Komόrki macierzyste z krwi pępowinowej: obecne zastosowania i wyzwania na przyszłość

Do niedawna krew pępowinowa była utylizowana zaraz po porodzie jako odpad medyczny. Obecnie wiadomo jednak, że może być ona wykorzystana do pozyskania komόrek macierzystych krwi. Od 1989 r. krew pępowinowa służy leczeniu dzieci z pewnymi chorobami krwi i postępują badania nad jej zastosowaniem także u ludzi dorosłych. Jakie są więc obecne wyzwania badań nad krwią pępowinową i jak może być ona użyta – teraz i w przyszłości?

Krew pępowinowa występuje w pępowinie i łożysku nowonarodzonego dziecka. Może być łatwo pobrana oraz zamrożona do późniejszego wykorzystania.

Krew pępowinowa zawiera komórki macierzyste hemopoezy, które mogą mogą wytworzyć każdy rodzaj komórek krwi, w tym także komórki systemu odpornościowego.

Przeszczep komórek macierzystych hemopoezy (HSCs) z pępowiny może mieć zastosowanie w leczeniu wielu różnych chorób krwi, takich jak białaczka.

W porównaniu z komórkami HSCs od dawców szpiku, przeszczep HSC z krwi pępowinowej  prowadzi do mniejszej liczby przypadków niezgodności immunologicznej, takich jak choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi.

Ograniczeniem krwi pępowinowej jest mniejsza zawartość komórek HSCs niż w krwi od dawców szpiku, co oznacza, że dorośli pacjenci często potrzebują do leczenia podwójnej  ilości krwi pępowinowej. Naukowcy badają sposoby na zwiększenie ilości komórek HSCs pozyskanych z krwi pępowinowej w laboratoriach, aby krew pępowinowa pobrana od jednej osoby mogła zapewnić wystarczającą ilość komórek do jednego lub więcej przeszczepów komórek HSCs.

Wyniki kontrowersyjnych badań sugerują, że krew pępowinowa może pomóc w leczeniu chorób innych niż choroby krwi, jednak naukowcy nie są w stanie odtworzyć tych wyników. Prowadzone są intensywne badania w celu ustalenia czy krew pępowinowa może być wykorzystana do leczenia innych chorób.

Ogromnym wyzwaniem stawianym wielu dziedzinom badań medycznych oraz leczenia jest  korygowanie błędnych informacji. Niektóre firmy reklamują usługi dla rodziców sugerując, że powinni oni zapłacić za zamrożenie oraz przechowywanie krwi pępowinowej ich dzieci w banku krwi, na wypadek konieczności jej użycia w późniejszym życiu. Badania wykazują jednak, że jest mało prawdopodobne, aby krew pępowinowa była kiedykolwiek użyta na potrzeby dziecka. Kliniki zdecydowanie popierają natomiast dawców krwi pępowinowej do banków krwi. Pomaga to w znacznym stopniu zwiększyć zaopatrzenie w krew pępowinową osób, które jej potrzebują.

Umbilical cord

Po narodzinach dziecka, krew pępowinowa pozostaje w pępowinie i łożysku. Pobranie jej jest stosunkowo łatwe i nie stanowi żadnego ryzyka dla dziecka czy matki. Zawiera ona komόrki macierzyste hemopoezy: bardzo rzadkie komόrki, występujące normalnie w szpiku kostnym.

Komόrki macierzyste hemopoezy (HSCs) mogą wytworzyć każdy rodzaj komόrek krwi – czerwone krwinki, białe krwinki płytki krwi. Są odpowiedzialne za utrzymanie produkcji krwi w przeciągu całego naszego życia. Od wielu lat stosuje się je w przeszczepach szpiku kostnego.

Istnieje kilka doniesień wskazujących, że krew pępowinowa może zawierać także inny rodzaj komόrek macierzystych, ktόre potrafią wytworzyć wyspecjalizowane komόrki, inne niż komόrki krwi, takie jak komόrki nerwowe. Wyniki te budzą duże kontrowersje wśrόd naukowcόw i nie są powszechnie uznane.

Krew pępowinowa jest stosowana w leczeniu dzieci z chorobami nowotworowymi krwi takimi jak: białaczka lub genetycznymi chorobami krwi np. z niedokrwistością Fanconiego. Krew pępowinowa jest przeszczepiana pacjentowi, gdzie komόrki HSCs mogą wytworzyć nowe, zdrowe komόrki krwi, aby zastąpić te zniszczone przez chorobę pacjenta lub leczenie medyczne np. chemoterapią w  przypadku nowotworόw.

W ten sposόb krew pępowinowa stanowi cenną alternatywną metodę leczenia wobec przeszczepu szpiku kostnego w przypadku niektόrych pacjentόw. Lepiej wtedy pobrać szpik kostny i przechowywać zamrożony do czasu, aż będzie potrzebny. Wygląda na to, że w porόwnaniu ze szpikiem kostnym istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że krew pępowinowa wywoła immunologiczną reakcję odrzucenia przeszczepu oraz innych komplikacji takich jak: choroba przeszczepu przeciwko gospodarzowi (Graft versus Host Disease). Oznacza to, że krew pępowinowa nie musi być idealnie dobrana dla pacjenta, tak jak w przypadku szpiku kostnego (niemniej pewna zgodność jest wciąż wymagana).

Jednakże, transplantacja komórek uzyskanych z krwi pępowinowej ma swoje ograniczenia. W przypadku leczenia dorosłych osób zazwyczaj potrzebne są dwie porcje krwi pępowinowej dla każdego pacjenta. Badania kliniczne z zastosowaniem podwójnej porcji krwi pępowinowej wykazały podobny efekt, jak przy przeszczepie hematopoetycznych komórek macierzystych (HSCs) uzyskanych z innych źródeł, na przykład ze szpiku kostnego czy mobilizowanej krwi obwodowej. Obecnie prowadzone badania mają na celu opracowanie metod pozwalających na uzyskanie wystarczającej liczby komórek do przeszczepu z jednej porcji krwi pępowinowej. Dotychczas krew pępowinowa była wykorzystywana w leczeniu  wyłącznie chorób krwi.

Głόwnym ograniczeniem przeszczepu krwi pępowinowej jest to, że pojedyncza pępowina nie zawiera tylu komόrek macierzystych, ile w pobranym do przeszczepu szpiku kostnym. Naukowcy uważają, że jest to głόwny powόd, dla ktόrego leczenie dorosłych pacjentόw krwią pępowinową jest takie trudne: ludzie dorośli są więksi i potrzebują więcej komόrek HSCs niż dzieci. Przeszczep zawierający za mało komόrek HSCs może się nie powieść lub prowadzić do zbyt wolnego tworzenia nowej krwi w organizmie w ciągu pierwszych dni po przeszczepie. Częściowo pokonano to poważne utrudnienie poprzez przeszczep krwi z dwόch pępowin do dorosłego pacjenta lub dużego dziecka. Niektόrzy naukowcy prόbowali rόwnież zwiększyć całkowitą liczbę komόrek HSCs otrzymanych z każdej pępowiny poprzez pobranie dodatkowej krwi z łożyska.

Wiele badań koncentruje się na prόbie zwiększenia liczby komόrek HSCs, ktόre mogą zostać pozyskane z jednej prόbki krwi pępowinowej poprzez hodowanie oraz namnażanie komόrek w laboratorium. Jest to tzw “ekspansja komόrek ex vivo”. Prowadzonych jest kilka wczesnych prόb klinicznych stosujących tę technikę. Wyniki są rozbieżne jak do tej pory: jedne pokazują, że ekspansja ex vivo zmniejsza czas potrzebny nowym komόrkom krwi do pojawienia się w ciele pacjenta po przeszczepie, niemniej osoby dorosłe wciąż potrzebują krwi z dwόch pępowin. Więcej badań jest potrzebnych, aby dowiedzieć się, czy rzeczywiście jest korzyść dla pacjenta, wynikająca z tej techniki. Nie została ona jeszcze zaakceptowana jako rutynowe postępowanie kliniczne.

Kilka grup naukowych doniosło o swoich badaniach na zwierzętach wskazujących, że krew pępowinowa może naprawić także tkanki inne niż krew w przypadku szeregu chorόb od zawału serca po wylew. Te wyniki są kontrowersyjne: naukowcy często nie potrafią odtworzyć tych wynikόw i nie jest jasne JAK krew pępowinowa może wywołać taki efekt. Nawet jeśli zaobserwowano jakieś korzystne efekty, mogą być one zbyt słabe i niewystarczająco użyteczne do rozwinięcia terapii. Jeżeli istnieją pozytywne efekty to można je wytłumaczyć nie tym, że komόrki krwi pępowinowej tworzą nowe nerwy lub komόrki serca, ale raczej tym, że komόrki te wytwarzają substancje, ktόre mogą pomόc organizmowi w naprawie uszkodzonych tkanek.

Obecne badania mają za zadanie odpowiedzieć na te pytania w celu określenia czy możliwe jest w przyszłości rozwinięcie bezpiecznego oraz efektywnego leczenia chorόb innych niż choroby krwi przy użyciu krwi pępowinowej. Wczesne prόby kliniczne nad terapią krwią pępowinową  cukrzycy typu pierwszego u dzieci zakończyły się niepowodzeniem. Prowadzone są inne wczesne prόby kliniczne, testujące przydatność przeszczepu krwi pępowinowej w leczeniu dzieci z chorobami mόzgu takimi jak: mόzgowe porażenie dziecięce czy urazowe uszkodzenie mόzgu. Aczkolwiek, prόby te nie przyniosły jak dotąd żadnych pozytywnych resultatόw i większość naukowcόw uważa, że potrzeba znacznie więcej badań, aby zrozumieć w jaki sposόb zachowują się komόrki krwi pępowinowej i czy mogą być one użyteczne w tego rodzaju terapiach.

Eksperci wierzą, że krew pępowinowa jest ważnym źrόdłem komόrek macierzystych i uważają, że ich pełen potencjał w leczeniu chorόb krwi nie został jeszcze odkryty. Inny rodzaj komόrek macierzystych, takich jak: indukowane komόrki pluripotencjalne może okazać się bardziej odpowiedni w leczeniu chorόb innych niż choroby krwi, ale na to pytanie można uzyskać odpowiedź tylko poprzez dalsze badania.

W miarę rozwoju badań naukowych nad terapeutycznym zastosowaniem krwi pępowinowej w leczeniu chorób krwi pojawiło się pytanie o zasadność przechowywania krwi pępowinowej wyłącznie dla celów prywatnych. W niedawno opublikowanym artykule Mahendra Rao i współpracownicy opowiadają się za gromadzeniem krwi pępowinowej w publicznych bankach komórek. Leczenie dorosłego pacjenta wymaga przynajmniej dwóch zgodnych immunologicznie porcji krwi pępowinowej. Jedna porcja krwi pępowinowej jest więc niewystarczająca, by skutecznie wyleczyć dorosłego pacjenta. Mogłaby ona wystarczyć do leczenia dzieci, jednak w przypadku dzieci chorych na białaczki istnieje ryzyko, że komórki nowotworowe są już obecne w pobranej krwi pępowinowej. W takiej sytuacji nie może być ona użyta do autoprzeszczepu.

Jeżeli wszystkie pobrane próbki krwi pępowinowej byłyby przeznaczone do publicznego użytku, zwiększyłoby to szansę na szybsze i skuteczne leczenie pacjentów z wykorzystaniem dwóch lub więcej porcji krwi pępowinowej.

Artykuł z 2008 roku w kompleksowy sposób podsumowuje debatę na temat publicznych i komercyjnych banków krwi pępowinowej:

"Powtórna analiza wykazała, że przechowywanie krwi pępowinowej na własny użytek, jako biologicznej polisy dla dziecka, nie ma klinicznego uzasadnienia ponieważ szansa na przeszczepienie pobranych komórek jest nikła. Brak zweryfikowanych naukowo doniesień na temat możliwości wykorzystania krwi pępowinowej do autoprzeszczepu rodzi pytanie natury etycznej, dlaczego przyszli rodzice nie są o tym informowani. Prywatne banki krwi pępowinowej odwołują się do obiecujących wyników przeszczepów z wykorzystaniem komórek allogenicznych, a więc pochodzących od dawcy, a nie badań, które udowadniałyby skuteczność przeszczepów z wykorzystaniem własnych komórek pacjenta."

ImagesKrew pępowinowa jest przydatna do badań. Na przykład naukowcy badają potencjał hematopoetycznych komórek macierzystych (krwiotwórczych) zawartych w krwi pępowinowej w zakresie zdolności przekształcania się w inne specjalistyczne komórki, np. układu nerwowego lub komórki trzustki wytwarzające insulinę. Krew pępowinowa wykorzystywana w badaniach pochodzi od kobiet przechodzących planowany zabieg cięcia cesarskiego, po uprzednim wyrażeniu zgodny. Jeśli szpital, w którym rodzisz, jest zaangażowany w takie badania i planujesz cesarskie cięcie, możesz być zapytana o zgodę na przekazanie krwi pępowinowej Twojego dziecka.

Krew pępowinową można również przekazać dobrowolnie do użytku klinicznego. Od 1989 roku przeszczepy krwi pępowinowej są regularnie wykorzystywane do leczenia dzieci cierpiących na białaczkę, anemię oraz inne choroby krwi.

Krew pępowinowa w publicznych bankach jest dostępna dla niespokrewnionych pacjentów, którzy potrzebują przeszczepów hematopoetycznych komórek macierzystych.

Krew pępowinowa może być przechowywana w publicznych lub prywatnych (komercyjnych) bankach krwi pępowinowej.

Na przykład w Wielkiej Brytanii Bank krwi pępowinowej NHS gromadzi i przechowuje dobrowolnie przekazaną krew pępowinową od 1996 roku. Krew pępowinowa w bankach publicznych jest przechowywana na czas nieokreślony do wykorzystania w możliwych transplantacjach i jest dostępna dla każdego pacjenta, który potrzebuje tego specjalnego typu tkanki. Dawca nie ponosi żadnej opłaty, ale produkt nie jest przechowywany z zastrzeżeniem wykorzystania dla tej określonej osoby lub jej rodziny.

CFirmy w całej Europie oferują również komercyjne przechowywanie krwi pępowinowej. Krew z pępowiny dziecka jest przechowywana na wypadek, gdyby u dziecka lub członka jego rodziny wystąpiła choroba, którą można byłoby leczyć przeszczepem krwi pępowinowej. Z reguły firmy żądają określonej płatności z góry oraz naliczają roczną opłatę za przechowywanie.

Głównymi argumentami przeciwko komercyjnym bankom jest nikłe prawdopodobieństwo wykorzystania przez dziecko, jego rodzeństwo lub członka rodziny krwi pępowinowej, dostępność wielu innych ugruntowanych alternatyw przeszczepu krwi pępowinowej oraz brak dowodów naukowych na to, że krew pępowinowa może być wykorzystana w leczeniu chorób innych niż choroby krwi (np. cukrzyca i choroba Parkinsona). W niektórych przypadkach pacjenci mogą nie mieć możliwości wykorzystania własnych komórek krwi, ponieważ komórki mogą już zawierać zmiany genetyczne, które predysponują ich do choroby.

Krew pępowinowa jest bogatym źródłem hematopoetycznych komórek macierzystych. Te komórki potrafią wytwarzać różne typy komórek we krwi (czerwone krwinki, białe krwinki i płytki krwi). Hematopoetyczne komórki macierzyste, wydzielone ze szpiku kości lub krwi, są od dawna wykorzystywane w terapii komórkami macierzystymi przeciwko białaczce, chorobom krwi i szpiku kostnego, rakowi (gdy stosowana jest chemioterapia) oraz niedoborowi odporności.

Od 1989 roku przeszczepy hematopoetycznych komórek macierzystych z krwi pępowinowej są z powodzeniem stosowane w leczeniu dzieci cierpiących na białaczkę, anemię oraz inne choroby krwi. Naukowcy obecnie szukają sposobów na zwiększenie liczby komórek macierzystych pozyskiwanych z krwi pępowinowej, aby umożliwić również rutynowe leczenie dorosłych osób.

Oprócz tych chorób związanych z krwią nadal musimy wiele nauczyć się o terapeutycznym potencjale komórek macierzystych krwi pępowinowej. Naukowcy są zgodni, że wymagane są testy kliniczne. Na przykład jeden z testów klinicznych prowadzonych w Stanach Zjednoczonych skupia się na weryfikacji skuteczności leczenia dzieci z cukrzycą typu 1 za pomocą ich własnej przechowywanej krwi pępowinowej

Opublikowano wiele raportów opisujących, w jaki sposób komórki macierzyste w krwi pępowinowej potrafią przekształcić się w inne typy komórek (np. komórki nerwowe). Inne raporty twierdzą, że krew pępowinowa zawiera komórki podobne do zarodkowych komórek macierzystych. Każde odkrycie zwiększa w istotny sposób potencjał terapeutyczny krwi pępowinowej, jednak muszą być one niezależnie potwierdzone, zanim komórki macierzyste pępowiny będą mogły być wykorzystanie w terapii innych chorób, niezwiązanych z krwią.

The European Group for Blood and Marrow Transplantation

UK National Health Service cord blood bank

Umbilical Cord Blood Banking - an opinion paper by the Royal College of Obstetricians and Gynaecologists’ Scientific Advisory Committee (published June 2006)

Ta strona informacyjna została napisana przez Rajeev Gupta i zrecenzowana przez  Tariq Enver, z dodatkowymi wsparciem od Alexander Medvinsky. Tłumaczenie na polski przez Lukasz Cegielkowski

Recenzowane w 2016 przez Dana S. Kaufmana.  Zredagowany przez Emmę Kempt i Jan Barfoot. Przetłumaczone na język polski przez Anitę Helińską i Kamila Kowalskiego.

Zdjęcie dziecięcej pępowiny pobrane z Wikimedia Commons. Zdjęcie ludzkiej komόrki macierzystej krwi zrobione przez Rajeev Gupta i George Chennell. Pozostałe zdjęcia: torebki z krwią i z czerwona krwinka z Wellcome Images.