Stanovisko MDS - Využití terapií kmenovými buňkami u Parkinsonovy choroby

Shrnutí pro Laye: Využití buněčných terapií u Parkinsonovy choroby

Leden 2021

Výbor pro vědecké otázky jménem Mezinárodní společnosti pro Parkinsonovu chorobu a poruchy pohybu (MDS) si od uznávaných mezinárodních odborníků objednal stručný přehled současného místa buněčných terapií u Parkinsonovy choroby (PD). Tento přehled má čtenářům poskytnout vyvážený pohled na současný stav buněčných terapií u PD.

V posledních několika letech došlo k pozoruhodnému pokroku ve vývoji potenciálních nových terapií pro Parkinsonovu chorobu (PCH). Zájem se zaměřil zejména na buněčné terapie, včetně použití kmenových buněk. Teoreticky by takové buňky mohly nahradit nebo opravit buňky ztracené nebo poškozené v průběhu onemocnění, a tím zlepšit symptomy. Taková strategie však má i důležitá omezení. Patří mezi ně identifikace stádia onemocnění, které je pro tento typ terapie nejvhodnější, definice typu nervových buněk s nejvhodnějšími vlastnostmi, přeměna kmenových buněk na nervové buňky s normálními fyziologickými funkcemi, zajištění toho, aby nekontrolovatelně nerůstaly a netvořily nádory (zvláštní riziko představuje u kmenových buněk), jejich bezpečné vstřikování na správné místo v mozku pacienta, jejich spojení s dalšími zbývajícími nervovými buňkami a komunikace s nimi bez nežádoucích účinků. PCH navíc zahrnuje ztrátu různých typů buněk a současné úsilí se zaměřuje především na nahrazení pouze nervových buněk produkujících dopamin, což znamená, že ne všechny symptomy se po tomto typu buněčné terapie pravděpodobně zlepší.

Několik podniků po celém světě nabízí „terapii kmenovými buňkami“ pro mnoho neurologických onemocnění včetně Parkinsonovy choroby, a to injekcí „kmenových buněk“ do žil, mozkomíšního moku nebo dokonce mozku. Povaha těchto „kmenových buněk“ se značně liší, pokud jde o jejich původ a potenciál stát se nervovými buňkami. Některé kliniky tvrdí, že kmenové buňky se nemusí vyvíjet v nervové buňky, ale místo toho uvolňují nedefinovaný koktejl faktorů, které mají nějakým způsobem podporovat přežití zbývajících nervových buněk nebo je stimulovat k obnově nových kontaktů v mozku. Informace o vědeckých laboratorních studiích, které podporují použití těchto typů přístupů, a o výsledcích těchto léčebných postupů by měly být publikovány v recenzovaných lékařských a vědeckých časopisech. Bohužel ve většině těchto případů chybí příslušné předložení technik a výsledků k nezávislému vědeckému recenznímu řízení. Regulační schválení postupu nemusí být ani zavedeno. Mnoho tvrzení o značném přínosu je nepodložených a nezabývá se potenciálně velmi významnými vedlejšími účinky. Znepokojivou praxí, která se vyvinula, je „turistika kmenových buněk“, při níž pacienti cestují na velké vzdálenosti a platí velké částky peněz soukromým klinikám za tyto neprokázané buněčné terapie. 

Společnost by ráda pacienty varovala před některými léčebnými postupy, které jsou prováděny bez odpovídajícího podpůrného vědeckého výzkumu a mimo uznávané akademické nebo klinické prostředí. Společnost plně podporuje výzkum v oblasti buněčných terapií a uznává, že výzkum v této důležité oblasti může potenciálně hodně přinést. Dokud však nebude prokázána bezpečnost a přínosnost těchto léčebných postupů a nebude potvrzena údaji publikovanými v uznávaných vědeckých časopisech, které objektivně zkoumají jejich postupy, společnost pacienty povzbuzuje k účasti pouze na studiích buněčné terapie, které jsou součástí výzkumného programu spojeného s uznávanou akademickou institucí s přísným dohledem a schválením regulačními orgány.

---

 

Použití buněčných terapií pro Parkinsonovu chorobu

Stanovisko Mezinárodní společnosti pro Parkinsonovu chorobu a poruchy pohybu

 

Tento dokument je aktualizovanou verzí dříve zveřejněného stanoviska Společnosti a byl připraven současnými členy Výboru pro vědecké otázky MDS: Patrikem Brundinem, MD, PhD.¹Lorraine V. Kalia, MD, PhD²Abby L. Olsen, MD, PhD³Ece Bayram, MD, PhD⁴, Han-Lin Chiang, MD⁵, Hideki Mochizuki, MUDr⁶Serge Przedborski, MD, PhD⁷, Un Jung Kang, MUDr⁸ a Stella M. Papa, MD⁹

¹ Van Andel Institute, Centrum pro neurodegenerativní vědu, Grand Rapids, Michigan, USA. ² Klinika poruch pohybu Mortona a Glorie Shulmanových a program Edmonda J. Safry pro Parkinsonovu chorobu, Nemocnice Toronto Western, Neurologické oddělení, Lékařská fakulta, Univerzita v Torontu, Toronto, ON, Kanada. ³ Neurologické oddělení, Harvard Medical School, Brigham and Women's Hospital, Boston, Massachusetts, USA. ⁴ Centrum pro Parkinsonovu chorobu a další poruchy pohybu, Katedra neurověd, Kalifornská univerzita v San Diegu, La Jolla, Kalifornie, USA. ⁵ Neurologický ústav, Všeobecná nemocnice pro veterány v Tchaj-peji, Tchaj-pej, Tchaj-wan. ⁶ Neurologická klinika, Ósaka, Univerzitní postgraduální lékařská fakulta, Ósaka, Japonsko.  ⁷ Katedry neurologie, patologie a buněčné biologie a neurověd, oddělení poruch dělení a pohybu a Centrum pro biologii a onemocnění motorických neuronů, Kolumbijská univerzita, New York, New York, USA. ⁸ Neurologická klinika, Grossmanova lékařská fakulta Newyorské univerzity, New York, New York, USA. ⁹ Národní výzkumné centrum primátů Yerkes, Neurologická katedra, Lékařská fakulta Emory University, Atlanta, Georgie, USA.

Úvod

V posledních desetiletích došlo k vzrušujícímu pokroku ve vývoji potenciálních nových terapií pro Parkinsonovu chorobu (PCH). Existuje velký zájem o buněčné terapie, včetně využití kmenových buněk. Teoreticky by takové buňky mohly nahradit nebo opravit buňky ztracené nebo poškozené v průběhu onemocnění, a tím zlepšit funkci. Tyto strategie však mají významná omezení. Patří mezi ně reprodukovatelná produkce dostatečného počtu buněk s požadovaným neuronálním fenotypem, jejich bezpečná transplantace na správné místo v mozku a zajištění schopnosti propojit se s jinými neurony pomocí vhodných fyziologických interakcí. PCH zahrnuje ztrátu různých typů buněk a kompenzační plastické změny v dalších neuronálních populacích a souvisejících mozkových okruzích. Většina současného výzkumu se zaměřuje na nahrazení dopaminových neuronů transplantací. Zda lze doufat pouze ve snížení motorických symptomů, nebo také ve zmírnění některých nemotorických symptomů pozorovaných u PCH, stále není jasné. Dále není jasné, zda budou transplantace stejně účinné ve všech stádiích onemocnění, a není plně pochopeno, jak se nahrazené buňky mohou funkčně integrovat s obnoveným mozkem, zejména u pokročilého onemocnění. I když je mozek imunologicky privilegovaným místem transplantace, imunosuprese pravděpodobně zvýší přežití transplantátu, pokud buňky nejsou geneticky identické s příjemcem štěpu. Nejlepší typ a nezbytná délka trvání takové imunosupresivní léčby však nejsou známy. Dalšími obavami jsou potenciální vedlejší účinky, včetně tvorby nádorů, což je u kmenových buněk zvláštní riziko. Zde stručně shrneme dostupná data, abychom čtenářům poskytli vyvážený pohled na současný stav buněčných terapií u Parkinsonovy choroby.

Společnost by ráda informovala pacienty, že některé léčebné metody jsou prováděny bez odpovídajícího podpůrného vědeckého výzkumu a mimo uznávané akademické nebo klinické prostředí. Společnost plně podporuje výzkum v oblasti buněčných terapií a uznává, že v této důležité oblasti je třeba udělat mnoho. Dokud však nebude prokázáno, že takové léčby jsou přínosné a bezpečné, a nebude ověřena údaji publikovanými v uznávaných vědeckých časopisech, doporučuje pacientům účastnit se pouze studií buněčné terapie, které jsou součástí výzkumného programu v uznávané akademické instituci s přísným dohledem.

Vědecké pozadí

Nedávný pokrok v technologii kmenových buněk a regenerativní medicíně vedl k četným pokusům o využití buněčných terapií k opravě mozku u pacientů s neurodegenerativním onemocněním. Buněčná terapie zahrnuje zavedení nových funkčních buněk k obnovení poškozené tkáně. U Parkinsonovy choroby (PCH) je jedním z hlavních způsobů využití buněčné terapie transplantace dopaminergních neuronů, které nahrazují funkci buněk ztracených během neurodegenerativního procesu. Navzdory velkému pokroku v oblasti regenerativní medicíny přetrvává několik výzev, které by mohly podpořit využití kmenových buněk pro tento typ terapie u PCH. Ne všechny protokoly používané k diferenciaci kmenových buněk vedou ke vzniku pravých nigrálních dopaminergních neuronů, které jsou schopny účinně reinervovat hostitelské striatum. Většina přístupů k buněčné terapii navíc přehlíží, že ztráta dopaminergní inervace je v předním mozku rozšířená a že degenerují i ​​nedopaminergní neurony. Dalšími body, které přístupy k transplantaci buněk obvykle neřeší, je, že u PCH se vyskytují abnormality neuronálních buněk a že zavedení nových buněk neřeší záhadný základní proces onemocnění. I kdyby tedy bylo možné úspěšně nahradit dopaminergní neurony, taková buněčná terapie by nepředstavovala „léčbu“, protože by se nezabývala léčbou „dopamin-rezistentních“ motorických rysů (např. ztuhnutí a posturální nestabilita) ani běžných nemotorických symptomů, jako je demence, halucinace, ztráta čichu, abnormální spánek a dysautonomie, které mají významný dopad na kvalitu života pacientů s Parkinsonovou chorobou. Kromě toho je velkou výzvou kompenzační mechanismus, který se vyvíjí v mnoha oblastech mozku v reakci na postupnou ztrátu dopaminergních neuronů (1-3), a pochopení toho, jak transplantované buňky interagují s těmito změnami plasticity mozku. A konečně, protože současné buněčné terapie neřeší kontinuální degenerativní proces, je možné, že transplantované buňky jsou také přímo ovlivněny základním onemocněním. Proto, i když je technicky možné diferencovat kmenové buňky na neurony, které mají vlastnosti podobné dopaminergním neuronům, měly by být cíle a očekávání této buněčné terapie v klinické aplikaci pečlivě zváženy. Kromě toho v současné době probíhá značný počet studií zaměřených na optimalizaci různých typů buněčné terapie. To zahrnuje transplantaci fetálních dopaminových neuronů, embryonálních, mezenchymálních a nervových kmenových buněk a použití přeprogramovaných fibroblastů a astrocytů.

Transplantace fetálních dopaminergních neuronů

Počáteční povzbudivé výsledky malých, nerandomizovaných studií transplantací fetálních dopaminových neuronů ukázaly, že úspěšná reinervace striata by mohla vést ke zlepšení motorických funkcí u pacientů s Parkinsonovou chorobou (PD) (4-6). Nicméně, když byla transplantace embryonálních dopaminových neuronů provedena ve větších, randomizovaných, kontrolovaných studiích s předstíranou operací, nebyly zpočátku pozorovány žádné významné nebo pouze mírné klinické přínosy u pacientů s PD (ve věku 60 let a mladších). Delší následné studie byly povzbudivější (7, 8), zejména u pacientů, u kterých byla před operací dopaminergní denervace omezena na dorzální části striata (9).

Implantované dopaminové neurony přežívají, což bylo prokázáno jak postmortálními studiemi, tak funkčními PET studiemi u mnoha pacientů (10, 11). Nedávné studie však prokázaly akumulaci agregátů alfa-synukleinu, které vykazují charakteristiky Lewyho patologie, v malé části těchto přeživších neuronů. Studie na zvířatech prokázaly, že alfa-synuklein se může přenášet mezi hostitelem a transplantovanými buňkami (12-16), což naznačuje, že u lidí by implantované buňky mohly nabývat stejných patologických procesů, jaké se vyskytují u Parkinsonovy choroby. Co to znamená pro funkci štěpu, není známo, vzhledem k tomu, že byly pozorovány dobré dlouhodobé účinky štěpu (17) a počet buněk vykazujících tuto patologii je malý (8).

Vývoj dyskinezí bez medikace (18, 19) u některých pacientů, kteří podstoupili transplantaci fetálních nigrálních dopaminových neuronů, je znepokojivý. Základní mechanismus těchto tzv. „štěpem indukovaných dyskinezí“ (GID) není plně objasněn. Mezi mechanismy, které k tomuto vývoji pravděpodobně přispívají, patří předchozí podání L-DOPA do striata, které vede k dyskinetickým reakcím na dopamin odvozený ze štěpu (20), zahrnutí serotoninových neuronů do roubované tkáně (21) a heterogenní distribuce inervace odvozené ze štěpu v celém hostitelském striatu (8, 22, 23). Evropská studie TRANSNEURO, která je v současné době stále hodnocena, byla navržena tak, aby lépe porozuměla potenciálním přínosům a omezením terapie transplantací fetálních buněk (24).

Další buněčné terapie

Alternativní zdroje dopaminových neuronů pro transplantaci jsou zkoumány již více než dvě desetiletí. V současné době existuje mnoho globálních spoluprací, jejichž cílem je uvést buněčnou terapii Parkinsonovy choroby do klinického využití. Příkladem takové spolupráce je G-FORCE PD (http://www.gforce-pd.com) (25). Některé zdroje kmenových buněk nesdílejí etické obavy spojené s použitím fetální tkáně. Pokud zdroj buněk umožňuje dramatické zvýšení jejich počtu před operací, zřejmou výhodou by bylo poskytnutí většího počtu transplantovatelných dopaminových neuronů. Diferenciace dopaminergních neuronů z embryonálních kmenových buněk, mezenchymálních kmenových buněk nebo reprogramovaných somatických buněk, zejména fibroblastů, byla zkoumána. Tyto různé zdroje buněk jsou stručně diskutovány níže.

Mezenchymální kmenové buňky

Mezenchymální kmenové buňky (MSC) jsou multipotentní kmenové buňky, které lze izolovat z kostní dřeně, tukové tkáně a pupečníkové krve. Bylo hlášeno, že transplantace MSC odvozených z kostní dřeně, které se údajně diferencovaly na dopaminergní neurony, zlepšuje motorické funkce u hlodavcích modelů Parkinsonovy choroby, bez důkazů o tvorbě nádoru (26). Ověření, že se tyto buňky mohou plně diferencovat na dopaminové neurony, však nesplňuje nejvyšší současné standardy pro rigoróznost a reprodukovatelnost a schopnost MSC diferencovat se na dopaminové neurony zůstává neprokázána. Kromě své regenerační schopnosti MSC uvolňují širokou škálu rozpustných faktorů. Na základě svých potenciálních trofických a protizánětlivých účinků byly MSC proto zkoumány jako buněčné terapie pro pacienty s atypickým parkinsonismem – mnohočetnou systémovou atrofií (27) a progresivní supranukleární obrnou (28). Je důležité si uvědomit, že vzhledem k neprokázané diferenciaci je zapotřebí více experimentálních studií, než bude možné tyto buňky zvážit pro klinické použití u Parkinsonovy choroby, a proto v současné době neexistují žádné klinické programy s transplantací mezenchymálních kmenových buněk (MSC), které by spočívaly na pevném vědeckém základu.

Embryonální kmenové buňky

Embryonální kmenové buňky (ESC) jsou pluripotentní, a proto je lze diferencovat na jakýkoli typ buňky v těle, včetně dopaminových neuronů. Zpočátku byly protokoly pro tento postup relativně neefektivní, ačkoli se to změnilo s protokoly, které byly v posledním desetiletí zdokonaleny (29). Úspěšná transplantace dopaminových neuronů diferencovaných z lidských ESC byla provedena na hlodavčích modelech, přičemž mnoho skupin prezentovalo důkazy o funkčním zotavení i přežití štěpu (29-33). Mezi problémy s tímto přístupem patří riziko tumorigeneze, např. vývoj teratomů, které obsahují buňky ze všech zárodečných vrstev, nebo pokračující proliferace částečně diferencovaných nervových prekurzorů obsažených v přípravě štěpu (32, 34). Nejnovější přístupy zabraňují pokračující proliferaci buněk a tvorbě nádorů a vedou ke vzniku dopaminových neuronů, které se podobají skutečným dopaminovým neuronům substantia nigra. Existují programy sponzorované průmyslem, jejichž cílem je zavést tyto dopaminové neurony odvozené z lidských ESC do klinických studií. V současné době se zaměřujeme na zvýšení produkce buněk, zajištění reprodukovatelnosti šarží od šarže a splnění regulačních standardů GMP (Good Manufacturing Process).

Přeprogramované somatické buňky

Nobelova cena za fyziologii a medicínu za rok 2012 byla udělena Johnu Gurdonovi a Shinyovi Yamanakovi za objev, že dospělé zralé buňky lze přeprogramovat tak, aby „znovuobjevily“ své regenerační vlastnosti. V současné době se toho dosahuje zvýšením exprese genů, které nutí buňku stát se pluripotentní a znovu získat své původní vlastnosti „kmenových buněk“. Původně se to dělalo nadměrnou expresí čtyř transkripčních faktorů (Oct4, Sox2, Klf4 a Myc), které mohou přeprogramovat diferencované buňky (např. fibroblasty, mononukleární buňky periferní krve) tak, aby se staly pluripotentními a vykazovaly vlastnosti embryonálních kmenových buněk (ESC) (35). Tyto buňky se označují jako „indukované pluripotentní kmenové buňky“ nebo iPSC. iPSC lze diferencovat na dopaminové neurony pro transplantaci pacientům. Tento přístup se tedy vyhýbá použití fetálních neuronů nebo embryonálních kmenových buněk a pokud jsou buňky odvozeny od pacienta, tj. autologní iPSC, nehrozí jim žádné riziko imunologické rejekce. Experimentální studie transplantace iPSC do zvířecích modelů Parkinsonovy choroby prokázaly funkční zotavení (36). I když dopaminové neurony lze nyní generovat z iPSC, tyto buňky stále nesou riziko vzniku nádoru podobně jako ESC. V současné době však existuje několik protokolů pro eliminaci buněk tvořících nádory, které jsou předmětem výzkumu.  

V otevřené studii v Japonsku podstoupili tři pacienti transplantaci 2.4 milionu dopaminergních progenitorových buněk odvozených z iPSC z každé strany do putamenu bez dosud hlášených komplikací a čtyři další pacienti jsou v sledu léčby, aby se otestovala bezpečnost a účinnost této buněčné terapie (Klinická studie: R000038278) (37). Tyto iPSC byly odebrány z banky kmenových buněk a částečně porovnány s hostiteli z hlediska histokompatibilních antigenů.

Nedávná kazuistika navíc popisuje pozitivní účinky roubovaných dopaminergních progenitorových buněk středního mozku u jednoho pacienta s Parkinsonovou chorobou, které byly diferencovány z autologních iPSC generovaných z fibroblastů pacienta (38). Bylo hlášeno, že preparát roubovaných buněk neobsahuje nediferencované iPSC. Kromě malé velikosti a možného placebo efektu je důležité zdůraznit, že tento typ nekontrolovaných studií jednotlivých případů postrádá vědeckou přesnost, a proto z jejich výsledků nelze vyvodit žádné závěry (39, 40). Přístup, který byl zkoumán v laboratoři, ale dosud nedosáhl klinického vývoje, je přímá konverze dospělých buněk na dopaminergní neurony. Pomocí přístupu, který zahrnuje nadměrnou expresi specifických transkripčních faktorů (NURR1, LMX1a, FOXA2), lze fibroblasty přímo převést na dopaminové neurony, aniž by vstoupily do pluripotentního stavu (41-43). Celkový výtěžek dopaminových neuronů však zůstává nízký a funkční zlepšení po roubování na zvířecích modelech onemocnění dosud nebylo prokázáno (44). Očekává se, že pokrok ve vývoji strategií přeprogramování pro konzistentní řízení exprese transkripčních faktorů ve výchozích buňkách zlepší výtěžnost indukovaných dopaminových neuronů. Kromě toho může lepší pochopení molekulárních základů buněčného přeprogramování přispět ke zdokonalení současných metodologií. Velmi nedávno se myšlenka, že astrocyty lze in situ v mozku přeměnit na dopaminové neurony, stala inovativní oblastí výzkumu, která by se v nadcházejícím desetiletí mohla rozvinout do klinických programů. Je pozoruhodné, že astrocyty, které byly in situ přeměněny na dopaminové neurony s nigrálním fenotypem, byly nedávno prokázány jako úspěšné v navazování funkčních spojení a zachraňování motorické poruchy v myším modelu Parkinsonovy choroby (45), což naznačuje, že by to mohla být slibná budoucnost buněčné terapie.

Veřejně nabízené klinické terapie založené na buňkách 

Na celém světě existuje několik organizací, které pacientům nabízejí terapii kmenovými buňkami. Často se jedná o intravenózní nebo intrathekální podávání buněčných preparátů obsahujících MSC různé čistoty k léčbě řady různých neurologických onemocnění za značné náklady pro pacienty. MSC odvozené z tukové tkáně se staly nejvíce využívanými kvůli snadnému odběru buněk pomocí relativně malých zákroků, jako je liposukce (46). O výsledcích těchto terapií je k dispozici jen málo vědeckých informací, včetně velmi omezených údajů o bezpečnosti (47). V sérii případů byla retrospektivně shromážděna data od 17 pacientů s parkinsonismem, kteří tyto zákroky podstoupili (48). Pacientům byla intrathekálně aplikována autologní netříděná buňka kostní dřeně, což bylo bezpečné a dobře tolerované, ale po mediánu pozorování 10 měsíců nebyl pozorován žádný přínos. Intrathekální aplikace autologních buněk kostní dřeně se proto v takových nekontrolovaných podmínkách nedoporučuje. 

Závěr

Buněčné terapie by měly prokázat účinnost a bezpečnost, zejména pokud jde o absenci nežádoucích imunitních reakcí, tvorby nádorů nebo dyskinezí. Ve výzkumu terapie kmenovými buňkami, zejména u Parkinsonovy choroby, došlo k velkému pokroku a klinické studie stále probíhají. Prozatím však stále neexistuje dostatek důkazů, které by podporovaly široké používání buněčných terapií pro Parkinsonovu chorobu mimo pečlivě kontrolované klinické studie. Doufáme v budoucí pokrok v těchto terapiích založených na rozsáhlých translačních studiích na vhodných zvířecích modelech a v mezinárodních klinických přístupech s řádně navrženými studiemi.

Zveřejnění týkající se této práce
PB je placený konzultant pro Fujifilm-Cellular Dynamics Inc.