Care este viitorul terapiei cu celule stem pentru neurologie?

Eficacitatea tratamentelor pentru bolile neurologice s-a dovedit a fi neconcludenta. Siddharthan Chandran examineaza potentialul celulelor stem pentru a gasi raspunsuri

Utilizarea celulelor stem in medicina regenerativa a captat imaginatia publicului si a alimentat, progresiv, sperantele legate de beneficiile lor clinice. Este tot mai imperios necesar ca medicii practicieni sa pondereze asteptarile pacientilor cu privire la potentialul real si, respectiv, cel estimat al celulelor stem. Articolul de fata examineaza unele probleme cheie ce trebuie rezolvate inainte ca perspectivele promitatoare ale celulelor stem din neurologia regenerativa sa se transforme in realitate.

Medicina regenerativa nu este o disciplina noua. Ea poate fi prezentata ca un summum al tratamentelor ce cauta sa restabileasca structura si functia dupa lezare si, prin definitie, include transplantul de organe solide. Celulele stem sunt utilizate de rutina in hematologie (celule stem sanguine pentru cancer), in chirurgia plastica (culturi de keratinocite autologe pentru lipsa de tegument sau arsuri) si in ortopedie (transplant de condrocite autologe pentru defecte de cartilaj articular1), dar inca nu se stie ce potential au ele in multe alte afectiuni. Lipsa tratamentelor de refacere pentru pacientii cu maladii neurologice progresive, precum boala Parkinson, scleroza multipla si sindromul de neuron motor, evidentiaza vastele nevoi clinice neimplinite. Menirea celulelor stem este de a furniza noi tratamente pentru astfel de afectiuni, prin imbunatatirea intelegerii patogeniei bolilor, accelerarea descoperirii unor noi medicamente si, in unele situatii, prin terapie directa celulara. Pana cand tratamentele cu celule stem vor deveni o realitate obiectiva curenta, se impune, mai intai, rezolvarea mai multor probleme dificile.

  

  

Ce sunt celulele stem?

Celulele stem sunt entitati care au capacitatea de a se auto-reinnoi si de a  produce linii celulare specializate functional. Valorificand cele doua proprietati se poate genera aproape un numar nelimitat de celule pentru studii experimentale si pentru tratament (fig. 1). Ele sunt clasificate, adesea, dupa stadiul de dezvoltare la origine si dupa rangul fenotipic potential. Celulele stem embrionare umane sunt derivate din masa celulara interioara a blastocistului, la aproximativ patru sau cinci zile de la conceptie, si sunt pluripotente - adica pot genera orice tip de celula din corp. Cele fetale sau de la adult tind sa fie limitate la generarea unor celule similare tesutului de origine - de exemplu, celulele stem cerebrale sau cele neurale pot genera neuroni si celule gliale. Celulele stem neurale de la adult se gasesc in zona subgranulara a hipocampului si in regiunea subventriculara a ventriculilor laterali. Gratie celor mai recente realizari in domeniu (de pilda, tehnicile de imagistica neinvazive), va fi mai bine inteles rolul lor fiziologic si vor fi elaborate strategii terapeutice care mobilizeaza celulele stem neurale endogene in contextul bolii.2

Noile tehnici de inducere a pluripotentei la celulele adulte diferentiate reprezinta o realizare importanta. Pluripotenta este indusa prin expresia excesiva a catorva gene cheie, iar potentialul celular rezultat ofera avantaj biologic celulelor stem embrionare, fara a ridica probleme etice.3 O atare tehnologie a fost utilizata pentru a obtine neuroni motori de la pacientii cu sindromul de neuron motor, aratand ca este fezabila generarea, pentru studiu, de material specific pacientului.4

  

Provocarea refacerii creierului

Intrebarea pentru neurologia clinica este daca eliberarea potentialului biotehnologic al celulelor stem umane va duce la realizarea unor tratamente capabile sa previna si sa refaca leziunile din bolile neurologice. Iar daca da, „cum?" si „cand?" Refacerea creierului lezat implica provocari unice - datorita dimensiunii sale, toate abordarile din transplantul de organe solide sunt, indiferent de boala subiacenta, neadecvate. In plus, refacerea structurii macroscopice este insuficienta, deoarece recuperarea functiei neurologice pierdute impune reconectarea circuitului neuronal. In conditiile acestea de baza, celulele stem umane ofera o oportunitate fara precedent pentru studiul si tratamentul bolii neurologice.5

Celulele stem constituie singura metoda realista de a genera suficient material uman, netransformat sau nemodificat genetic, pentru studiile de laborator, in cercetarea medicamentoasa si la elaborarea unor protocoale pentru diverse maladii (fig. 2). Prezentam in continuare conceptele terapiei mediate prin celule stem, alaturi de riscurile si de barierele existente in calea realizarii ei.

  

Terapia cu celule stem

Terapia cu celule stem poate actiona prin doua mecanisme - refacerea suplimentara (exogena) si accentuarea refacerii endogene. Desi refacerea exogena prin inlocuirea celulara este simpla la nivel de concept, e posibil ca favorizarea refacerii endogene si protejarea tisulara sa se dovedeasca a fi, pana la urma, mai utile din punct de vedere clinic. Acest lucru poate fi realizat prin transplantarea de celule stem ce secreta factori de crestere sau factori de suport ori care elibereaza medicamente ce exploateaza atractia anumitor populatii de celule stem fata de structurile bolnave.6 Strategiile terapeutice viitoare vor imbina, probabil, abordarile exogene si cele endogene.

  

Bariere in calea aplicarii in practica

Indiferent de modul de actiune terapeutic, trebuie sa fie depasite mai multe bariere pana la aplicarea pe scara larga a beneficiilor celulelor stem umane in neurologia clinica. Este vorba de asigurarea distributiei adecvate, a supravietuirii si a activitatii, fara a produce rejectare tumorala sau imunitara. Punctul de plecare pentru multe terapii celulare acceptate il constituie generarea unui numar mare de neuroni imbogatiti functional, cu identitate corecta regionala. Desi s-au facut progrese considerabile in clasificarea, controlul si directionarea diferentierii, studiile preclinice nu au demonstrat activitate sustinuta si sigura in vivo.7 In plus, recunoasterea faptului ca activitatea in vitro nu inseamna neaparat activitate semnificativa in vivo, mai ales in contextul bolii la adult, impune prudenta in introducerea prematura in practica clinica. Chiar daca neuronii pot fi directionati chirurgical sau chimic spre zona lezata, exista si alte dificultati considerabile, reprezentate de conectare si de refacerea circuitelor adecvate locale. Conexiunile neadecvate pot fi riscante.

Celulele stem, prin natura lor, reprezinta un risc de formare tumorala. Abordarile pentru diminuarea riscului includ manipularile ex vivo, cum sunt, de pilda, selectarea in vederea favorizarii diferentierii sau inserarii unor gene „suicidare". Controlul rejectiei imunitare este, poate, mai usor de rezolvat, datorita privilegierii comparative a sistemului nervos central, a protocoalelor stabilite imunosupresoare si a noilor metode bazate pe celulele stem de a depasi sau de a diminua compatibilitatea imunologica. Acestea includ crearea unor banci de tesuturi care sa furnizeze o acoperire larga a populatiei si utilizarea liniilor industriale.8 In plus, celulele stem pluripotente induse sau tehnologia de reprogramare pot furniza celule neurale autologe, desi considerentele logistice si de cost pot limita o atare abordare.

Sunt planificate sau se afla in stadiul de trial clinic mai multe abordari ale terapiei cu celule stem in neurologie. O problematica de importanta esentiala o reprezinta selectarea pacientilor si elaborarea unor protocoale adecvate de studiu pentru asigurarea unei evaluari corecte a noilor tratamente de protejare ori de refacere. Nu este vorba doar de identificarea subiectilor cu boli adecvate, ce poate parea simpla, dar nu este atat de usoara in afectiunile neurologice. Important este ca trialurile sa includa numai acei pacienti aflati in stadiul corect de boala, adecvat interventiei propuse. Astfel de probleme si realizarile probabile vor fi trecute in revista pentru boala Parkinson, scleroza multipla si sindromul de neuron motor.

  

Boala Parkinson

Boala Parkinson este a doua ca frecventa intre bolile neurodegenerative si un bun candidat pentru terapia cu celule stem, deoarece simptomele care duc progresiv la dizabilitate, ca bradikinezia, tremorul, rigiditatea si instabilitatea posturala sunt, in esenta, produse de pierderea progresiva a neuronilor dopaminergici nigro-striati. Daca am simplifica la maximum diferitele modificari patologice, deficitul principal poate fi catalogat drept specific localizat, cu pierderea unor celule de un singur tip. Se subintelege ca inlocuirea neuronilor dopaminergici pierduti este tratamentul logic. Intr-adevar, transplantarea de tesut fetal mezencefalic ventral a dovedit conceptul de eficacitate sustinut pe un subgrup de pacienti.9 Cu toate acestea, pentru ca inlocuirea celulelor sa devina rutina este necesar sa fie competitiva in raport cu tratamentele conventionale, farmacologice si chirurgicale.

Barierele in calea progresului includ lipsa aprovizionarii cu neuroblasti dopaminergici compatibili clinic. Succesul recent in obtinerea in vitro a neuroblastilor dopaminergici mezencefalici din celule stem embrionare umane este promitator.10 {i totusi, raman probleme substantiale. Doua studii dublu-orb, controlate cu placebo, privind alogrefele fetale primare au ridicat probleme neasteptate legate de reactiile adverse si de eficacitatea variabila.11, 12 Nu se stie de ce astfel de neajunsuri nu au fost intalnite si in studiile anterioare, dar e posibil ca manifestarea lor sa se fi datorat diferentelor metodologice si celor legate de selectarea pacientilor.13 Sunt necesare si strategii neuroprotectoare de incetinire a pierderii neuronale endogene. Conform dovezilor existente, celulele modificate prin inginerie genetica pentru a produce factori de supravietuire pot fi valoroase, sugerand o noua abordare pentru substituirea celulara.14

Identificarea celor care ar beneficia cel mai mult de substituirea cu ajutorul celulelor stem este dificila si complicata de heterogenitatea clinica si de natura progresiva a afectiunii. Includerea unor subgrupuri diferite de pacienti cu boala Parkinson poate fi raspunzatoare de rezultatele contradictorii ale fazelor initiale ale trialurilor clinice.11-13 Dovezile care se acumuleaza sugereaza ca implantarea celulelor trebuie sa fie realizata la debutul bolii, pentru a diminua reactiile adverse, de tipul dischineziilor induse de grefe.

  

Scleroza multipla

Scleroza multipla este, in Marea Britanie, cea mai frecventa cauza de dizabilitate neurologica dobandita, la adultii tineri. Majoritatea pacientilor dezvolta o forma de boala multifocala, cu episoade de recadere si remisiune, urmate de progresie secundara, caracterizata prin aparitia invaliditatii ireversibile. Demielinizarea inflamatorie predomina in timpul stadiului cu recidive-remisiuni, iar neurodegenerarea reprezinta principalul substrat al evolutiei. In ciuda progreselor considerabile din domeniul terapiilor ce influenteaza boala, nici un tratament nu poate reface dizabilitatea constituita.

Remielinizarea spontana sau refacerea endogena este neuroprotectoare.15 Asadar, introducerea celulelor stem poate induce „repararea" pe doua cai - prin inlocuire celulara directa, de exemplu, implantand precursori ai oligodendrocitelor mielinizante, si indirect, prin promovarea remielinizarii endogene.16 O alta cale promitatoare isi propune explorarea capacitatii celulelor stem de-a ajunge la locul leziunii, aspect important datorita naturii multifocale a sclerozei multiple. In sfarsit, este proiectata realizarea unor trialuri experimentale care sa testeze relevanta clinica a efectelor imunomodulatoare si protectoare, recent recunoscute, ale unor celule transplantate, precum precursorii neuronali si celulele stem mezenchimale, fapt ce limiteaza inflamatia si permite refacerea endogena.6, 17

Evolutia clinica a sclerozei multiple este mai putin previzibila decat cea a bolii  Parkinson. Fiecare stadiu al maladiei necesita tratamente diferite.18 Pacientii cu boala initiala si dizabilitate minima au nevoi diferite de cei la care afectiunea este mai veche, iar dizabilitatea este progresiva.19 Tratamentul trebuie sa fie individualizat si probabil va combina elemente imunomodulatoare si de refacere.

  

Sindromul de neuron motor

Sindromul de neuron motor este o afectiune netratabila, progresiva, neurodegenerativa, caracterizata prin pierderea neuronilor motori superiori si inferiori. Are o evolutie rapida, determinand, in cativa ani, pentru multi pacienti, dependenta de ventilatia mecanica sau chiar decesul. Nu i se cunoaste patogenia. Tehnologia celulelor stem devine rapid o tehnica optima pentru studierea neuronilor motori umani (inclusiv cei derivati de la bolnavi cu rare sindroame mostenite de neuron motor) si pentru elaborarea unor modalitati  de identificare si testare de noi medicamente.4, 20

Ofera, insa, celulele stem si alte abordari terapeutice? Substituirea celulelor neuronale este nerealista, din cauza leziunilor diseminate si a necesitatii de-a asigura conexiunea functionala adecvata la distanta. Obiectivele curente terapeutice, desi mai modeste, nu sunt mai putin valoroase pentru pacient. De exemplu, utilizand celulele stem pentru a favoriza protectia tisulara si a limita pierderea de neuroni motori, se poate amana momentul ventilarii asistate si a nutritiei parenterale. Transplantarea celulelor stem modificate prin inginerie genetica pentru a produce factori de crestere ce favorizeaza supravietuirea neuronilor motori sau modularea mediului glial ostil, asociat cu leziunile, a produs rezultate promitatoare; in curand vor demara trialurile clinice.21

  

Rezumat 

Biologia celulelor stem umane progreseaza rapid. Aproape sigur va imbunatati considerabil intelegerea mecanismelor bolilor si va creea noi oportunitati terapeutice - bazate pe celule si pe medicamente - pentru modificarea evolutiei bolilor si favorizarea refacerii sistemului nervos lezat. Este mai dificil de prevazut cat de repede va fi posibil acest lucru. Ca in cazul oricarui tratament inovator, va exista un compromis intre riscurile justificabile si beneficii. Natura devastatoare, progresiva si netratabila a multor afectiuni neurologice va favoriza realizarea cat mai rapida a trialurilor clinice si va face din neurologie un camp de testare esential pentru rolul celulelor stem in medicina regenerativa.

Web site-uri utile privind celulele stem si medicina regenerativa

The National Institutes of Health. Stem cell information (http://stemcells.nih.gov/)

Nature Reports. Stem cells (www.nature.com/stemcells/index.html

Unites States Department of Health and Human Services. 2020: A new vision - a future for regenerative medicine (www.hhs.gov/reference/newfuture.shtml)

Multumiri lui Pete Connick, Jeremy Chataway, Alexis Joannides, Mandy Wharton si Dan Webber pentru comentariile si ajutorul dat cu ilustrarile.

Contributii si surse: SC a studiat si scris mult pe marginea celulelor stem si a clinicii transplantului. Articolul de fata este rezultatul discutiilor din cadrul unei intruniri cu privire la strategia pe termen lung pentru celulele stem

  

Conflicte de interese: SC a fost platit pentru discursuri de GlaxoSmithKline.

Provenienta si sistem de recenzare: Articol comandat; cu recenzare externa.

Rate this article: 
Încă nu sunt voturi
Bibliografie: 

1. Wasiak J, Clar C, Villanueva E. Autologous cartilage implantation for full thickness articular cartilage defects of the knee. Cochrane Database Syst Rev 2006;(3):CD005489.

2. Zhao C, Deng W, Gage FH. Mechanisms and functional implications of adult neurogenesis. Cell 2008;132:645-60.

3. Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006;126:663-76.

4. Dimos JT, Rodolfa KT, Niakan KK, Weisenthal LM, Mitsumoto H, Chung W, et al. Induced pluripotent stem cells generated from patients with ALS can generate motor neurons. Science 2008;321:1218-21

5. Rosser AE, Zietlow R, Dunnett SB. Stem cell transplantation for neurodegenerative diseases. Curr Opin Neurol 2007 20;688-92

6. Pluchino S, Martino G. The therapeutic potential of neural stem cells. Nat Rev Neurosci 2006;7:395-406.

7. Murry CE, Keller G. Differentiation of embryonic stem cells to clinically relevant populations: lessons from embryonic development. Cell 2008;132:661-80.

8. Taylor CJ, Bolton EM, Pocock S, Sharples LD, Pedersen RA, Bradley A. Banking on human embryonic stem cells: estimating the number of donor cell lines needed for HLA matching. Lancet 2005;366:2019-25.

9. Lindvall O, Sawle G, Widner H, Rothwell JC, Bjorklund A, Brooks D, et al. Evidence for long term survival and function of dopaminergic grafts in progressive Parkinson's disease. Ann Neurol 1994;35:172-80.

10. Roy NS, Cleren C, Singh SK, Yang L, BealMF, Goldman SA. Functional engraftment of human ES cell-derived dopaminergic neurons enriched by coculture with telomerase-immortalized midbrain astrocytes. NatMed 2006;12:1259-68.

11. Freed CR, Greene PE, Breeze RE, Tsai WY, DuMouchelW, Kao R, et al. Transplantation of embryonic dopamine neurons for severe Parkinson's disease. N Engl J Med 2001;344:710-9.

12. Olanow CW, Goetz CG, Kordower JH, Stoessl AJ, Sossi V, Brin MF, et al. A double-blind controlled trial of bilateral fetal nigral transplantation in Parkinson's disease. Ann Neurol 2003;54:403-14.

13. Bjorklund A, Dunnett SB, Brundin P, Stoessl AJ, Freed CR, Breeze RE, et al. Neural transplantation for the treatment of Parkinson's disease. Lancet Neurol 2003;2:437-45.

14. Lindvall O, Wahlberg LU. Encapsulated cell biodelivery of GDNF: a novel clinical strategy for neuroprotection and neuroregeneration in Parkinson's disease? Exp Neurol 2008;209:82-8.

15. Kornek B, Storch MK, Weissert R, Wallstroem E, Stefferl A, Olsson T, et al. Multiple sclerosis and chronic autoimmune encephalomyelitis: a comparative quantitative study of axonal injury in active, inactive, and remyelinated lesions. Am J Pathol 2000;157:267-76.

16. Irvine K, Blakemore W. Remyelination protects axons from demyelination associated axon degeneration. Brain 2008;131:1464-77.

17. Chandran S, Hunt D, Joannides A, Zhao C, Compston A, Franklin RJ. Myelin repair: the role of stem and precursor cells in multiple sclerosis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2008;363:171-83.

18. Compston A. The basis for treatment in multiple sclerosis. Acta Neurol Scand Suppl 2006;183:41-7.

19. Coles A, Cox A, Le Page E, Jones J, Trip SA, Deans J, et al. The window of therapeutic opportunity in multiple sclerosis: evidence from monoclonal antibody therapy. J Neurol 2006;253:98-108.

20. Li XJ, Du ZW, Zarnowska ED, Pankratz M, Hansen LO, Pearce RA, et al. Specification of motoneurons from human embryonic stem cells. Nat Biotechnol 2005;23:215-21.

21. Suzuki M, Svendsen CN. Combining growth factor and stem cell therapy for amyotrophic lateral sclerosis. Trends Neurosci 2008;31:192-8.

Traducere: 
Dr. Rodica Chirculescu
Autor: