Hve langt eru rannsóknir með stofnfrumur komnar?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hve langt eru rannsóknir með stofnfrumur komnar?
Upprunalega spurningin frá Sif hljóðaði svo:

Hve langt eru rannsóknir með stofnfrumur komnar og er möguleiki að þær komi til með að leysa líffæra- og vefjaígræðslu af hólmi í framtíðinni?

Hér er einnig svarað spurningu Rúnars Arnar:

Hvernig miðar stofnfrumurannsóknum um heim allan?

Rannsóknum á stofnfrumum hefur fjölgað mikið undanfarna áratugi. Í dag skipta klínískar prófanir í heiminum, þar sem notast er við stofnfrumur, þúsundum.^[1][2]

Sextíu ár eru liðin frá því fyrstu beinmergsígræðslurnar voru framkvæmdar, en þær eru í eðli sínu stofnfrumumeðferðir, þar sem stofnfrumur úr beinmergsgjafa taka sér bólfestu í beinmerg þegans. Þessar fyrstu tilraunir með stofnfrumuígræðslu voru ekki mjög árangursríkar og fóru rannsóknir fram jafnhliða í mönnum, músum og hundum til þess að rannsaka líffræðilegan grundvöll og takmarkanir stofnfrumuígræðslu úr beinmerg.

Það var ekki fyrr en grundvöllur vefjaflokkagreiningar var uppgötvaður að mögulegt varð að para saman þega og gjafa á árangursríkan hátt. Í dag er sjaldan gefinn heill beinmergur heldur eru blóðmyndandi stofnfrumur hreinsaðar úr beinmerg gjafans og þær gefnar þeganum. Þessi stofnfrumumeðferð er oft árangursrík, en þó er hún áhættusöm og er því aðeins notuð þegar um alvarlega sjúkdóma eins og hvítblæði, mergæxli eða meðfædda galla eins og dvergkornablóðleysi (e. thalassemia) er að ræða.

Einna árangursríkust er stofnfrumumeðferð með eigin blóðmyndandi stofnfrumum þar sem stofnfrumur eru einangraðar úr beinmerg sjúklinga áður en þeir gangast undir háskammtalyfjameðferð við mergæxlum eða hvítblæði. Þá eru stofnfrumur sjúklingsins geymdar á meðan á lyfjameðferðinni stendur og þær svo græddar aftur í sjúklinginn. Við stofnfrumumeðferð með eigin stofnfrumum er hvorki hætta á að sjúklingurinn hafni stofnfrumunum eða að gjafastofnfrumur eða frumur þroskaðar frá þeim ráðist á vefi þegans. Er þessi meðferð því mun öruggari en ígræðsla stofnfruma úr öðrum einstaklingi, jafnvel þótt vefjaflokkagerðir séu samstæðar.

Rannsóknir og meðferðir á öðrum gerðum stofnfruma eru mun skemur á veg komnar og eru að mestu enn á tilraunastigi, en njóta þó góðs af þeirri reynslu sem áunnist hefur síðustu áratugina við ígræðslu blóðmyndandi stofnfruma. Þar má meðal annars nefna stofnfrumur tauga, húðar og stofnfrumur fósturbandvefs sem hafa hæfileika til að sérhæfast í mismunandi frumur auk stofnfruma úr fósturvísum. Þó eru aðeins 46 klínískar prófanir, á stofnfrumum úr fósturvísum skráðar í heiminum þegar þetta er skrifað, af meira en fimm þúsund prófunum á stofnfrumum í heild.

Einn mikilvægasti lærdómurinn sem draga má af þeim brautryðjendarannsóknum sem framkvæmdar voru um miðja 20. öldina á beinmergsígræðslu er að ekki er nóg að gera einungis rannsóknir á sjúklingum heldur verða klínískar prófanir að grundvallast á öflugum grunnrannsóknum, bæði frumuræktartilraunum sem og tilraunum framkvæmdum með ígræðslu í tilraunadýr. Í dag er regluverkið í kringum klínískar prófanir orðið mun öflugra og yfirleitt þarf að sýna fram á sterkar vísbendingar úr grunnrannsóknum áður en leyfi er gefið fyrir fyrstu prófunum á sjúklingum.

Gróflega má flokka stofnfrumurannsóknir í þrennt:

1. Rannsóknir sem miða að því að græða stofnfrumur beint í sjúklinga. Við beina ígræðslu stofnfruma þurfa þær síðan á einhvern hátt að gefa af sér æskilegar starfsfrumur líkamans sem virka í meðferðarskyni, og er það ekki endilega auðunnið að koma því til leiðar.
2. Ræktun vefja út frá stofnfrumum í tilraunaglasi til síðari ígræðslu í sjúklinga. Miklar framfarir hafa orðið á undanförnum árum á aðferðum við að örva stofnfrumur í rækt til þess að búa til mismunandi frumutegundir. Jafnframt hefur rannsóknum þar sem notast er við svokallaða líffærlinga (e. organoid) fleygt fram, en það eru smásæjar starfseiningar mismunandi fruma í rækt sem herma eftir starfsemi raunverulegra líffæra. Þó eru þessar rannsóknir enn á byrjunarstigi.
3. Örvun stofnfruma í líkamanum sjálfum til að mynda þá vefi sem sjúklingur þarfnast. Þetta er sennilega erfiðasta markmiðið, en jafnframt að mörgu leyti æskilegast, þar sem þessi aðferð fæli í sér að ekki þyrfti að fjarlægja frumur úr einstaklingum til að rækta þær á tilraunastofu með meðal annars þeirri sýkingaráhættu sem fylgir. Rannsóknir á aðferðafræði til örvunar stofnfruma í líkamanum eru þó á enn meira byrjunarstigi en ofangreindar tvær gerðir rannsókna.

Ekki er hægt að skrifa um stofnfrumurannsóknir án þess að minnast á svokallaða iPSC-tækni. Skammstöfunin iPSC stendur fyrir induced pluripotent stem cells. Það eru stofnfrumur sem búnar hafa verið til í tilraunaglasi með því að taka þroskaðar frumur úr vef einstaklings og meðhöndla þær með ákveðnum stjórnprótínum þannig að þær öðlist aftur eiginleika stofnfruma fósturvísa: Þær geta endurnýjast sífellt með frumuskiptingu sem og þroskast yfir í allar frumutegundir líkamans með viðeigandi örvun.

Það voru japönsku vísindamennirnir Shinya Yamanaka og Kazutoshi Takahashi doktorsnemi hans, sem gerðu þá ófyrirsjáanlegu uppgötvun árið 2006 að unnt væri að snúa við sérhæfingu fullþroskaðra starfsfruma músa í frumurækt og gera þær aftur fjölhæfar. Aðeins leið eitt ár þangað til þeir sýndu fram á að sömu lögmál giltu um stofnfrumur manna. Yamanaka hlaut Nóbelsverðlaunin árið 2012 fyrir uppgötvunina en síðan þá hefur hún gerbylt stofnfrumurannsóknum í heiminum. Þessar frumur hafa að miklu leyti leyst af hólmi þörfina á því að búa til stofnfrumulínur úr fósturvísum manna og munu líklega koma alfarið í staðinn fyrir meðferðarúrræði þar sem stofnfrumur úr fósturvísum eru notaðar.

Með iPSC-tækninni er unnt að búa til fjölhæfar stofnfrumur úr hvaða einstaklingi sem er og þroska þær síðan í tilraunaglasi yfir í þá frumugerð sem einstaklingurinn þarf á að halda. Í dag eru víðtækar rannsóknir í gangi um allan heim sem miða að því að finna aðferðir til að búa til helstu frumugerðir og vefi líkamans í tilraunaglasi svo að þessi tækni geti nýst sem víðast.

Til þess að svara upphaflegu spurningunni beint, þá eru einhverjar líkur á því að í framtíðinni verði möguleiki að þroska stofnfrumur með utanaðkomandi örvun á þann hátt að þær leysi líffæraígræðslu af hólmi. Þess verður þó eflaust langt að bíða. Í nánustu framtíð er mun raunhæfara að þróuð verði með stofnfrumutækninni meðferðarúrræði þar sem um bilun í einföldum vefjum er til staðar eða bara ein frumutegund virkar ekki rétt. Þar má til dæmis nefna sykursýki af gerð 1, þar sem unnið er að því að búa til frumur sem seyta insúlíni á lífeðlisfræðilega viðeigandi máta. Einnig hafa menn horft til þess að mögulega verði hægt að veita sjúklingum með Parkinsons-sjúkdóm einhvern bata með ígræðslu dópamínseytandi tauga í heila. Þessar stofnfrumumeðferðir eru þó enn á frumtilraunastigi og því ekki hægt að segja með vissu hvort eða hvenær þær verði að raunverulegum meðferðarúrræðum.

Að lokum má benda á það að á undanförnum fimm árum hafa orðið gríðarlegar framfarir á getu vísindamanna til þess að breyta erfðaupplagi fruma á nákvæman og einfaldan hátt. Eitt af því sem horft er stíft til í því samhengi er að með tilkomu stofnfrumutækninnar og nýrrar erfðabreytingatækni megi jafnvel leiðrétta erfðagalla í stofnfrumum einstaklinga og setja frumurnar með viðgerð á erfðagalla til baka í sjúklinga í meðferðarskyni.^[3]

Hér hefur aðeins verið stiklað á stóru í umfjöllun um rannsóknir á stofnfrumum í lækningaskyni. Þótt vissulega séu þessar rannsóknir ávallt tímafrekar og kostnaðarsamar, fleygir vísindunum fram og möguleikarnir í dag á þróun meðferðarúrræða með nýtingu stofnfruma virðast nær óþrjótandi.

Tilvísanir:

1. ^ ClinicalTrials.gov. (Skoðað 13.02.2017).
2. ^ Daley GQ. The promise and perils of stem cell therapeutics. Cell Stem Cell [Internet]. Elsevier; 2012;10(6):740–9. (Skoðað 13.02.2017).
3. ^ Hockemeyer D, Jaenisch R. Induced pluripotent stem cells meet genome editing. Cell Stem Cell. Elsevier Inc.; 2016;18(5):573–86. (Skoðað 13.02.2017).

Myndir:

• Stem cell - Wikipedia. Myndrétthafi er Nissim Benvenisty. Myndin er birt undir Creative Commons-leyfi. (Sótt 16.02.2017).
• Haematopoiesis - Wikipedia. Myndrétthafi er Mikael Häggström. Myndin er birt undir Creative Commons-leyfi. Texti íslenskaður af ritstjórn. (Sótt 16.02.2017).
• Measure Me Blood | For today's Daily Create, "a photo of a m… | Flickr. Myndrétthafi er Alan Levine. Myndin er birt undir Creative Commons-leyfi. (Sótt 16.02.2017).

...