Firma Celther Polska Spółka z o.o. istniejąca od 2008 roku, jest jedną z niewielu firm biotechnologicznych w Polsce zajmujących się terapią z wykorzystaniem komórek macierzystych. Jest to na Polskim rynku wciąż świeży temat.

Aby przybliżyć działanie terapii komórkowej, jej potencjał inwestycyjny oraz problemy z nią związane zapraszam do zapoznania się z cyklem wywiadów z Piotrem Rieske, kierownikiem specjalistycznego laboratorium firmy Celther.

Część 1

Chciałabym na początek zapytać o pewną cechę komórek macierzystych. Są plastyczne, inaczej mówiąc  są w stanie, w zależności od zastosowanych warunków wzrostu, utworzyć różne tkanki.  Mówiąc oczywiście w bardzo dużym uproszczeniu. W związku z tym zastanawiam się nad efektami terapii komórkowej. Jeśli terapia dla osób z chorobami neurodegeneracyjnymi polega na wstawieniu komórek macierzystych (na ich implementacji) w miejsca gdzie brakuje prawidłowo funkcjonujących komórek, to czy jest szansa, że te implementowane komórki, nawet jeśli się przyjmą, mogą przejawiać problemy z „dezorganizacją”? Ściślej: czy takie implementowane komórki w pewnym momencie mogą przestać pełnić swoje funkcje?

W rzeczywistości wszystko, co do tej pory w większości przypadków się robi w terapii komórkami macierzystymi (jeśli chodzi o komórki nerwowe), sprowadza się do przeszczepiania komórek w formie niezorganizowanej. Nie wykonuje się transplantów takich, jak w inżynierii tkankowej, które charakteryzowałyby się wyższą formą upostaciowania struktur tkankowych.

Staramy się wprowadzać komórki  układu nerwowego, ale proces przebiega w chaotyczny sposób. Choroba Parkinsona jest często wybieranym modelem dla terapii komórkowej, bo w jej przypadku, nawet jeżeli implementowane komórki będą źle zorganizowane, ale podejmą produkcje dopaminy, to i zaobserwujemy pozytywny efekt takiej terapii.

Jeśli  zaś nie mówimy o poziomie dezorganizacji na poziomie tkankowym, lecz na poziomie komórki, to wtedy rzeczywiście możemy przytoczyć różnorodne doświadczenia.

Kontynuując przykład choroby Parkinsona, to przez długi okres czasu długo pojawiały się wątpliwości czy wcześniejsze próby kliniczne przyniosły poprawę u pacjentów. W tej chwili, po latach obserwacji pacjentów, wydaje się że pewna poprawa zaistniała. Może nie była taka, jak wszyscy oczekiwali, ale była.

Chciałbym trochę dokładniej to wyjaśnić. Kiedy mówi się o terapii komórkami macierzystymi, ludzie często spodziewają się całkowitego wyleczenia. Owszem, takie przypadki zdarzały się, ale były sporadyczne... Terapia bardziej pomogła pacjentom młodszym. Wygląda na to, że jeśli istniały jeszcze w organizmie endogenne mechanizmy regeneracyjne, to podanie tych komórek troszeczkę je wzmocniło i organizm był w stanie powrócić do zdrowia. Niestety: im starsi byli pacjenci, tym efekty były słabsze.

Ciekawe, ale i niepokojący okazał się pewien dodatkowy wniosek. Wiadomo, że za występowanie choroby Parkinsona odpowiada pojawianie się agregatów białkowych. Wśród białek tworzących agregaty jest tzw. parkina.  Agregaty tego białka pojawiły się też w transplantowanych neuronach.

Po przeszczepieniu?

Tak, oczywiście, po przeszczepie. Okazuje się, że choroba jest w stanie zaatakować  również transplant.

Czyli choroba Parkinsona to nie jest dysfunkcja samych komórek, tylko istnieje zewnętrzny czynnik kontrolujący jej powstawanie i przebieg. Coś jeszcze wpływa na komórki.

Najwyraźniej tak, skoro właśnie wprowadzone z zewnątrz zdrowe komórki  również „zachorowały” .

Jeśli w ogóle mówimy o komórkach nerwowych, to poziom ich dezorganizacji jest ciekawy biotechnologicznie. Bardzo  interesujące wyniki otrzymano, kiedy, wykorzystując transplant komórek nerwowych, próbowano przywrócić wzrok.

W tym przypadku okazało się, że nie możemy podawać samych komórek macierzystych. Nie możemy podawać także ukształtowanych neuronów. Musimy podawać progenitory neuronów. Dlaczego? Dlatego, że przy podaniu komórki macierzystych, nastąpiło ich różnicowanie się nie do pręcików i do czopków, tylko do komórek glejowych. Jeżeli podano w pełni ukształtowane pręciki i czopki, to, mówiąc najprościej, nie były w stanie „przeżyć” transplantacji. Nie dostosowywały się do tego środowiska. Oczywiście wiadomo, że neurony w pełni ukształtowane są niezwykle wrażliwe na zmiany środowiska.

Rozwiązaniem jest podanie komórek na pewnym etapie rozwoju, tzw. progenitorów neuronów.  Nie mają one już możliwości przekształcenia się w astrocyty czy komórki glejowe, ale już mogą z nich powstać potrzebne nam neurony.

Ściślej odpowiadając na pytanie - ten problem istnieje. Rzeczywiście, wydaje się, że to ważny problem dla biotechnologów i biologów komórkowych, ponieważ muszą ten proces różnicowania tak regulować i takie dobierać komórki, aby efekt transplantacji był optymalny.

Zatem może okazać się, że przy implementacji komórek do różnych organów, tak jak w przypadku komórek nerwowych oka, trzeba będzie użyć komórek macierzystych na innym etapie rozwoju.

Z tego doświadczenia wynika, że tak. Prawdopodobnie zależy to od sposobu aplikacji i od sytuacji, ale ten przykład pokazuje, że sam proces doboru komórek może być skomplikowany. To nie jest tak, jak to ludzie sobie często wyobrażają: „podamy komórki macierzyste a one tam wejdą i będą wiedziały co my chcemy żeby zrobiły”. Jak widać, nie wiedziały, co zrobić a raczej wiedziały lepiej... i zróżnicowały się do gleju.

 Prawdopodobnie zrobiły rzecz najprostszą albo taką, która przypomina, pewnego rodzaju „bliznowacenie”. To akurat jest duży problem dla terapii komórkowej. Często przy podawaniu komórek macierzystych nie włączają się procesy regeneracji, ale, użyję kolokwializmu , następuje zalepianie jakiejś dziury.

Komórki nie do końca wiedzą, co mają zrobić?

One wiedzą, tylko wybierają taki program, który jest u nas częściej preferowany biologicznie.One wiedzą co mają zrobić „nie od nas ale od ewolucji“ albo od matki natury... czy raczej macochy natury, która raczej dba o przetwanie całego gatunku, a nie pojedynczego organizmu. Komórki macierzyste i tak istnieją w naszych organizmach, więc niektórzy zadają pytanie: po co w ogóle je podawać? Przecież te, które mamy powinny zadziałać. Kłopot w tym, że nasze komórki nie są zaprogramowane na regenerację. Raczej są zaprogramowane na bliznowacenie.

Mamy przecież przykłady w przyrodzie, jak salamandra: odcięta kończyna odrośnie. U dorosłego człowieka jest to niespotykane. Chociaż u noworodków, jeśli odetniemy opuszek palca, to on się faktycznie zregeneruje. Później ta zdolność całkowicie zanika – wybieramy bliznowacenie. Prawdopodobnie, było to dla nas, jako gatunku, bardziej opłacalne.

Energetycznie?

Nie, myślę bardziej o kontekście ewolucyjnym. Salamandra potrzebuje sześciu tygodni, aby zregenerować kończynę. Wyobraźmy sobie, że trzeba czekać kilka tygodni, aby zregenerował się chociażby jeden palec, ryzykując infekcję bakteryjną…  Wydaje się więc, że bliznowacenie jest sposobem na bezpieczne przetrwanie organizmu z pewnym ubytkiem.

My, stosując terapię komórkową, zderzamy się z tym bardzo silnym pierwotnym mechanizmem.

Nasuwa mi się śmiała idea. Posiadamy w swoim ciele komórki macierzyste zdolne do regeneracji. Jak Pan sądzi: teoretycznie, bardzo hipotetycznie, czy mogłoby się zdarzyć, że człowiek byłby w stanie zregenerować np. rękę?

Niektóre organy się regenerują. Wiemy, że wątroba ma dosyć szeroką zdolność do regeneracji. Tak, hipotetycznie możemy to sobie wyobrazić. Natomiast i tak byłaby potrzebna pewna zewnętrzna regulacja, która, tak jak powiedziałem, przełamie silne mechanizmy bliznowacenia.

Znam taki ciekawy przykład z popularnonaukowego punktu widzenia:  istnieją szczepy myszy (tymi myszami zajmował się profesor Katz) które wykazały większą zdolność do regeneracji. Jeśli przekłuje im się ucho, to nie tworzy się blizna, ale dochodzi do całkowitej regeneracji.

Nie było dokładnie wiadomo dlaczego tak się dzieje, ale pierwsze proste analizy genetyczne, wykazywały mutacje w genach związanych z działaniem układu odpornościowego. Jak wspomniałem wcześniej, wybór pomiędzy regeneracją, a bliznowaceniem, ma najprawdopodobniej związek z możliwościami infekcji. Ten szczep myszy posiada wyjątkowe polimorfizmy w genach, które wydają się mieć coś wspólnego z układem odpornościowym.

Jeśli myślimy o regeneracji,  to jak powiedzieliśmy, odpowiedzialne za to są komórki endogenne.  W przypadku choroby Parkinsona młodsze osoby reagowały lepiej – najwyraźniej chodziło o ich własne możliwości regeneracyjne.

Jeśli mówimy o regenracji na poziomie kończyn to wchodzimy na pole inżynierii tkankowej, gdzie olbrzymie sukcesy odnosi zespół dr Attalli z Alabamy. Udało się odtworzyć pęcherz moczowy. W tej chwili dokonuje się, dosłownie, drukowanie pierwszych surogatów nerek, ale sam Attalla odsuwa o kilkanaście lat możliwości ich zastosowania.  Jeśli więc człowiek odtworzy kiedyś kończynę, będzie to najwyraźniej efekt inżynierii tkankowej a nie terapii komórkowej. Ale oczywiście w inżynierri tkankowej jest miejsce dla komórek macierzystych.

Zatem na czym polega mechanizm terapii komórkowej?

Często w terapii komórkowej oczekujemy, że podane przez nas komórki macierzyste, czy raczej ich formy pochodne, odbudują uszkodzenia; że to one zamienią się w brakujące komórki.  Widzimy jednak coraz częściej, i to szczególnie w przypadku komórek, które najczęściej są aktualnie stosowane komercyjnie, że wcale nie na tym polega ta terapia.

Jeśli zastosujemy mezenchymalne komórki macierzyste, i uzyskujemy pozytywny efekt w chorobie Parkinsona, to nie na skutek tego, że zamieniają się one w neurony dopaminergiczne (chociaż taką ewentualność także brano pod uwagę), ale najwyraźniej dlatego, że dokonują jakiejś immunoregulacji. Pobudzają istniejące endogenne komórki macierzyste i to one odpowiadają bezpośrednio za poprawę stanu zdrowia. Podkreślam - nie chodzi o to, że mezenchymalne komórki macierzyste różnicują się i wypełniają braki neuronalne - to jest marginalny efekt ich działania (o ile w ogóle występuje). Chodzi o to, że implementowane komórki wywołują efekt immunoregulacyjny, wspierają endogenne mechanizmy regeneracyjne, słabe bo słabe, ale jednak u nas istniejące.

W większości przypadków daleko nam jeszcze do terapii polegającej na zastępowaniu uszkodzonych komórek prawidłowymi. W przypadku komórek mezenchymalnych, tak chętnie ostatnio wykorzystywanych, może to mieć miejsce np. po uszkodzeniu kości, ale nie istoty czarnej w OUN. Natomiast po przeszczepieniu prawidłowych komórek nerwowych u osób z chorobą Parkinsona najwyraźniej znaczenie mają różne efekty. Oczywiście bardzo ważna jest funkcja, jaką pełnią transplantowane neurony. Ale chcę podkreślić że nie dotyczy to zastosowania komórek mezenchymalnych. W przyszłości częściej  takie efekty (dostarczenie nowych komórek) być może będzie przynosić stosowanie np. indukowalnych komórki macierzystych (iPS).

Chciałabym bardzo serdecznie podziękować p. Piotrowi Rieske za udzielenie wywiadu.

Zapraszam także do zapoznania się z kolejnymi częściami:

Red. Joanna Roga