Australske forskere har knækket koden til at omdanne pluripotente stamceller til blodstamceller, der ligner de sjældne knoglemarvsceller, som kan lave alle typer af blod- og immunsystemceller. Det har et enormt potentiale i behandlingen af patienter med blod- og knoglemarvssygdomme, siger forskerne.
Forskere har taget et stort skridt mod en medicinsk revolution, hvor det bliver muligt at behandle en lang række kritisk syge patienter med blandt andet leukæmi eller knoglemarvssvigt med knoglemarvsceller, der er udviklet fra patientens egne celler, for eksempel hudceller.
Det store skridt er, at forskere fra Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine, reNEW Melbourne, har fundet ud af, hvordan man omdanner pluripotente stamceller til blodstamceller, der kan generere et menneskeligt blodsystem i en laboratoriemus, samtidig med at forskerne kan vise, at cellerne fungerer normalt.
Håbet er, at de skabte blodstamceller også kan transplanteres ind i en patients knoglemarv og skabe et komplet blodsystem, inklusive røde blodlegemer til at transportere ilt, hvide blodlegemer til at bekæmpe infektioner og blodplader til blodkoagulation.
Gennembruddet har tiltrukket sig opmærksomhed fra hele verden.
»Det er noget, vi har arbejdet på i 25 år, og nu er det endelig lykkedes. Mange laboratorier rundt om i verden har arbejdet på at løse dette problem, men vi er de første til rent faktisk at fremstille blod i kultur og få det til at fungere inde i kroppen. Mange af vores kolleger fra hele verden kontakter os lige nu for at få mere at vide om protokollen. Interessen er enorm,« siger den ledende forsker bag forskningen, lektor Elizabeth Ng fra Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine, reNEW Melbourne, og Murdoch Children's Research Institute i Australien.
Forskningen er offentliggjort i Nature Biotechnology.
Forskning i pluripotente stamceller vandt Nobelpris i 2012
Det har været muligt for forskere at skabe pluripotente stamceller fra voksne celler som for eksempel hudceller, siden professor Shinya Yamanakas Nobelprisvindende arbejde i 2006.
Enkelt sagt handler det om at tænde for stamcelleprogrammet i udviklede celler for at få dem til at udvikle sig tilbage til et stadie, hvor de i princippet kan udvikle sig til alle slags celler.
Denne type stamcelle kaldes en induceret pluripotent stamcelle (iPSC), og opdagelsen af det cellulære program, der får modne celler til at blive til iPSC'er, førte til, at forskerne John B. Gurdon og Shinya Yamanaka modtog Nobelprisen i 2012.
Selvom det længe har været muligt at lave stamceller fra hudceller, blodceller eller andre celler i kroppen, har forskere dog indtil nu ikke formået at knække koden til at forvandle iPSC'er til knoglemarvsstamceller, kendt som hæmatopoietiske stamceller (HSC'er).
Det er det problem, som forskerne har løst i det nye studie.
»Vi har brugt 25 år på at udvikle den protokol, der får iPSC'erne til at blive til HSC'er. IPSC'er er som tidlige embryonale stamceller, der kan blive til alle typer celler i kroppen, hvis de får de rigtige instruktioner (vækstfaktorer). Det er disse instruktioner, vi har opdaget,« forklarer en anden af forskerne bag undersøgelsen, professor Andrew Elefanty fra samme institut.
Udvikling gennem flere trin
Den protokol, som forskerne har udviklet, involverer flere trin over en periode på to uger.
Først får forskerne iPSC'erne til at danne små kugler, der kaldes embryoide legemer.
Kuglerne forsyner de med specifikke vækstfaktorer, som får dem til at differentiere til det næste stadie, kaldet mesoderm.
I embryonet danner mesoderm knogler, muskler, bindevæv, hjerte, blodkar (endothel) og blodceller.
Forskerne giver derefter de mesodermale celler specifikke vækstfaktorer og signalmolekyler for at få dem til at udvikle sig til endotelceller, som så giver anledning til blodceller.
Efter to uger begynder der at dukke røde blodceller op i dyrkningsskålen.
»Mange andre har forsøgt at lave fungerende blodstamceller i laboratoriet før os, men vi er de første, der har haft succes med menneskeceller«, siger Elizabeth Ng.
Mus begyndte at lave blod med nye knoglemarvsceller
I det næste trin af forskningen transplanterede forskerne mus med de celler, de havde dyrket i laboratoriet.
Forskerne indsprøjtede cellerne i en vene i musenes hale og testede derefter, om cellerne fandt vej til knoglemarven, slog sig ned der og begyndte at vokse.
Forskerne farvede cellerne røde eller blå for at gøre det lettere at spore dem i musene og bekræftede, at cellerne faktisk fandt vej til knoglemarven og begyndte at producere en bred vifte af blodceller der.
Milten var fyldt med millioner af dem.
»Det er et bevis på, at vi ikke bare kan lave blodceller i en dyrkningsskål, men at vi også kan transplantere dem ind i en mus og få dem til at fungere der. Cellerne ser også helt normale ud sammenlignet med transplanterede navlestrengsblodceller«, forklarer Elizabeth Ng.
Skal kunne lave litervis af blod
Elizabeth Ng og Andrew Elefanty ser et stort klinisk potentiale i deres opdagelse.
Helt konkret forestiller de sig, at patienter med for eksempel leukæmi eller knoglemarvssvigt kan få erstattet deres knoglemarvs- eller blodceller med celler, der er udviklet fra deres eget væv - et perfekt genetisk match.
Det kræver dog, at man kan lave flere celler, end der er plads til i en dyrkningsskål. For at løse dette problem tester forskerne derfor lige nu bioreaktorer til fremstilling af doser af blodstamceller i patientstørrelse til klinisk brug.
Elizabeth Ng forklarer, at ud over at kunne fremstille et tilstrækkeligt antal celler til forskellige individuelle patienter har de laboratorieskabte knoglemarvsceller også en anden fordel: De kommer fra patienten selv.
»Når patienter modtager celler fra en donor, er der ofte stor risiko for, at patientens immunsystem vil reagere på de nye celler, fordi de ikke er et perfekt match. Derfor har patienten brug for immunosuppressiv behandling, som har forskellige bivirkninger, og patienten kan blive syg, og cellerne fungerer måske ikke så godt, som de burde. Da vores celler kommer fra patienten selv, håber vi at kunne overvinde alle disse problemer,« siger Elizabeth Ng.
Satser på forsøg på mennesker om fem år
Elizabeth Ng og Andrew Elefanty siger, at målet er at starte de første kliniske forsøg på mennesker allerede om fem år, men at der skal gøres en masse arbejde inden da, for at det kan blive en realitet.
For det første skal forskerne vise, at de kan reproducere resultaterne igen og igen og med celler fra mange forskellige mennesker.
For det andet skal de vise, at cellerne er både sikre og effektive, og at produktionen af blodstamceller kan opskaleres effektivt.
