Długoterminowa opieka nad pacjentami po przebytym zawale serca i z niewydolnością krążenia to jedno z ważniejszych wyzwań jakie stoją przed medycyną w XXI wieku. Pomimo wprowadzenia nowych rozwiązań dotyczących zapobiegania i leczenia zawału serca, przywrócenie sprawności uszkodzonego mięśnia nadal pozostaje w sferze intensywnych dociekań naukowych. Ostatnie badania w dziedzinie regeneracji serca sugerują, że możliwe jest wykorzystanie w tym celu potencjału ludzkich komórek macierzystych.

Niewydolność serca to problem, które w Polsce dotyczy niemal miliona chorych. Jest to jedna z najczęstszych przyczyn hospitalizacji w naszym kraju. Koszty opieki nad pacjentami z niewydolnością krążenia szacuje się na blisko 3 mld zł rocznie. Śmiertelność wśród chorych wciąż jest wysoka i wynosi niezależnie od etiologii ok. 10% rocznie.  Jedną z głównych przyczyn tej choroby jest przebyty zawał serca (ostry zespół wieńcowy).

Jak dochodzi do powstania niewydolności serca?  

Uszkodzenie komórek mięśnia serca jest konsekwencją wielu chorób układu krążenia, może być również powikłaniem procesów zapalnych lub objawem niepożądanym w związku ze stosowaniem niektórych leków. Mimo postępu w leczeniu zachowawczym i technikach operacyjnych, dostępności systemów mechanicznego wspomagania krążenia, oraz transplantacji serca, ponad połowa pacjentów z niewydolnością krążenia umiera w ciągu 5 lat od postawienia rozpoznania. Naukowcy poszukują więc nowych metod regeneracji mięśnia sercowego, tak, żeby uszkodzone komórki zastąpić zdrowymi, które usprawnią pracę serca jako pompy.

W jaki sposób terapia komórkowa może poprawić wydolność mięśnia sercowego?

Żeby odpowiedzieć na to pytanie trzeba przede wszystkim dokładnie poznać mechanizmy, które regulują procesy różnicowania się komórek macierzystych w komórki docelowe. Serce jest narządem o dużym zapotrzebowaniu na tlen i substancje odżywcze (glukozę), dostarczane dzięki gęstej sieci naczyń krwionośnych. Różne komórki są więc niezbędne do prawidłowego działania serca jako pompy: są to właściwe komórki mięśnia, tzw. kardiomiocyty, komórki śródbłonka wyścielające światło naczyń krwionośnych oraz komórki mięśni gładkich, które budują ścianę naczynia. Toczą się obecnie badania nad wykorzystaniem komórek macierzystych do odtworzenia tych populacji w uszkodzonym mięśniu sercowym.

Co to są komórki macierzyste (komórki pnia, ang. stem cells)?

Każda tkanka posiada pewien zasób komórek macierzystych, czyli zdolnych do samoodnowy (podziału z wytworzeniem komórek potomnych o dokładnie takich samych właściwościach) i różnicowania się. W tym procesie z jednej komórki multipotencjalnej powstają różne elementy strukturalne danego narządu lub tkanki. Takie komórki macierzyste nazywamy somatycznymi, i można je znaleźć w tkankach dorosłego człowieka. Zdecydowanie większy potencjał do samoodnowy i wielokierunkowego różnicowania mają zarodkowe komórki macierzyste. Ich zastosowanie do celów regeneracji tkanek budzi jednak istotne wątpliwości etyczne. W związku z tym większość protokołów z badań klinicznych dotyczących regeneracji serca wykorzystuje progenitorowe komórki somatyczne, a wśród nich: komórki krwiotwórcze, komórki satelitarne mięśni poprzecznie prążkowanych, komórki progenitorowe serca czy komórki mezenchymalne szpiku lub tkanki tłuszczowej.

Jak stosować komórki macierzyste i w jaki sposób działają w miejscu podania?

Najczęstsza metoda dostarczenia komórek macierzystych do mięśnia serca to forma zastrzyku do naczyń wieńcowych lub bezpośrednio do mięśnia w trakcie operacji kardiochirurgicznej. Wydajność tych procedur jest niewielka, znacząca część komórek obumiera w miejscu podania już po upływie 24 godzin. Wydaje się, że pozostałe rzadko ulegają różnicowaniu w kierunku komórek docelowych tkanki serca. Ich mechanizm działania polega przede wszystkim na wydzielaniu do otoczenia czynników wzrostu. Te pobudzają lokalne procesy odnowy tkanki. Wyniki badań wskazują, że terapia w takiej postaci jest bezpieczna, choć jej dotychczasowe efekty nie spełniły wszystkich oczekiwań badaczy. Najbardziej obiecujące wydaje się użycie mezenchymalnych komórek macierzystych. Bogatym źródłem tych komórek jest tkanka tłuszczowa, z której można je w prosty sposób wyizolować. W tej chwili toczy się duże badanie kliniczne III fazy, DREAM HF, które ma ocenić skuteczność terapii przy użyciu allogenicznych (pobranych od innej osoby) mezenchymalnych komórek macierzystych w zmniejszaniu chorobowości i śmiertelności pacjentów z niewydolnością serca.

Czy z komórek macierzystych można otrzymać kardiomiocyty?

Pozyskanie kardiomiocytów z ludzkich komórek macierzystych jest możliwe. W warunkach laboratoryjnych wykorzystuje się w tym celu tzw. odróżnicowane komórki somatyczne, np. fibroblasty skórne. Za pomocą technik molekularnych indukuje się w tych komórkach zmiany genetyczne, dzięki którym nabywają one właściwości komórek multipotencjalnych. W ten sposób można dla każdego pacjenta wyhodować jego własną linię komórek macierzystych. Jest to jednak kosztowna procedura i nie pozbawiona działań ubocznych. Manipulacje genetyczne niosą bowiem ryzyko transformacji nowotworowej. Wydajność tej procedury też nie jest zadowalająca, żeby zaspokoić potrzeby badań klinicznych. Naukowcy pracują więc intensywnie nad nowymi technikami pozyskiwania takich komórek. W tej chwili wykorzystuje się je głównie w badaniach nad przyczynami chorób na poziomie komórkowym lub do poszukiwania leków dopasowanych dla potrzeb pacjenta.

W 2012 roku odkrywcy tej metody pozyskiwania komórek macierzystych Shinya Yamanaka i Sir John B. Gurdon zostali wyróżnieni Nagrodą Nobla w dziedzinie medycyny.

Jakie cele stoją przed medycyną regeneracyjną?

Z pewnością dzisiejsze badania są wstępem do rozwoju medycyny komórkowej ukierunkowanej na potrzeby konkretnego pacjenta. Jednak mnóstwo pracy jest jeszcze przed badaczami. Jesteśmy ciekawi odpowiedzi na wiele pytań, w tym następujące:

  • Czy wyniki badań na zwierzętach będzie można przełożyć na efektywną terapię w warunkach klinicznych?
  • Jakie są szanse, żeby w przyszłości skutecznie i bezpiecznie pobierać oraz namnażać własne komórki pacjenta?
  • Czy chorzy z grup ryzyka sercowo-naczyniowego mogliby odpowiednio wcześniej zdeponować komórki , tak aby w razie nagłej potrzeby skrócić czas do rozpoczęcia terapii?

Czy jest możliwe, żeby „zaprogramować” komórki w taki sposób, aby przemieszczały się do miejsca uszkodzenia mięśnia serca i wydzielały tam czynniki sprzyjające regeneracji tkanki?

Bibliografia

Westerdahl DE et al. Allogenic Mesenchymal Precursor Cells (MPCs): an innovative approach to treating Advanced Heart Failure. Expert Opin Biol Ther. 2016 July 4.
Oh H et al. Challenges to success in heart failure: Cardiac cell therapies in patients with heart diseases. J Cardiol. 2016 Jun 21.
Yamakawa H et al. Strategies for heart regeneration: approaches ranging from induced pluripotent stem cells to direct cardiac reprogramming. Int Heart J. 2015, 56(1), 1-5.
Addis RC et al. Induced regeneration – the progress and promise of direct reprogramming for heart repair. Nat Med. 2013, 19(7), 829-836.
Kozar-Kamińska. Heart Regeneration. Adv Interv Cardiol. 2012, 8, 4(30), 301-307.