Choroba neuronu ruchowego – jak mogą pomóc komórki macierzyste?

Choroba neuronu ruchowego (z ang. motor neurone disease, MND) jest nieuleczalną chorobą, która występuje stosunkowo rzadko. Dostępne terapie skupiają się tylko na łagodzeniu dolegliwości, gdyż nie wynaleziono dotąd skutecznej terapii. W jaki sposób komórki macierzyste mogą nam pomóc w leczeniu tej choroby?

Choroba neuronu ruchowego to kilka różnych schorzeń spowodowanych zniszczeniem komórek nerwowych (neuronów) kontrolujących mięśnie i wspólnie opisywanych jako choroba neuronu ruchowego (ang. Motor Neuron Disease, MND). Obecnie nie ma leku na MND, więc większość terapii skupia się na łagodzeniu objawów w celu poprawy jakości życia chorego.

Około 10% MND jest dziedzicznych, przekazywanych dzieciom przez rodziców. Przyczyny większości MND (90%) nie są obecnie znane.

W mózgu istnieje wiele komórek wspierających neurony i umożliwiających im działanie. Coraz więcej badań wydaje się potwierdzać tezę, że jeśli te komórki wspomagające funkcjonują nieprawidłowo, neurony ruchowe stają się podatne na uszkodzenia.

Naukowcy wykorzystują komórki macierzyste do opracowywania metod hodowli neuronów i innych komórek w naczyniach laboratoryjnych, co pozwala stworzyć model MND. Dzięki temu naukowcy mogą badać i odkrywać przyczyny niszczenia neuronów i sposoby zapobiegania tym zniszczeniom. Systemy modelowe komórek macierzystych są także przydatne do badań przesiewowych nowych leków i testowania bezpieczeństwa i skuteczności nowych terapii. 

Komórki macierzyste są także wykorzystywane do opracowywania leków dla osób z MND. Komórki macierzyste mogą być zdolne do regulowania nieprawidłowych odpowiedzi układu odpornościowego, a nawet do produkcji czynników wzrostu wspomagających samonaprawę i zdolność przeżycia neuronów.

MND jest złożoną i wieloaspektową chorobą, naukowcy wiedzą więc stosunkowo niewiele na jej temat. Jej złożoność oznacza również, że, aby skutecznie przeciwdziałać dalszym zniszczeniom układu nerwowego, terapia MND musi jednocześnie naprawiać wiele zmian w organizmie.

Naprawianie szkód wyrządzonych przez MND stanowi jeszcze większe wyzwanie. Naukowcy badają sposoby wykorzystania komórek macierzystych do naprawy układu nerwowego poprzez hodowlę nowych neuronów oraz komórek wspomagających. Aby w pełni przywrócić funkcjonowanie układu nerwowego, nowe komórki muszą odpowiednio się zintegrować z siecią komórek tworzących ten układ.

Human neural stem cellsMND opisuje kilka dolegliwości, które prowadzą do zwyrodnienia komórek nerwowych, zwanych neuronami ruchowymi bądź motorycznymi. Neurony motoryczne znajdują się w mózgu i rdzeniu kręgowym i są odpowiedzialne za sygnały przekazywane do odpowiednich mięśni. W przypadku MND uszkodzenia neuronów zaburzają te sygnały i prowadzą do progresywnego paraliżu. Pacjenci mogą cierpieć z powodu różnorodnych problemów takich jak: niekontrolowane drgawki, sztywność mięśni, problemy z mową, połykaniem czy oddychaniem. Z czasem mięśnie słabną, co nasila symptomy choroby. Najczęściej spotykaną formą MND jest stwardnienie zanikowe boczne (z ang. amyotrophic lateral sclerosis, ASL), które dotyka około 60-70% pacjentów z chorobami neurodegenerującymi. W USA choroba ta jest powszechnie znana pod nazwą choroby Lou Gehriga, od imienia sławnego basebolisty.

Niektóre formy choroby są uwarunkowane genetycznie, tzn że są dziedziczone w rodzinach. Jednak tylko 10% chorób neuronu ruchowgo można zaliczyć do tej kategorii. Na przykład mutacja występująca w genie kodującym dysmutazę ponadtlenkową (SOD1) została zidentyfikowana w rodzinach gdzie ASL spotykano częściej. Ta forma choroby charakteryzuje się dokładnie takimi samymi symptomami jak u pozostałych pacjentów z ASL. W większości przypadków mamy do czynienia jednak z tzw. postacią sporadyczną choroby, a jej przyczyny są nieznane. Przypuszcza się, iż sporadyczną postać  schorzenia warunkują zarówno zmiany genetyczne jak i wpływ środowiska oraz styl życia. Naukowcy uważają, że przyczyną zaburzeń funkcji neuronów są nie tylko zmiany w poszczególnych komórkach, ale także zmiany w ich otoczeniu. Ponadto znaleziono dowody potwierdzające teorię, że inne komórki należące do układu nerwowego mogą pełnić tu pewną funkcję.

Obecnie nie istnieje skuteczna terapia na MSD. Leczenie skupia się na łagodzeniu objawów, aby poprawić standard życia pacjentów. Jedynym skutecznym lekiem, który hamuje postęp choroby jest Riluzole, niestety efekty jego działania są organiczone. Naukowcy prowadzą badania nad bardziej skutecznymi sposobami leczenia.

Obecnie nie wiemy dlaczego neurony motoryczne są niszczone i degenerują w MND. Przypuszcza się, że zarówno początek choroby jak i jej postęp uwarunkowany jest dużą liczbą czynników. Żeby wyleczyć pacjentów, terapia musiałaby przywrócić do równowagi wszytskie negatywne zmiany jakie zachodzą w ciele podczas choroby. Naukowcy skupiają się na badaniu komórek macierzystych, żeby zrozumieć chorobę i sprawdzić czy komórki macierzyste mogłyby być zastosowane jako potencjalna terapia. Jest kilka typów komórek macierzystych, które mogłyby znaleźć zastosowanie zarówno w badaniach naukowych jak i w leczeniu

Zastosowanie komórek macierzystych do badań w celu zrozumienia MND
Neurony ruchowe, które są uszkodzone podczas MND, są zlokalizowane w mózgu i rdzeniu kręgowym. Z tego powodu badania pacjentów czy pobieranie próbek uszkodzonych komórek w celu przeprowadzenia dokładniejszych analiz jest bardzo utrudnione. W 2008 roku zespół naukowców z Uniwersytetu Harvarda w USA użył komórek skóry pobranych od pacjentów z ALS, aby rozwiązać ten problem.

Na poczatku naukowcy przekształcili komórki skóry w indukowane pluripotencyjne komórki macierzyste (z ang. induced pluripotent stem cells, iPS). Są to wyhodowane w laboratorium komórki macierzyste o cechach  embrionalnych komórek macierzystych, które mają potencjał do stworzenia wszytskich typów komórek jakie można spotkać w ludzkim ciele. Nastepnie użyli komórek iPS do stworzenia neuronów ruchowych, które ujawniły symptomy ALS. Od tej pory wielu innych naukowców hoduje neurony ruchowe w ten sam sposób, gdyż stanowią one znakomite narzędzie do badań interakcji międzykomórkowych przyczyniających się do ALS. Obecnie naukowcy mogą również używać neuronów wyhodowanych z komórek pobranych od wielu pacjentów, aby studiować różnice i podobieństwa pomiedzy różnymi formami MND. Ponadto możliwość hodowania neuronów ruchowych w większych ilościach pozwala naukowcom na testowanie potencjalnych leków.

Terapeutyczne zastosowania komórek macierzystych

Pewne typy komórek macierzystych mogą być użyte do wyhodowania neuronów w laboratorium. Naukowcy uważają jednak, że sam przeszczep takich neuronów nie stanie się najefektywniejszą metodą leczenia pacjentów chorych na MND.

Trudność polega na tym, że przeszczepione komórki musiałyby zastąpić obie grupy zniszczonych neuronów ruchowych: te znajdujące się w mózgu jak i te w rdzeniu kręgowym. Ponadto, musiałyby odtworzyć prawidłowe połączenia nerwowe łączące mięśnie i mózg. Możliwe jest również, iż przeszczepione zdrowe neurony mogłyby ulec zniszczeniu, gdyż wiele nieznanych czynników wpływa na osłabienie i zanik mięsni w chorobie MND.

Biorąc pod uwagę problemy opisane powyżej naukowcy zgodnie przyznają, że znacznie więcej badań naukowych musi być przeprowadzonych przed rozpoczęciem badań klinicznych.

Obecnie badacze próbują ustalić jakie typy komórek macierzystych będą najlepszym narzędziem do pracy nad MND i w jaki sposób możnaby ich użyć. Najprawdopodobniej kombinacja różnych metod eksperymentalnych będzie niezbędna, gdyż skuteczna terapia będzie musiała spełnić następujące warunki:

  • Chronić zdrowe neurony ruchowe istniejące u pacjenta i promować wzrost ich liczby
  • Skorygować wszystkie czynniki znajdujące się w ciele pacjenta, które wpływają szkodliwie na neurony ruchowe
  • Mieć pozytywny wpływ nie tylko na rdzeń kręgowy, ale również na połączenia między neuronami ruchowymi a mięśniami, żeby umożliwić przekazywanie sygnałów między nimi

Teoretycznie wiele różnych rodzajów komórek, które spełniałyby powyższe warunki  mogłoby być użyte do przeszczepu. Obecnie testowane są różne typy komórek macierzystych, między innymi embrionalne czy mezenchymalne. Ponadto prowadzi się badania nad tak zwanymi nerwowymi komórkami prekursorowymi, których funkcją w zdrowym organizmie jest produkowanie nowych neuronów.

Jednym z najbardziej obiecujących typów komórek są komórki macierzyste rdzenia kręgowego, które mogą stworzyć zarówno neurony ruchowe jak i komórki glejowe, inaczej neuroglej. Komórki glejowe produkują białka zwane czynnikami wzrostowymi, które wspomagają rozwój neuronów ruchowych. Być może użycie komórek innych niż nerwowe, jak na przykład neuroglej, mogłoby albo zapobiec zniszczeniu neuronów ruchowych, albo pomóc w ich naprawie. Przykładowo komórki glejowe produkują proteinę SOD1, która nie funkcjonuje poprawnie w niektórych odmianach MND.

Mimo, że komórki  macierzyste są bardzo użyteczne w badaniach nad MND, obecnie nie ma zatwierdzonych terapii z ich użyciem. W przyszłosci, zastosowanie komórek macierzystych może doprowadzić do wyleczenia wielu, jak nie wszystkich przypadków MND i pomóc organizmowi odzyskać jego własne samoregenererujące zdolności. Jednakże obecnie więcej badań musi być przeprowadzonych w celu ustalenia, który typ komórek macierzystych byłby najbardziej odpowiedni i w jaki sposób ich najlepiej użyć by zapewnić bezpieczne i efektywne leczenie.

 

Badania laboratoryjne wskazują, że pewne typy komórek macierzystych mogą być w przyszłości skutecznym lekiem na ALS. Przykładowo, naukowcy przeszczepili mezenchymalne komórki macierzyste lub nerwowe komórki prekursorowe do myszy z neuronami ruchowymi zdegenerowanymi podobnie jak w chorobie ALS. Oba typy przeszczepionych komórek spowodowały, że eksperymentalne myszy żyły dłużej, ich choroba postępowała wolniej i mniej neuronów ruchowych zanikało. W innym eksperymencie, ludzkie nerwowe komórki prekursorowe zostały zmodyfikowane genetycznie tak żeby wydzielać czynnik wspomagający wzrost neuronów ruchowych, co spowodowało ich ochronę u szczurów. W dodatku, badania przeprowadzone na pacjentach pokazały, że jest możliwe bezpieczne przeszczepienie tych genetycznie zmodyfikowanych komórek do ludzkiego rdzenia kręgowego.

W czerwcu 2012 roku zakończyła się wczesna faza badań klinicznych testująca czy wstrzyknięcie komórek macierzystych bezpośrednio do rdzenia kręgowego pacjentów z ALS jest nieszkodliwe. Sposród 12 pacjentow biorących udział w eksperymencie żaden nie odczuł negatywnych skutków po zabiegu. Rezultaty te dają nadzieję, że taka metoda leczenia jest możliwa do wykonania i bezpieczna dla pacjentów. Dalsze badania są teraz potrzebne, żeby ustalic co się dzieje z przeczczepionymi komórkami po ich umiejscowieniu w rdzeniu kręgowym i czy są w stanie efektywnie naprawić uszkodzone neurony.

Broszura informacyjna stworzona przez Christine Weber. Recenzja: SSiddharthan Chandran i Rebecca Devon.
Tłumaczenie na język polski: Martyna Popis i Agnieszka Wabik

Fotografia ludzkich neuronalnych komórek macierzystych: uprzejmość Anne Rowling z Regenerative Neurology Clinic.
Zdjęcie neuronów ruchowych wyprodukowanych z komórek iPS: Gist Croft i Mackenzie Weygandt, zwycięzcy konkursu 2009 Olympus BioScapes Digital Imaging Competition®.