Een studie vandaag verschenen in het tijdschrift Cell
Stem Cell toont aan dat menselijke hersencellen aangemaakt
door herprogrammering van huidcellen zeer effectief zijn bij
de behandeling van myeline aandoeningen, een familie van
ziekten waaronder multiple sclerose en zeldzame stoornissen
bij kinderen onder de naam pediatrische leukodystrofieën.
De studie is de eerste succesvolle poging om menselijke
geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC) te gebruiken om
een populatie van cellen te produceren die kritisch zijn
voor neurale signalering in de hersenen. In casu hebben de
onderzoekers cellen gemaakt uit menselijke huid en die
getransplanteerd in diermodellen met de myeline ziekte.
"Deze studie ondersteunt sterk de bruikbaarheid van
hiPSCs als een haalbare en effectieve bron van cellen om
myeline aandoeningen te behandelen", aldus de Universiteit
van Rochester Medical Center (URMC) neuroloog Steven
Goldman, MD, Ph.D., hoofdauteur van de studie. "In feite is
gebleken dat cellen uit deze bron ten minste even
doeltreffend zijn als die gemaakt met embryonaal of
weefselspecifieke stamcellen."
De ontdekking opent de deur naar potentiële nieuwe
behandelingen met hiPSC afgeleide cellen voor een reeks
neurologische ziekten gekenmerkt door verlies van een
specifieke celpopulatie in het centraal zenuwstelsel
myeline. Zoals de isolatie gevonden op elektrische draden,
is meyeline een vetweefsel dat de verbindingen tussen
zenuwcellen verzorgt en de heldere transmissie van signalen
van de ene cel naar de andere waarborgt. Wanneer myeline
weefsel beschadigd is, kan de communicatie tussen cellen
worden verstoord of zelfs verloren gaan.
De meest voorkomende myeline aandoening is multiple
sclerose, een aandoening waarbij het lichaamseigen
immuunsysteem myeline aanvalt en vernietigt. Het verlies van
myeline is ook het kenmerk van een familie van ernstige en
vaak dodelijke ziekten bekend als pediatrische
leukodystrofieën. Terwijl individueel zeer zeldzaam, worden
in de VS jaarlijks enkele duizenden kinderen geboren met een
vorm van leukodystrofie.
De bron van de myeline cellen in de hersenen en
ruggenmerg wordt oligodendrocyte genoemd. Oligodendrocyten
zijn op hun beurt de nakomelingen van een cel genaamd de
oligodendrocyt progenitor cel of OPC. Myeline aandoeningen
zijn lang beschouwd als een potentieel doelwit voor
cel-gebaseerde therapieën. Wetenschappers hebben een theorie
opgesteld als zouden gezonde OPC's met succes kunnen worden
getransplanteerd naar de zieke of gewonde hersenen; deze
cellen zouden nieuwe oligodendrocyten kunnen produceren en
zo de verloren myeline herstellen, waardoor de schade
veroorzaakt door deze ziekten wordt omgekeerd.
Er zijn echter een aantal obstakels die de wetenschappers
dwarsbomen. Eén van de belangrijkste uitdagingen is dat
OPC's volwassen cellen zijn in het centrale zenuwstelsel die
pas laat verschijnen in de ontwikkeling.
"In vergelijking met neuronen, die behoren tot de eerste
cellen gevormd in de menselijke ontwikkeling, zijn er meer
fasen en nog veel meer stappen nodig om gliale cellen, zoals
OPC's te creëren", aldus Goldman. "Dit proces vereist dat we
de fundamentele biologie en de normale ontwikkeling van deze
cellen begrijpen en vervolgens in de juiste volgorde in het
lab kunnen reproduceren.
Een andere uitdaging is het identificeren van de ideale
bron van deze cellen. Veel onderzoek is tot nu toe gericht
op cellen afgeleid van weefsel-specifieke en embryonale
stamcellen. Terwijl het onderzoek met behulp van deze cellen
kritisch inzicht heeft opgeleverd in de biologie van
stamcellen, zijn deze bronnen niet ideaal om te voldoen aan
de vraag eens cel-gebaseerde therapieën steeds vaker zullen
voortkomen.
De ontdekking in 2007 dat menselijke huidcellen kunnen
worden "geprogrammeerd" tot het punt waar zij tot een
biologische toestand komen equivalent aan een embryonale
stamcel, genaamd geïnduceerde pluripotente stamcel,
vertegenwoordigt een nieuw pad voorwaarts voor
wetenschappers. Omdat deze cellen worden gemaakt uit eigen
huid zou deze genetische eigenheid de kans op afstoting na
transplantatie significant verminderen. Deze cellen beloven
ook een overvloedige bron van materiaal voor het maken van
de cellen die nodig zijn voor therapieën.
Goldman's team was het eerste dat met succes het complexe
proces van het gebruik van hiPSCs aan OPC's kon beheersen.
Dit proces bleek tijdrovend. Het nam Goldman's lab vier jaar
om het exacte chemisch signaal te herprogrammeren, te
produceren en uiteindelijk OPC's te zuiveren in voldoende
hoeveelheden voor transplantatie. Verder vraagt elk
preparaat bijna zes maanden om van huidcel naar een
transplanteerbare bevolking van myeline-producerende cellen
te gaan.
Eens geslaagd in de identificatie en zuivering van OPCs
hiPSCs slaagden zij er vervolgens in het vermogen van de
cellen om nieuwe myeline te maken te activeren wanneer
getransplanteerd in muizen met een erfelijke leukodystrofie
dat hen eigenlijk genetisch ongeschikt maakt om myeline te
produceren.
Zij vonden dat het OPCs zich verspreidde in de hersenen
en myeline begon te produceren. Zij merkten op dat
hiPSC-afgeleide cellen dit nog sneller deden, efficiënter en
effectiever dan cellen gemaakt met behulp van uit weefsel
afgeleide OPC's. De dieren waren ook vrij van tumoren, een
gevaarlijke bijwerking van bepaalde stamceltherapieën en
overleefden aanzienlijk langer dan onbehandelde muizen.
"De nieuwe populatie van OPC's en oligodendrocyten was
overvloedig en volledig," zegt Goldman. "In feite bleek het
re-myelinisatie-proces sneller en efficiënter dan met andere
cel bronnen."
De volgende fase in de evaluatie van deze cellen -
klinische studies - ligt niet lang meer in het verschiet.
Goldman, samen met een team van onderzoekers en clinici uit
Rochester, Syracuse, en Buffalo, bereiden zich voor op een
klinische studie met behulp van OPC's behandeling van
multipele sclerose. Deze groep, onder de naam Upstate MS
Consortium, is goedgekeurd voor financiering door de staat
New York Stem Cell Science (NYSTEM). Terwijl de studies van
deze consortia's - waarvan de vroege stadia gepland zijn om
te beginnen in 2015 - zich zullen richten op cellen
afkomstig van weefselsbronnen, vrerwacht Goldman dat hiPSC
afgeleide OPC's ook uiteindelijk zullen worden opgenomen in
dit project.
Vertaling Andre Teirlinck
