Artikel 5
MILSTOLPAR inom MS-FORSKNINGEN
STAMCELLEN – framtidens hopp?
Det finns några basala biologiska processer som visat sig mycket svåra att studera, och där vår kunskap fortfarande är bristfällig. Hit hör ”cell turnover” eller cellernas omsättning i den mänskliga kroppen. Det är anmärkningsvärt, hur litet vi vet om cellernas ålder i olika vävnader. Döende celler ersätts med nya (”nyfödda”) celler, men hastigheten varmed denna förnyelse sker varierar stort. Blodceller förnyas t ex varje dag, medan nervceller inte förnyas alls utom i vissa områden i hjärnan, där vi numera vet att ”neurogenesis” förekommer livet ut.
Kärnvapentesterna under 1950-talet ledde till en dramatisk global ökning av isotopen kol-14 i atmosfären. 1963 upphörde provsprängningarna, och sedan dess minskar kol-14 i atmosfären. Nivån vid olika tidpunkter kan räknas ut i komplicerade formler. Detta har professor Jonas Frisén vid Karolinska Institutet utnyttjat i sina originella arbeten för att fastställa när en cell föddes och därigenom hur gammal den cellen är vid en viss tidpunkt. En cells arvsmassa (DNA) förblir nämligen oförändrad under cellens livslängd, och mängden kol-14 som byggts in i DNA-molekylen motsvarar därför nivån av kol-14 i atmosfären, då cellen ”föddes”. Celler som inte förnyas, t ex nervcellerna i hjärnbarken, kommer att innehålla kol-14 motsvarande atmosfärens kol-14 vid tidpunkten då cellernas bildades under fosterlivet. På så sätt kan man bestämma cellers ålder.
Stamcellsforskning handlar om hur en organism utvecklas från en enda cell men också om hur skadade celler ersätts av nya i den vuxna individen. Denna forskning har lett till intensiva studier av och stora förhoppningar om ”cell-baserad terapi” för behandling av en rad sjukdomar – ett forskningsområde som vi idag kallar ”regenerativ medicin”.
Begreppet ”stamcell” skall ha myntats redan i början av 1900-talet av den ryske hämatologen Alexander Maksimov, men det skulle dröja mer än ett halvt sekel innan forskningen om stamceller tog fart. 1963 rapporterade Ernest McCulloch och James Till i Toronto att de hade isolerat (från möss) benmärgsceller som kunde förnya sig själva (var ”self-renewing”), och 1967 beskrev Joseph Altman i Boston att nervceller i hjärna från marsvin kunde förnya sig själva (”neurogenes”). Från slutet av 1990-talet har fältet exploderat. 1998 rapporterade James Thomson i Madison att embryonala stamceller kunde överleva och dela sig i laboratoriet, dvs han hade etablerat en cellinje, som kunde ge ständig tillgång till cellmaterial för vidare studier. 2006 visade Shinya Yamanaka i Kyoto i spektakulära arbeten att han kunde programmera om (”re-programming”) hudceller från vuxna individer till stamceller (”induced pluripotent stem cells”, iPSCs). Detta ledde till en formidabel kapplöpning i flera ledande laboratorier och på våren 2009 rapporterade Sheng Ding från Kalifornien en betydande förenkling och förbättring av metoden med framställning av protein-inducerade pluripotenta stamceller (piPSCs). Det stora värdet av metoden beror på att man inte längre skulle behöva fostervävnad som källa till stamceller; man skulle kunna ”skräddarsy” individ-specifika ”embryonala” stamcellslinjer för ”transplantation” och slippa avstötningsreaktioner, eftersom givare och mottagare var samma individ. - I maj 2010 publicerades ännu ett enastående arbete då Hans Keirstead i Kalifornien skapade en näthinna bestående av flera sorters näthinneceller i en tredimensionell struktur med utgångspunkt från mänskliga stamceller.
Stamceller har förmåga att dels förnya sig genom celldelning, dels utvecklas (differentieras) till olika sorters specialiserade celler i kroppen (de är totipotenta eller pluripotenta). De fungerar som kroppens reparationssystem och teoretiskt kan de fortsätta att dela sig under en människas hela livstid och ersätta gamla celler. När stamcellen delar sig, kan varje dottercell antingen förbli en stamcell eller differentieras till en cell med specialiserad funktion (t ex en muskelcell, blodcell, hjärncell). I huvudsak skiljer man på två sorters stamceller, embryonala stamceller och adulta stamceller.
Embryonala stamceller isolerar man från en blastocyt, en cellklump eller embryo (foster) som 4-5 dagar efter befruktningen består av ett 100-tal celler. De är totipotenta och kan utvecklas till alla sorters celler, var och en med sin specialist-kompetens.
Adulta stamceller är dotterceller till embryonala stamceller. Även om de kallas ”adulta” finns de hos både barn och vuxna.
Pluripotenta adulta stamceller är fåtaliga men finns i en del vävnader och kan isoleras från t ex navelsträngsblod (human umbilical vein endothelial cells, HUVECs). De kan utvecklas till nästan alla slags celler. Det finns företag vars affärsidé är att förmå blivande föräldrar att ta vara på stamcellerna i navelsträngsblod för att ha tillgång till stamceller senare, om barnet skulle få en sjukdom som kan botas eller behandlas med individens egna stamceller.
Multipotenta adulta stamceller är mera begränsade än de pluripotenta men kan utvecklas vidare till olika specialiserade celler. De brukar benämnas efter den vävnad de har isolerats från, t ex mesenchymala stamceller, endotheliala stamceller, stamceller från tandpulpa. De kan också isoleras från fostervatten, vilket löser ett etiskt problem, eftersom man kan samla in fostervatten utan att något foster förstörs. Det har därför redan etablerats ”cellbanker” för stamceller från fostervatten (amniotic fluid-derived cells, AFDCs).
Inducerade pluripotenta stamceller (iPSCs) är namnet till trots inte några egentliga stamceller utan hudceller som har programmerats om och därigenom blivit pluripotenta (i likhet med stamceller) med möjlighet att utvecklas till olika slags specialiserade celler.
Progenitor celler är inga stamceller och kan till skillnad från stamceller inte dela sig under individens hela livstid utan endast ett begränsat antal gånger. De har kommit längre i sin utveckling, de är oligopotenta. De kan utvecklas till en enda celltyp med dennas specifika funktioner. De ligger ofta sovande i vävnaden till dess att en skada inträffar och vävnaden behöver repareras. I vår hjärna finns tex progenitor celler som kan utvecklas till oligodendrocyter, den enda celltyp i centrala nervsystemet som kan producera myelin.
Behandling med stamceller, som så många knyter stora förhoppningar till, befinner sig fortfarande på ett mycket tidigt stadium och skall – med undantag av benmärgstransplantation – betraktas som experimentell.
1968 genomfördes en lyckad benmärgstransplantation mellan två syskon, då ett barn med en mycket allvarlig immunbristsjukdom (SCID) fick benmärgsstamceller från sitt friska syskon. Benmärgstransplantation är numera en etablerad behandling av leukämi och myelom.
1987 gjordes i Lund försök med transplantation av embryonala stamceller (dopamin-producerande celler från binjure) till hjärnan i patienter med Parkinsons sjukdom. Den positiva effekten var kortvarig, men man hade visat för första gången att embryonala stamceller kan transplanteras till hjärnan. Nu pågår i liten skala kliniska studier med transplantation av neuronala stamceller till de skadade områdena i hjärnan vid Parkinsons sjukdom.
2005 rapporterade Hans Keirstead vid University of California in Irvine (UCI) att möss med ryggmärgsskada återfick viss gångförmåga efter injektion av ”neuronala stamceller” in i ryggmärgen.
2008 visade man i Colorado att mesenchymala stamceller, som i laboratoriet differentierat till broskceller, bildade nytt brosk i en knäled vars brosk var förstört på grund av artros.
Den 11 oktober 2010 behandlades för första gången en människa med humana embryonala stamceller (hESCs) som i ett laboratorium vid UCI fått utvecklas till förstadier av oligodendrocyter, den enda cell som kan producera myelin. Millioner celler injicerades i ryggmärgen i en patient med ryggmärgsskada och man hoppas att cellerna skall bilda nytt myelin och stimulera tillväxten av nervcellerna. – En annan grupp har fått tillstånd att behandla med neuronala stamceller, som odlats fram från ett 8-veckor gammalt aborterat foster. – En tredje grupp får behandla tolv personer som förlorat synen genom en ärftlig ögonsjukdom. Genom injektion av hESCs som vidareutvecklats till näthinneceller utan den genetiska defekten hoppas man kunna återställa synförmågan delvis.
Men MS då?
Försök med transplantation av embryonala stamceller för behandling av MS pågår ingenstans. Däremot har patienter behandlats med sk autolog Hämatologisk StamCells Transplantation (HSCT). I Sverige har detta utförts på de flesta universitetssjukhusen, men framför allt i Uppsala under ledning av docent Jan Fagius. HSCT kan bli aktuell när en patient tidigt i sjukdomsförloppet drabbas av mycket kraftiga skov och sedvanlig behandling inte ger tillräcklig effekt. Behandlingen innebär att man med kraftiga immunhämmande medel eliminerar patientens autoreaktiva vita blodkroppar (T-lymfocyter) och därmed sjukdomsaktiviteten. I första steget samlar man in patientens egna friska benmärgsstamceller. Därefter behandlas patienten med aggressiva immun-hämmande medel, som gör att patientens immunförsvar helt förstörs. Sedan får patienten tillbaka sina egna benmärgsstamceller, som kommer att differentiera (vidareutvecklas, mogna) och ge patienten ett nytt immunförsvar utan autoreaktiva T-lymfocyter. ”Benmärgstransplantationen” är således inte någon egentlig ”transplantation” utan utförs för att patienten måste få tillbaka ett fungerande immunförsvar. I stort sett alla hittills behandlade patienter har haft stor nytta av behandlingen under flera år, men det är en ansträngande och inte helt riskfri behandling.
Sammanfattning
Det finns hopp om att stamceller skall bli en obegränsad källa till nervceller med målet att ersätta gamla eller sjuka celler i hjärnan och ryggmärgen. Embryonala stamceller och stamceller från centrala nervsystemet skulle kunna vara lämpliga för detta ändamål, men de måste antagligen vara humana. Det är fortfarande för tidigt att starta kliniska studier men stadig utveckling och bättre kunskaper stöder förhoppningen att stamcells-baserad terapi för att behålla eller återställa funktion i hjärna och ryggmärg kan bli verklighet.
Av: Docent MAGNHILD SANDBERG
