgængelig for os i øjeblikket, er at bruge museembryoners celler - denne teknologi er blevet testet og er relativt veludviklet, selvom den stadig er ret dyr [4].

Hvad er resultaterne af stamcellebehandling?

Vi må indrømme, at nu, 40 år siden Martin Evans' opdagelse og 23 år siden de første vellykkede in vitro-stamcellemanipulationer, tager reproduktiv medicin stadig sine små skridt. Der er mange forskningsprogrammer, men kun få teknologier kom til "masseproduktion". Alligevel virker selv disse mellemresultater forbløffende.

For eksempel forsøgte et team af forskere fra Grækenland og Storbritannien i 2016 at regenerere muskelvæv fra infarktpatienter ved at transplantere myokardiumceller, der var blevet dyrket i laboratoriet [5]. Som et resultat blev kardial kaldhed reduceret med 40 %. Inden da var sådanne skader blevet betragtet som uhelbredelige. Imidlertid deltog kun 11 personer i forskningen, og dette tal er for lille til at drage nogen sikre konklusioner.

Forskere forbedrer gradvist de teknologier, de implementerer. Her er et eksempel. Immunsystemet kan angribe stamcelletransplantationen og forveksle det med et fremmedlegeme. Det er grunden til, at læger arbejder på at dyrke celler, der ikke fremkalder et immunrespons. I 2020 fandt forskere fra Karolinska Institutet og St. Eric Eye Hospital (Sverige) en måde at forbedre produktionen af ​​nethindeceller fra embryonale stamceller til behandling af blindhed blandt ældre patienter [6]. Det lykkedes dem at ændre cellerne, så de kan gemme sig for immunsystemet i stedet for at blive ødelagt af det.

En anden lovende teknologi involverer stamceller, der allerede findes i kroppen. Under et eksperiment udført af forskere fra University of Illinois blev nanopartikler med molekyler, der stimulerer stamcelleaktivitet, introduceret til beskadigede muskler hos rotter [7]. Som et resultat heraf kom musklerne hurtigere, og dyrene var i stand til at gå længere afstande sammenlignet med traditionel behandling.

Selvstændige sager har også været en stor succes. I 2019 transplanterede japanske læger for første gang i historien hepatocytter dyrket fra menneskelige embryonale stamceller til en seks dage gammel baby: barnets lever havde ikke det enzym, der omdanner nitrogenholdige nedbrydningsprodukter til urinstof. Således blev en sjælden medfødt sygdom blokeret [8]. Forskere mener, at stamcelle-hepatocyttransplantation, med dens effektivitet og sikkerhed testet af denne sag, kan anvendes i fremtiden ikke kun til behandling af medfødte urinstofcyklusforstyrrelser, men også til at hjælpe patienter, der skal vente på en leverdonor.

Et år før, i 2018, dyrkede forskerne de facto et menneskeligt hjerte fra iPSC'er. De dyrkede et kontraherende myokardievæv med dets karakteristika (genekspression, struktur osv.) identisk med det fungerende hjertevæv hos en voksen person [9]. Selvom det er umuligt at transplantere dette "kunstige hjerte" til en patient, viste eksperimentet sig at være nyttigt til at teste nye lægemidler.

I 2020 modtog 13 patienter med rygmarvsskader en eksperimentel behandling, der involverede stamceller. På grund af skaderne led de af sådanne neurologiske symptomer som tab af motorisk funktion og kropsfølsomhed, dysfunktion af tarm og blære osv. Alle patienter fik intravenøst ​​flere doser mesenkymale stamceller (multipotente celler, der er i stand til at transformere til forskellige celletyper inklusive neuroner) dyrket fra deres egen marv. 12 ud af 13 deltagere viste signifikant forbedring i de følgende seks måneder - og disse resultater er yderst opmuntrende [10].

Eksperimenter på rotter udført af svenske forskere førte til et endnu mere imponerende resultat: Forskerne opnåede gendannelse efter slagtilfælde af dyrenes neuroner ved at bruge iPSC'er. For at gøre dette omprogrammerede de menneskelige hudceller, og de syntetiserede neuroner tilpassede sig hurtigt det neurale system. Seks måneder efter transplantationen er alle tegn på hjerneskade forårsaget af slagtilfældet forsvundet, og rotterne genvandt deres motoriske funktioner og følsomhed over for berøring [11]. Indvirkningen på testpersoners "personlighed" kan dog ikke estimeres - dette kan blive en stor begrænsning for at udføre sådanne potentielle "transplantationer" på mennesker.

Sammenfattende kan der næsten hver uge findes en ny artikel med succesfuld stamcelleforskning i videnskabelige tidsskrifter. Alligevel bringer alle disse eksperimenter os ikke tættere på en sejr over nogen alvorlig sygdom eller beviser i det mindste, at regenerativ medicin er ved at nå et nyt niveau. Hvad er der så i vejen?

Hvilke udfordringer står regenerativ medicin over for?

1. Stamcellemarkedet nåede op på 14,7 milliarder dollars i 2020 og anslås at vokse op til 26,4 milliarder i 2026. Det forventes med andre ord at blive fordoblet i de næste fem år. Dette er en meget gunstig prognose, og investorer samler aktier i stamcelleforskningsselskaber, øger deres værdi og udvider markedet.

Forstår du hvad jeg mener? Troen på stamceller og deres evne til at løse næsten ethvert medicinsk problem har forvandlet dette marked til en boble, der kan briste ethvert øjeblik, og lægge disse ublu investeringer til spilde. Hvad værre er, denne krise vil suspendere den igangværende medicinske forskning, muligvis forhindre Den, der kunne give os en virkelig effektiv og skalerbar teknologi til behandling af kræft eller hjerte-kar-sygdomme.

Markedsaktører, investorer og stamcelleforskere bør selv sænke deres forventninger, så boblen holder op med at vokse alene med store forhåbninger. Værdien af ​​aktier og investeringer skal vokse i overensstemmelse med faktiske opdagelser og succeser - dette vil være mere gavnligt for videnskaben end nogen boom forårsaget af ugrundet opmærksomhed. Dette er, hvad der skete med den revolutionerende CRISPR-Cas-teknologi: fra big business-perspektivet kom den ud af ingenting; men nu er det virkelig ved at ændre verden.

2. Stamcelleindustrien (både investorer og forskere) skal fokusere på COVID-19-pandemien. Nogle undersøgelser forsøger allerede at bekæmpe COVID-19 med iPSC-teknologier; men selvom de fejler (vi har ikke effektiv medicin mod forskellige vira, og det er usandsynligt, at vi får dem, der behandler SARS-CoV-2), er det nødvendigt at gribe øjeblikket.

Dette lyder måske for kalkuleret eller kynisk, men regeringers, virksomheders og offentlighedens opmærksomhed på sundhedsindustrien vil ikke altid være så høj, som den har været under pandemien. Nu er det det rigtige tidspunkt at tiltrække penge, teknologier og menneskelige ressourcer - i midten af ​​2020'erne, hvis COVID-19 er taget under kontrol, kan de med succes "overføres" til andre områder af medicin.

3. Det er vigtigt at drage fordel af informationsteknologier. Eksperimenter på mus er ude af stand til hurtigt at vurdere forskellige mekanismer for stamcellefunktion, især i betragtning af de stive etiske restriktioner på menneskelig testning. De succeser og resultater, som jeg nævnte i denne artikel, såvel som tusindvis af andre, er kun en dråbe i havet sammenlignet med, hvad der kræves for at hjælpe regenerativ medicin med at udvikle sig til en fuldt fungerende disciplin.

Nuværende computermodeller tilbyder unikke muligheder for silicoforskning - teknisk set har vi allerede pålidelige "virtuelle patienter" til at teste selv så komplekse metoder som celle-"omprogrammering". "Virtuelle kliniske forsøg" fjerner etiske begrænsninger og muliggør hurtig indsamling af data, der er tilgængelige for forskere fra hele verden, som udfører lignende undersøgelser. Der er ingen grund til at slippe af med klassiske forskningsmetoder, men alligevel kan udbredte silico-teknologier accelerere stamcelleforskning flere gange.

4. Allerede før fåret Dolly blev født, havde folk diskuteret de moralske aspekter af kloning af levende væsner, især mennesker. I dag er der lovlige restriktioner på sådanne procedurer i mange lande, mens reguleringen af ​​stamceller stadig er i sit embryonale stadium - uden nogen omprogrammering i sigte.

Specialister fra forskellige industrier - sundhedspleje, jura, IT, medicin og grundlæggende videnskab, herunder humaniora (f.eks. forskere i moral, etik og filosofiske forestillinger om den digitale tidsalder) - er nødt til at slutte sig til deres indsats og opstille de passende regler for dette spil. Hvilke stamceller kan bruges og i hvilke situationer? Hvilke typer "omprogrammering" er acceptable, og hvilke er ikke? Hvad er de moralske grænser for kliniske forsøg og terapi, der involverer stamceller? Masser af spørgsmål skal stadig besvares - og klargøre disse svar i koder og retningslinjer.

For virkelig at gøre stamceller og regenerativ medicin til den næste store ting, i stedet for blot at blive endnu en modetrend eller en markedsboble, er vi nødt til at finde ud af dette. Og vi skal gøre det sammen.

Ansvarsfraskrivelse: Synspunkter og meninger udtrykt af bidragyderen er forfatternes og afspejler ikke nødvendigvis den officielle politik eller holdning for IBTimes.com

Om forfatteren

Rustam Gilfanov er IT-iværksætter og venturepartner i LongeVC-fonden.

Referencer:

1. Evans MJ, Kaufman MH. Etablering i kultur af pluripotentielle celler fra museembryoner. Natur. 1981 9. juli;292(5819):154-6. doi: 10.1038/292154a0. PMID: 7242681.

2. Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM. Embryonale stamcellelinjer afledt af humane blastocyster. Videnskab. 6. november 1998; 282(5391):1145-7. doi: 10.1126/science.282.5391.1145. Erratum i: Science 1998 4. december;282(5395):1827. PMID: 9804556.

3. Atkins HL, Bowman M, Allan D, Anstee G, Arnold DL, Bar-Or A, Bence-Bruckler I, Birch P, Bredeson C, Chen J, Fergusson D, Halpenny M, Hamelin L, Huebsch L, Hutton B, Laneuville P, Lapierre Y, Lee H, Martin L, McDiarmid S, O'Connor P, Ramsay T, Sabloff M, Walker L, Freedman MS. Immunoablation og autolog hæmopoietisk stamcelletransplantation for aggressiv dissemineret sklerose: et multicenter enkelt-gruppe fase 2 forsøg. Lancet. 6. august 2016;388(10044):576-85. doi: 10.1016/S0140-6736(16)30169-6. Epub 2016 9. juni. PMID: 27291994.

4. Mascetti VL, Pedersen RA. Menneske-mus-kimerisme validerer menneskelig stamcellepluripotens. Celle stamcelle. 2016 Jan 7;18(1):67-72. doi: 10.1016/j.stem.2015.11.017. Epub 2015 17. december PMID: 26712580; PMCID: PMC4712187.

5. Anastasiadis K, Antonitsis P, Westaby S, Reginald A, Sultan S, Doumas A, Efthimiadis G, Evans MJ. Implantation af en ny allogen mesenkymal precursorcelletype hos patienter med iskæmisk kardiomyopati, der gennemgår koronararterie-bypass-transplantation: et åbent fase IIa-forsøg. J Cardiovasc Transl Res. 2016 Jun;9(3):202-213. doi: 10.1007/s12265-016-9686-0. Epub 2016 Apr 1. Erratum in: J Cardiovasc Transl Res. 2021 Jun;14(3):587-588. PMID: 27037806.

6. Plaza Reyes A, Petrus-Reurer S, Padrell Sánchez S, Kumar P, Douagi I, Bartuma H, Aronsson M, Westman S, Lardner E, André H, Falk A, Nandrot EF, Kvanta A, Lanner F. Identifikation af celleoverflademarkører og etablering af monolagsdifferentiering til retinale pigmentepitelceller. Nat Commun. 30. marts 2020;11(1):1609. doi: 10.1038/s41467-020-15326-5. Erratum i: Nat Commun. 6. maj 2020;11(1):2346. Erratum i: Nat Commun. 9. juli 2020;11(1):3504. PMID: 32231223; PMCID: PMC7105463.

7. Leong J, Hong YT, Wu YF, Ko E, Dvoretskiy S, Teo JY, Kim BS, Kim K, Jeon H, Boppart M, Yang YY, Kong H. Surface Tethering of Inflammation-Modulatory Nanostimulators to Stem Cells for Iskæmiske Muskel reparation. ACS Nano. 26. maj 2020;14(5):5298-5313. doi: 10.1021/acsnano.9b04926. Epub 2020 13. april. PMID: 32243129; PMCID: PMC8274413.

8.

9. Ronaldson-Bouchard K, Ma SP, Yeager K, Chen T, Song L, Sirabella D, Morikawa K, Teles D, Yazawa M, Vunjak-Novakovic G. Avanceret modning af humant hjertevæv dyrket fra pluripotente stamceller. Natur. 2018 Apr;556(7700):239-243. doi: 10.1038/s41586-018-0016-3. Epub 2018 Apr 4. Erratum in: Nature. 2019 Aug;572(7769):E16-E17. PMID: 29618819; PMCID: PMC5895513.

10. Honmou O, Yamashita T, Morita T, Oshigiri T, Hirota R, Iyama S, Kato J, Sasaki Y, Ishiai S, Ito YM, Namioka A, Namioka T, Nakazaki M, Kataoka-Sasaki Y, Onodera R, Oka S, Sasaki M, Waxman SG, Kocsis JD. Intravenøs infusion af autoserum-ekspanderede autologe mesenkymale stamceller hos patienter med rygmarvsskade: 13 case-serier. Clin Neurol Neurokirurgi. 2021 Apr;203:106565. doi: 10.1016/j.clineuro.2021.106565. Epub 2021 18. februar. PMID: 33667953.

11. S. Palma-Tortosa, D. Tornero, M. Grønning Hansen, E. Monni, M. Hajy, S. Kartsivadze, S. Aktay, O. Tsupykov, M. Parmar, K. Deisseroth, et al. Aktivitet i transplanterede humane iPS-celle-afledte kortikale neuroner integreret i slagtilfælde-skadet rottehjerne regulerer motorisk adfærd. Proc Natl Acad Sci U S A, 117 (2020), s. 9094-9100

Populær af emne.