Klinikai kísérletek őssejtekkel: ott vagyunk már?

Az amiotrófiás laterális szklerózis (ALS ) egy pusztító neurodegeneratív rendellenesség, ahol az agykérgi, agytörzsi és a gerincvelői motoneuronok progresszív degenerációja jellemző. A neuronok pusztulása bénuláshoz, légzési elégtelenséghez és végül halálhoz vezet. A  betegség kialakulása átlagosan 3 - 5 év. Míg a genetika ALS során lezajló folymatokat egyre inkább megértjük, addig a familiáris esetekben a betegség alapjául szolgáló pathológiai mechanizmusok továbbra is tisztázatlanok, és nincsenek hatékony kezelési lehetőségeket.

Anélkül, hogy megértenék, mi okozza az ALS-t, nehéz hatékony kezeléseket tervezni. Ugyanakkor az elmúlt években az őssejt transzplantáció új potenciális terápiaként jelent meg ALS- betegek esetében. Míg egyes esetekeben az elhalt motoneuronokat pótlására fektetik a hangsúlyt, addig más kísérletekeben a haldokló motoneuronokat próbálják megmenteni. Ez utóbbi estekeben a gyulladás csökkentésevel, növekedési faktorok felszabadulásával esetleg más kevésbé érthető potenciális mechanizmusok révén mentik meg az őssejtek a motoneuronokat. 

Azonban szigorú pre-klinikai vizsgálatokra van szükség ahhoz, hogy az őssejteket nagy biztonsággal alkalmazni tudják a klinikiumban. Csak kritikus felülvizsgálatokat követően lehet a klinikai vizsgálatok elkezdeni, ahol akár mesenchimális vagy idegi őssejtek alkalmaznak. 

Az eddig elvégzett vagy jelenleg is futó klinikai kísérletek az alábbi cikkben megtekinthetők: 

http://dx.doi.org/10.1016/j.expneurol.2014.02.021

The past, present and future of stem cell clinical trials for ALS

Gretchen M. Thomsen^{a, 1}

• Genevieve Gowing^{a, 1},
• Soshana Svendsen^a,
• Clive N. Svendsen^{a, b}

Gacyclidine csökkenti a motoros funkció károsodást ALS egérmodellben

Az ALS gyógyítása még ma sem lehetséges és a betegség lefolyásának lassítására is igen kevés terápia áll rendelkezésre. Az ALS egy multi-faktoriális betegség, több mechanizmus is szerepet játszik a kórfolyamatban, beleértve a glutamát excitotoxicitást is. Az N-metil-D-aszpartát receptorok (NMDAR) kulcsszerepet játszanak az ALS patofiziológiájában, mert az excitotoxicitás egyik kulcsszereplői. Ennek következtében igen nagy az érdeklődés az NMDAR antagonisták irányába. Egyik ilyen ígéretes jelölt a Gacyclidine, más néven GK11, amely egy nagy affinitású, nem kompetitív NMDAR antagonista. A GK11-t alacsony neurotoxicitás jellemzi és már használják a központi idegrendszerre gyakorolt hatását 2 klinikai vizsgálatban.
Egy 2013-ban megjelent tanulmányban azt vizsgálták, hogyan befolyásolja GK11 krónikus adagolása (0,1 és 1 mg / kg), a túlélést és a funkcionális motoros aktivitást ALS hSOD1 ( G93A ) egereken. A kezelést a tünetek megjelenésének korai szakaszában (60. nap) kezdték alkalmazni és a kezelést kéthetente megismételték a betegség végső stádiumáig. Az alacsony dózisú GK11 javította az egerek túlélését 4,3%-kal, az állatok testsúlya kisebb mértékben csökkent és a motoros funkció kevésbé károsodott. Ezzel szemben a nagy dózisú kezelés rontott a motoros funkción. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a korai tüneti szakaszban megkezdett krónikus GK11 kezelés jótékony hatással lehet az ALS betegekre.

Cikk elérhetősége: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3873512/

KCC2 csatornák és az ALS kapcsolata

A megfelelő intracelluláris klorid ion koncentráció fenntartásának egyik fő felelőse a kálium klorid kotranszporter 2 ( KCC2 ). Alapesetben a klorid ion koncentráció alacsonyabb a sejtben, mint a sejten kívül. Ebből kifolyólag a sejten kívüli klorid ionok elektrokémiai grádiensük mentén képesek anion permeábilis csatornákon át belépni a sejtbe. A KCC2 csatorna normál fiziológiás körülmények között káliumot és korid iont pumpál ki a sejtből. Ugyanakkor a csatorna működésével párhuzamosan az anion permeábilis csatornákon keresztül klorid ionok lépnek be a sejtbe. Ez a folymat kompenzálja a KCC2 csatornákon át távozó negatív töltésű klorid ionokat. Mivel pozitív töltések (kálium ionok) is távoznak a sejtből a KCC2 csatornák működése révén, ezért a sejt hiperpolarizálódik.

Sérülés vagy neurodegeneratív betegségekben a KCC2 csatornák expressziója csökkeni kezd és az ion egyensúly felbomlik a sejtben, amely végül excitotoxicitáshoz vezet.

A KCC2 csatornák kifejeződése változik ALS SOD1-G93A egerek lumbális motoneuronjain. Az eddig elvégzett vizsgálatok, azt mutatják, hogy a KCC2 csatorna kifejeződése csökken ALS SOD-G93A egerek lumbális motoneuronjain a betegség lefolyása során. Azokon a motoneurokon (pl. szemmozgató izmokat innerváló motoneuronok), amelyek rezisztensek az ALS-sel szemben a KCC2 csatornák kifejeződése nem csökken. Érdekessége az eddig elért eredményeknek, hogy a motoros funkció csökkenése és a KCC2 csatorna kifejeződésének csökkenése párhuzamosan zajlik.

Progenitor sejtekkel az ALS ellen

Neurális progenitor sejtek (NPC-k) megtalálhatóak felnőtt központi idegrendszerben. Az NPC-k úgynevezett niche-t alkotnak és a neurodegeneráció hatására migrálni, osztódni kezdenek és hozzájárulnak a neurogenezishez. Azonban a neurodegeneráció során termelődő toxinok és egyéb gátló faktorok akadályt jelentenek az NPC-knek, hogy az elpusztult motoneuronok helyébe léphessenek.
Az elmúlt időszakban, ezért számos tanulmány fókuszált arra, hogy az NPC-k intratechális, intraspinális vagy szisztémás alkalmazásával előmozdítsák a motoneuronok túlélését különböző egér és patkány ALS modellben.
Humán NPC-k intraspinális alkalmazása patkány ALS modellben 10 nappal megnövelte a patkányok életidejét és a transzplantált NPC-k neuronokká differenciálódtak továbbá szinaptikus kapcsolatot alakítottak ki a gazdaszövet motoneuronjaival. Azonban a funkcionális teszteken nem szerepeltek jobban, mint a kezeletlen ALS patkányok. Ezek az eredmények arra engedték következtenti a kutatókat, hogy a corticospinális pálya és más leszálló pályák degenerációja okozhatja a gyenge funkcionális eredményeket az NPC-vel kezelt ALS állatok esetében.
A fenti eredményekből kifolyólag a következő kísérletekben a teljes neuroaxis területén alkalmazták az NPC-ket. A kezelés hatására az ALS patkányok életideje 17 nappal nőtt meg.
Kifejlesztettek olyan NPC-ket is, amelyek nagy mennyiségben expresszáltak GDNF-t és VEGF-t. Ezen NPC-k intraspinális alkalmazása során a motoneuronok száma nem csökkent olyan drasztikusan ALS patkányok esetében, mint nem kezelt társaiknál.
Az előző és a mostani blogbejegyzésemben leírt eredmények azt mutatják, hogy a különböző forrásból származó őssejtek kísérletes körülmények között képesek késleltetni az ALS lefolyását, de az őssejtek jelenleg nem jelentenek megoldást a betegség leküzdésére.

Őssejtekkel az ALS ellen

Preklinikai kísérletek már többször bebizonyították, hogy az őssejtek képesek voltak késleltetni az ALS lefolyását. Azonban az alkalmazott őssejtek különböző forrásból származtak és különböző módon is fejtették ki jótékony hatásukat.

Embrionális őssejtek

Korábbi tanulmányok már kimutatták, hogy embrionális őssejtekből megfelelő kezelés hatására létrehozhatók motoneuronok. Ebből kiindulva adódott a lehetőség, hogy ezeket az embrionális őssejt-eredetű motoneuronokat  G93A-SOD1 patkányba (ALS-ben szenvedő patkány) ültessék be. A kísérlettől azt várták, hogy a beültetett motoneuronok majd axonokat növesztenek és innerválják a végtag izmokat.  Azonban a kísérlet nem járt sikerrel, mert a beültett embrionális eredetű-motoneuronok csak rövid ideig éltek túl és nem voltak képesek axonokat növeszteni a végtagizmokhoz. Továbbá nem elhanyagolható az a tény sem, hogy humán embrionális őssejtek felhasználása súlyos etikai kérdéseket vet fel.

Mesenchimális őssjetek

A köldökzsinór vérből izolált őssejtek (UBSC) szintén nagy differenciálódási kapacitással bírnak. ALS egerek agykamráiba injektálva ezeket a sejteket megnövelhető közel 10%-kal az ALS egerek túlélési ideje. A beinjektált UBSC az agykamra falára tapadtak ki, de a gerincvelőbe nem vándoroltak be. Feltételezik, hogy a transzplantált őssejtek olyan neurotrofikus faktorokat, anti-inflammatorikus citokineket termeltek, amelyek késleltették a betegség időbeni lefolyását.

Mesenchimális őssejtek találhatók még a vöröscsontvelőben is. Ezen őssejtek alklamazásával lehetőség nyílik arra, hogy a páciens saját mesenchimális őssejtjeit kapja vissza (autológ transzplantáció), kiküszöbölve ezzel az élethosszig tartó immunszupresszánsok alkalmazását. G93A-SOD1 egerek (ALS egér törzs) autológ mesenchimális őssejt kezelésen estek át. Az őssejteket intratechálisan, intraspinálisan vagy intravénásan alkalmazták. Az G93A-SOD1 egerek életideje megnövekedett és a motoros funkciót mérő tesztekben is jobban teljesítettek, mint azok az G93A-SOD1 egerek, amelyek nem kaptak őssejt kezelést.

A következő blogbejegyzésemben a progenitor sejtek hatásairól írok.

Sclerosis lateralis amyotrophica (ALS)

Korábbi írásaimban SMA-val kapcsolatos munkákat mutattam be. Azonban vannak más motoneuronokat érintő betegségek is. Ilyen például a Sclerosis lateralis amyotrophica (ALS).
Az ALS a motoneuronok pusztulásával járó neurodegeneratív megbetegedés, amely a test izmainak gyengeségéhez, sorvadásához (amyotrophia) és néhány éven belül halálhoz vezet.  A motoneuronok mellett a motoros kéreg piramissejtjei is érintettek lehetnek a betegségben. Ez vezet a lateralis funiculus sorvadásához (sclerosis lateralis).  A betegségnek 2 formája ismert: sporadikus, diffúz etiológiájú (90-95%) és familiáris (5-10%). A familiáris esetek többségében igazolható a réz-cink superoxid dismutase (SOD1) mutáció. A SOD1-hiány a familiáris ALS-ek 20%-áért felelős, ezért más génhibák is szerepet játszhatnak a betegség kialakulásában. Azonban az ALS esetek túlnyomó részében az ok ismeretlen.
A Sod1 mutáns transgenikus egerek létrehozásával új lehetőségek nyíltak a betegség lefolyásának vizsgálatára. Az eddig elvégzett kísérletek megingatták a hagyományos betegséglefolyás képét ALS-ben.  A hagyományos elképzelés szerint először a sejttest degenerálódik, majd ezt követi az axon és a véglemez károsodása.  A Sod1G93A mutáns egérben a tünetek megjelenése előtt beindult a véglemezek denervációja, majd a tünetek megjelenésével párhuzamosan degenerálódtak az axonok és végül kiterjedt motoneuron pusztulás következett be.  Bár a motoneuron különböző részeinek megmentésére tett kísérletek eredményei rendkívül biztatóak, a korai véglemez károsodás mechanizmusait a SOD1 modellben nem sikerült tisztázni.

Excitotoxicitás

A glutamaterg neuronok kulcsfontosságú szerepet játszanak számos neurophysiologiai folyamatban. Normál körülmények között serkentő választ generál kölcsönhatva a posztszinaptikus glutamát receptorokkal. Azonban a glutamát receptorok folyamatos aktivációja neuronális diszfunkciót eredményezhet, amely a sejt halálához vezethet. Ezt a folyamatot nevezzük excitotoxicitásnak, mely a neurodegeneratív betegségek (ALS, SMA) során az egyik kiváltó oka a neuronok pusztulásának.

A serkentő hatású glutamát különböző receptorokon fejtheti ki hatását. Ezek lehetnek ionotróp receptorok és metabotrop receptorok. Az ionotróp receptorok közé tartozik az N - metil-D - aszparaginsav ( NMDA) , α - amino -3 -hidroxi -5- metil-izoxazol -4 - propionát ( AMPA) és kainsav (KA ) receptorok. Ezek az ionotróp receptorok ligand-vezérelt ion csatornák. A metabotróp receptorok G fehérje kapcsoltak.

Mi történik az excitotoxicitás során? A következőekben csak az NMDA és AMPA receptorokhoz köthető folyamatokról írok. A felszabaduló glutamát kapcsolódik az NMDA és AMPA receptorokhoz, melynek eredménye, hogy Ca2+ és Na+ áramlanak a sejtbe. Normál körülmények között a felszabadult glutamátot főleg az asztrocitákon található EAAT2/GLT1 glutamát transzporterek eltávolítják a szinaptikus résből. Kóros esetekben a glutamát nem kerül eltávolításra a szinaptikus résből és folyamatosan aktiválja az NMDA és AMPA receptorokat. Ennek eredménye, hogy a Ca2+ és Na+ folyamatosan áramlanak be a sejtbe, ezzel depolarizálva azt. A Ca2+ és Na+ koncentráció egy idő után olyan szintet ér el a citoplazmában, hogy megnyílnak a feszültségfüggő Ca2+ csatornák és további Ca2+ áramlanak az extracelluláris térből a citoplazmába. A nagy koncentrációban jelenlévő Ca2+ iont nem tudja a sejt megkötni, ezért olyan szignalizációs útvonalak aktiválódnak, amelyek beindítják az apoptózist. A sejt folyamatos tüzelése és az aktivált apoptotikus útvonal végül a sejt pusztulásához vezet.