Adam Zalewski: Komórki macierzyste to temat niezwykle nośny, ale jak to bywa w takich przypadkach – nie zawsze właściwie rozumiany, podatny na nieścisłości. Jaka jest w takim razie najbardziej aktualna, udokumentowana badaniami naukowymi wiedza na temat wykorzystania komórek macierzystych w medycynie?

Prof. Aleksandra Klimczak: Terapie komórkowe nie są nowymi procedurami, które dopiero wchodzą do kliniki. Mają już wieloletnią historię. Bardzo dobrze udokumentowane zostało chociażby przeszczepianie komórek hematopoetycznych w schorzeniach układu krwiotwórczego. Pierwsze, zakończone sukcesem przeszczepienie komórek szpiku kostnego zostało wykonane w 1957 r. przez Edwarda Donnalla Thomasa, który był pionierem w zakresie przeszczepiania komórek układu krwiotwórczego. Terapia, którą wprowadzamy do kliniki, nie od razu staje się sukcesem. To się dzieje w czasie. Dość powiedzieć, że Thomas, razem z Josephem Edwardem Murray’em, dopiero w 1990 r. otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za prace z zakresu transplantologii. Oczywiście równolegle ciągle poszukiwano nowych metod, w jaki sposób przeszczepiać komórki, aby zostały zaakceptowane przez organizm biorcy i spełniały swoją funkcję, czyli odtwarzały układ krwiotwórczy. Największych problemów nastręczało powikłanie, jakim jest choroba przeszczep przeciwko gospodarzowi [reakcja organizmu, kiedy limfocyty T dawcy rozpoznają organizm biorcy jako obcy i zaczynają go atakować, doprowadzając do jego niszczenia – przyp. red.]. Przełomowym okresem stały się lata 80. XX w., kiedy wynaleziono cyklosporynę, która jest lekiem immunosupresyjnym i doskonale potrafi hamować reakcję odpowiedzi immunologicznej, wywołanej przez przeszczepione komórki dawcy. Od momentu wprowadzenia nowych leków immunosupresyjnych badania w tym zakresie przyspieszyły i zaczęto obserwować znacząco zwiększoną efektywność tej procedury w klinice. Ponadto komórki macierzyste o potencjale krwiotwórczym pozyskiwane są również z krwi pępowinowej, która może być alternatywnym źródłem dla komórek szpiku kostnego. Jeżeli chcemy zabezpieczyć komórki dziecka na potrzeby przyszłej, ewentualnej terapii, możemy skorzystać z komórek pozyskanych z krwi pępowinowej i przechowywanych w odpowiednich warunkach w banku komórek macierzystych. Tego rodzaju procedury, czyli przeszczepienia komórek macierzystych z krwi pępowinowej, są stosowane w klinice. Komórki macierzyste znajdują także zastosowanie u pacjentów onkologicznych przy odbudowie układu krwiotwórczego po leczeniu chemioterapeutycznym niektórych chorób nowotworowych, które niestety prowadzi do uszkodzenia szpiku kostnego. Przed zastosowaniem chemioterapii pobieramy szpik kostny od pacjenta, pod warunkiem że nie jest zaatakowany przez komórki nowotworowe, przechowujemy ten szpik i po zakończeniu chemioterapii podajemy z powrotem pacjentowi, aby jego układ krwiotwórczy odtworzył się z własnych komórek. Komórki macierzyste potrafią również regenerować uszkodzone tkanki i narządy, a ta właściwość została już wykorzystana w leczeniu rozległych ubytków skóry, np. w przypadku oparzeń. Ostatnio zezwolenie na wprowadzenie do obrotu w Europie uzyskała też terapia oparta na komórkach macierzystych, których celem jest leczenie uszkodzeń rogówki. To jedynie bardzo krótka lista terapii komórkowych, które są powszechnie stosowane w praktyce klinicznej, badania nad innymi terapiami komórkowymi są intensywnie prowadzone.

A.Z.: Jak długą i wyboistą ścieżkę musi przejść dane odkrycie naukowe w dziedzinie komórek macierzystych, aby trafić do pacjenta? Jak wygląda i ile może trwać droga od „stołu laboratoryjnego do łóżka chorego” (z ang. bench to bedside)?

A.K.: Przede wszystkim trzeba określić potrzebę pacjenta w danej jednostce chorobowej na podstawie najbardziej aktualnej wiedzy i zdefiniować źródło tkankowe komórek macierzystych, które będą odpowiednie do zastosowania terapeutycznego. W obiegowej opinii panuje pogląd, że komórki macierzyste mogą regenerować każdą tkankę i każdy narząd i oczywiście tak jest, pod warunkiem że będą pochodziły z odpowiedniej tkanki czy narządu w organizmie. Kolejnym etapem będzie funkcjonalna charakterystyka tych komórek w badaniach in vitro. Jeżeli określimy je jako bezpieczne, nietoksyczne wobec referencyjnych linii komórkowych i będą odpowiadały tkance, którą chcemy poddać regeneracji, wtedy przechodzimy do badań in vivo na zwierzętach. Jeśli te testy również zakończą się pozytywnie, wówczas zaczynają się badania przedkliniczne, poprzez przygotowanie produktu w odpowiednich warunkach hodowli (GMP – z ang. good manufacturing practice), aby otrzymać komórki w standardzie produktu leczniczego terapii zaawansowanej (ATMP – z ang. advanced therapy medicinal products). Jeżeli chcemy podać komórki pacjentowi, muszą one spełniać powyższe standardy. W Polsce takich placówek, w których przygotowuje się komórki w standardzie ATMP, jest niewiele, a tylko one mogą przygotować komórki do danych terapii. Kolejno, przechodzimy do badań klinicznych, czyli oceny bezpieczeństwa leku i ustalenia jego ewentualnej dawki. Następnie, już na wybieranej losowo grupie chorych, sprawdza się nie tylko bezpieczeństwo stosowanej substancji, ale również zależność pomiędzy dawką (liczbą podawanych komórek) a efektem terapeutycznym. Jeżeli chodzi o komórki, zastanowiłabym się też nad drogą ich podania – czy miejscowa do danego narządu, który chcemy zregenerować, czy systemowa/dożylna, tak jak podajemy komórki układu krwiotwórczego po to, aby zasiedliły konkretne nisze szpikowe. W warunkach fizjologicznych komórki macierzyste rezydują w tkankowej niszy komórkowej jako komórki „uśpione”, nieaktywne. W momencie, kiedy otrzymują sygnał do regeneracji, zaczyna się aktywacja i różnicowanie komórek w kierunku pożądanej tkanki. Wracając do badań klinicznych, trzeci etap to już wieloletnie, długotrwałe badania randomizowane z podwójnie ślepą próbą – ani pacjent, ani lekarz nie wie, czy uczestnik otrzymuje produkt leczniczy, czy placebo. Na każdym etapie badań klinicznych niezbędne jest uzyskanie zgody odpowiedniej Komisji Bioetycznej. Po ich pozytywnym zakończeniu może nastąpić rejestracja produktu leczniczego. Według mojej wiedzy, na stronach WHO zarejestrowanych jest obecnie ponad 1050 badań klinicznych z użyciem mezenchymalnych komórek macierzystych. Badania te prowadzone są w różnych dziedzinach, komórki pochodzą z różnych tkanek, różna jest także forma ich podania i formuła.

A.Z.: Widać, jak dużo dzieje się w tym zakresie na świecie, ale w Polsce również i żeby to udowodnić, porozmawiajmy na konkretnym przykładzie. Czy może nam Pan Panie Filipie przybliżyć tematykę i główny cel swojego projektu, który został doceniony przez Kapitułę Konkursu „ExCELLent Grant”?

Lek. Filip Garbicz: Projekt obejmuje dwie różne dziedziny, które nie do końca zawsze są ze sobą wspólnie badane. W ramach pierwszej części projektu charakteryzujemy przeciwnowotworowe działanie związku MEN1703/SEL24 – badanego obecnie klinicznie inhibitora kinaz PIM. Kinazy te są kluczowymi onkogenami w nowotworach hematologicznych – szpiczaku plazmocytowym, chłoniakach B-komórkowych i ostrej białaczce szpikowej. Drugim obszarem, który postanowiłem zgłębić dzięki pozyskanemu grantowi, jest określenie działania i funkcji inhibitorów kinaz PIM w mikrośrodowisku szpikowym. Wyniki dotychczasowych badań wskazują na szczególną rolę kinaz PIM w śródbłonkowych komórkach macierzystych szpiku. Śródbłonkowe komórki progenitorowe człowieka są jeszcze nie dość dobrze zbadane, a prawdopodobnie pełnią bardzo ważną funkcję w powstawaniu nowych naczyń, towarzyszących rozwojowi różnych nowotworów, zarówno litych, jak i krwi. W moim projekcie wprawdzie nie badam nowotworów litych, które kojarzymy z możliwością zastosowania terapii antyangiogennej w celu modyfikacji sieci naczyniowej nowotworu i poprawy działania chemioterapii. Badam szpiczaka plazmocytowego, a więc nowotwór wywodzący się z komórek plazmatycznych, który zazwyczaj rozsiany jest w drobnych ogniskach w obrębie szpiku kostnego. Jest to dosyć niestandardowy model, natomiast wyniki moje oraz współpracującego ze mną zespołu z Dana-Farber Cancer Institute w Bostonie wyraźnie wskazują, że komórki tego nowotworu stale współdziałają z komórkami śródbłonka szpiku, tzn. posiadają zdolność wydzielania bardzo dużych ilości określonych cytokin, które promują intensywną proliferację komórek śródbłonkowych szpiku i ich progenitorów. Z drugiej strony komórki śródbłonka pełnią może trochę mniej funkcję transportową czy odżywczą, a bardziej immunomodulującą i zapewniającą odpowiednie środowisko cytokinowe – niszę, w której ten nowotwór jest się w stanie dalej rozwijać. To wszystko są bardzo niedawno opisane koncepty, stąd na razie nie ma jeszcze żadnych terapii celujących w progenitorowe komórki śródbłonka. Jeśli w ramach tego grantu udałoby się zbadać, jaką rolę odgrywają kinazy PIM w funkcjonowaniu tych komórek, ich inhibitory mogłyby znaleźć zastosowanie w chorobach, w których aktywność progenitorów komórek śródbłonkowych jest nadmierna. Nie mam na myśli jedynie nowotworów, ponieważ ustalono już pewną rolę tych komórek np. w rozwoju nadciśnienia płucnego czy wielu innych chorób układu krążenia. Z drugiej strony, pobudzenie mobilizacji komórek progenitorowych śródbłonka, np. poprzez stymulację aktywności kinaz PIM, może mieć znaczenie w chorobach przebiegających z niedokrwieniem narządów. W chorobie niedokrwiennej serca, zawale serca, udarze mózgu chcielibyśmy, aby doszło do w miarę szybkiej i skutecznej rewaskularyzacji. Wprawdzie nie ma żadnych badań klinicznych, które by pokazały jednoznacznie, że komórki te mogłyby być zastosowane w leczeniu tych chorób, ale znalezienie sposobu na aktywację czy mobilizację tych komórek ze szpiku, aby migrowały w stronę tkanki niedokrwionej i wspomagały lokalną angiogenezę, mogłoby być ciekawym pomysłem na terapię.

A.Z.: Jaki model zastosowaliście w badaniach?

F.G.: W ramach tego grantu użyjemy mysiego modelu szpiczaka plazmocytowego Vk*MYC. Jest to model syngeniczny, bardzo wiernie odwzorowujący biologię tej choroby u człowieka, w którym w szpiku dochodzi do spontanicznego rozwoju nowotworu, który później możemy przeszczepiać kolejnym osobnikom. Myszy takie będą następnie traktowane kontrolnym nośnikiem lub inhibitorem kinaz PIM, po czym po kilku tygodniach pobierzemy ich szpik w celu izolacji progenitorów komórek śródbłonkowych, dojrzałych komórek śródbłonkowych, a także nowotworowych komórek plazmatycznych. Będą one wysortowane i poddane analizie transkryptomicznej za pomocą sekwencjonowania RNA.

A.Z.: Pani Profesor, jakie główne wyzwania, stoją dzisiaj przed młodymi naukowcami – biologami, biotechnologami, lekarzami, pracującymi nad rozwojem terapii z zastosowaniem komórek macierzystych?

A.K.: Jak wspomniałam wcześniej, badania nad terapiami, w których wykorzystuje się komórki macierzyste, trwają od kilkudziesięcioleci i są ciągle udoskonalane, co wynika m.in. z rozwoju nowych technologii w medycynie, a co za tym idzie – mamy do dyspozycji nowe narzędzia badawcze, które pozwalają dogłębnie poznać cechy biologiczne komórek. Chciałabym zwrócić uwagę młodych naukowców, zajmujących się rozwojem terapii komórkowych, na wykorzystanie technologii „omicznych”, które są stosunkowo młodą dziedziną badań, pozwalającą na połączenie wiedzy m.in. z obszarów genomiki, transkryptomiki, proteomiki czy metabolomiki. To wszystko rzutuje potem na złożony obraz molekularny komórek. Badania te pozwalają zrozumieć, jak funkcjonują komórki zdrowe, jak te zmienione chorobowo i znaleźć różnice między nimi. Mając taki obraz przed oczyma, można rzeczywiście projektować terapie celowane. W mojej opinii jest to wyzwanie dla młodych naukowców – poznać dogłębnie molekularne podstawy komórek macierzystych i umiejętnie wykorzystać nowe technologie na potrzeby opracowania skutecznego produktu leczniczego w danej jednostce chorobowej.

Żeby tak się jednak stało, teraz bardziej przyziemny temat, młodzi badacze muszą mieć profesjonalne, rzetelne wsparcie ze strony jednostki naukowej, w której są zatrudnieni i bezpośredniego opiekuna naukowego, który kształtuje ich dalszą drogę badawczą. Aby na uczelniach i w instytutach mogli pracować najlepsi naukowcy, konieczne jest zagwarantowanie im odpowiednich warunków finansowych. To są młodzi ludzie, którzy rozpoczynają nie tylko karierę naukową, ale również życie osobiste i oczekują pewnej stabilności finansowej, a są w dość niekomfortowej sytuacji, dlatego że w zasadzie pracują głównie w projektach, które nie dają gwarancji stałego zatrudnienia. Wysoko oceniamy jakość pracy młodych naukowców, doktorantów, ale brak tej niezależności finansowej albo zniechęca ich do pozostania w środowisku akademickim, albo motywuje do szukania lepszych propozycji za granicą. Szkoda, tym bardziej że mamy zaawansowane możliwości technologiczne, które młodzi naukowcy mogliby wykorzystać. Sama przez ponad sześć lat pracowałam w Stanach Zjednoczonych i po powrocie z dumą obserwowałam, jak bardzo zmieniła się polska nauka – jeżeli chodzi o wyposażenie aparaturowe, nie odbiegamy od reszty świata. Mamy ogromny potencjał, tylko wykorzystajmy go umiejętnie i wtedy wszystko pójdzie w dobrym kierunku.

A.Z.: A gdzie Pan identyfikuje podstawowe wyzwania i ryzyka niepowodzenia projektów badawczych?

F.G.: Każde badanie powinno być projektowane z pewną dozą ostrożności i bezpieczeństwa tak, żeby nie wszystkie eksperymenty były z kategorii „high risk”. Strona techniczna eksperymentu, tak jak w moim przypadku – odpowiednia inokulacja komórek nowotworowych, podawanie myszom inhibitora, sortowanie komórek, przygotowanie bibliotek – to wszystko oczywiście może być obarczone pewnym ryzykiem błędu, który zawsze jednak staramy się wyeliminować, natomiast nowe hipotezy generowane są po otrzymaniu wyników tych badań. Odnosząc się do słów Pani Profesor, dzięki zastosowaniu technologii „omicznych” nie skupiamy się już na jednej konkretnej ścieżce, białku czy genie, ale na pewnych globalnych procesach komórkowych, a ich poznanie – jak zmieniają się w czasie i w różnych modelach – pozwala nam na wysunięcie ogólnych wniosków, które następnie możemy potwierdzać bardziej szczegółowymi metodami. W tym zakresie projekt ma duże szanse powodzenia i otrzymania sensownych wyników, na których potem można budować dalszą część pracy.

Tak jak Pani Profesor wspomniała, Polska jest wysoko rozwiniętym krajem, jeśli chodzi o dostępne technologie. Moim zdaniem najbardziej brakuje nam jednak kompetentnych ludzi, z którymi można współpracować i którzy są specjalistami w swojej dziedzinie. Żeby sprostać temu wyzwaniu, potrzeba zwiększenia finansowania zespołów, specjalizujących się w unikalnych technologiach badawczych. Nasz zespół nawiązał współpracę z Warszawskim Uniwersytetem Medycznym, gdzie będą wykonywane doświadczenia in vivo na modelu mysim. Bardzo się cieszę z tego powodu, ponieważ współpracujemy z WUM-em od lat i wiemy, że są tam ludzie, którzy mają już doświadczenie w pracy z tym konkretnym modelem szpiczaka plazmocytowego. W Polsce nie ma jednak wielu innych tego rodzaju placówek, gdzie byłbym spokojny o jakość wykonanych eksperymentów. Dlatego trzeba zwiększać potencjał ludzki i inwestować w szkolenia, wyjazdy zagraniczne, ponieważ umiejętności potrzebne do dobrego wykonywania takich badań można bardzo szybko i łatwo rozwinąć, jadąc do krajów zachodnioeuropejskich czy Stanów Zjednoczonych, gdzie pewne procedury są już rutynowo stosowane i działają. W ten sposób unikamy wynajdywania koła na nowo, co czasami ma miejsce, jeśli nie dysponujemy w kraju ekspertami z danej dziedziny.

A.Z.: Mimo że komórki macierzyste są stosowane w terapiach klinicznych od kilkudziesięciu lat, uważa się, że ich pełen potencjał zostanie dopiero odkryty. Jakie badania naukowe nad ich rozwojem elektryzują Państwa najbardziej i za jakie zastosowania trzymają Państwo szczególnie mocno kciuki?

A.K.: Znaczna część społeczności naukowej skupia się obecnie na zastosowaniu komórek macierzystych w regeneracji dużych ubytków kostnych, ale tutaj same komórki niewiele wniosą, dlatego że podobnie jak w przypadku kości, komórka macierzysta potrzebuje swojej niszy i odpowiedniego rusztowania, żeby mogła taką kość odtworzyć, zwłaszcza jeśli mamy do czynienia z ubytkiem krytycznych rozmiarów, który nie pozwala na zrastanie się kości. Z pomocą przychodzi nam inżynieria tkankowa – interdyscyplinarna dziedzina nauki, która łączy wiedzę z obszarów biologii, medycyny i inżynierii materiałowej. Istotne jest tutaj właśnie to, w jaki sposób zostanie zaprojektowane to rusztowanie – czy będzie biokompatybilne z komórkami, które chcemy na nim osadzić i czy osadzone komórki będą zdolne do proliferacji i różnicowania osteogennego. Uważam, że jest to terapia, która rzeczywiście może w dość szybkim czasie znaleźć zastosowanie w klinice. Drugim, wartym wspomnienia aspektem, jest terapia, gdzie nie wykorzystujemy komórek, tylko ich sekretom bądź mikropęcherzyki. Mikropęcherzyki transportują różne czynniki troficzne, jak białka, lipidy, RNA i inne – takie same, jak produkują komórki rodzicielskie. Zastosowanie pochodnych komórek macierzystych niesie identyczne efekty terapeutyczne, jak użycie komórek macierzystych, tyle że produkty te będą bardziej bezpieczne, ponieważ nie proliferują. Oznacza to, że nie ma ryzyka nowotworzenia, aczkolwiek ja nie słyszałam, aby w praktyce klinicznej, przynajmniej w tych raportowanych przypadkach, po zastosowaniu komórek macierzystych wykształcił się nowotwór. Co więcej, produkty te są zdolne do przekroczenia bariery krew-mózg, a to z kolei daje nadzieję na ich wykorzystanie w leczeniu schorzeń związanych z dysfunkcją centralnego układu nerwowego. Wiadomo, że choroby neurodegeneracyjne to obecnie ogromne wyzwanie dla ludzkości.

F.G.: Badania z dziedziny komórek macierzystych, które szczególnie budzą moją ciekawość, dotyczą porównań wyników przeszczepienia komórek krwiotwórczych, pobranych z krwi pępowinowej, z przeszczepieniem szpiku od dawców. Długo się dyskutowało o tym, która z metod oferuje mniej powikłań czy lepszą funkcjonalność szpiku po przeszczepieniu i właśnie w tym roku ukazało się kilka prac, świadczących o tym, że przeszczepienie komórek macierzystych z krwi pępowinowej może być korzystniejszą opcją terapeutyczną. Te wyniki dają do zastanowienia, jeżeli ktoś planuje w najbliższej przyszłości potomstwo i myśli o tym, czy zamrozić komórki z krwi pępowinowej. Jeszcze do niedawna faktycznie można było mówić, że jest to nie do końca zbadana procedura, natomiast coraz częściej jej skuteczność i większe bezpieczeństwo są potwierdzane w ramach randomizowanych badań klinicznych. Szerzej z dziedziny terapii komórkowej ogromnie interesuje mnie technologia CAR-T (genetycznie zmodyfikowanymi limfocytami T). Aktualnie na świecie toczy się przeogromna ilość badań w różnych nowotworach, nie tylko hematologicznych, ale również litych, w których próbuje się wykorzystać komórki układu odpornościowego pacjenta, zmodyfikowane genetycznie tak, aby rozpoznawały antygeny obecne na nowotworze, na który cierpi dany pacjent i niszczyły komórki nowotworowe. Mamy już na świecie zatwierdzone terapie (niektóre są nawet refundowane w Polsce) w opornej na leczenie białaczce limfoblastycznej czy chłoniaku rozlanym z dużych komórek B. Ostatnio na konferencji hematologicznej bardzo zaintrygowało mnie podejście naukowców i lekarzy z Niemiec, którzy żeby zwiększyć dostępność tej terapii i obniżyć jej koszt, rozpoczęli „uniwersytecką” produkcję komórek CAR-T na miejscu, w specjalnych placówkach w standardzie GMP. Myślę, że to jest coś, czemu warto byłoby się przyjrzeć w Polsce, aby zwiększyć dostępność do tych terapii, ponieważ ich skuteczność jest naprawdę bardzo pozytywnie zaskakująca.

A.Z.: Dziękuję Państwu za rozmowę.