PMC

Review

„Kmenová buňka“ je termín používaný pro buněčnou linii, která má potenciál diferencovat se v mnoho dalších typů buněk. Z klinického hlediska jsou nejdůležitějšími členy této linie mezenchymální kmenové buňky (MSC). Tyto multipotentní buňky hostí mnoho tkání v těle, přičemž největším zdrojem je kostní dřeň. Předpokládá se, že tuto populaci budou hostit i některá specifická místa v těle, například tuková tkáň, plíce a cévy . Z nich je z kardiovaskulárního hlediska zajímavá cévní endotelová výstelka. Na základě své vlastnosti rychle se dělit a dozrávat do diferencovanějších forem jsou kmenové buňky považovány za užitečný nástroj při léčbě VF. Probíhají rozsáhlé studie, které mají prokázat jejich užitečnost a praktické využití. Od několika posledních desetiletí jsou transplantovány do nemocných srdečních tkání a očekává se, že nahradí poškozené a zjizvené oblasti normálním myokardem . Nyní víme, že jejich přínos přesahuje jejich vrozené diferenciační schopnosti. Novější studie poukazují na to, že nejvýznamnějším aspektem kmenových buněk je jejich schopnost vylučovat různé látky podobné hormonům a růstové faktory. Tyto látky chemicky působí na oblasti, jako je poškozený myokard a endotel cévní stěny, a přinášejí výhodné reakce. Tyto parakrinní účinky převyšují svým rozsahem a přínosem jejich regenerační funkci. Mohou například zabránit odumírání buněk a způsobit vyrůstání nových cév, které zásobují ischemické oblasti .

Monukleární buňky (MNC) jsou ještě větší populací kmenových buněk. Jak MNC získané z kostní dřeně, tak MSC byly nezávisle na sobě použity při léčbě HF. Bylo studováno, že jejich chemické chování se od sebe liší. MSC mají spíše regenerační a vaskulární proliferační schopnost, zatímco MNC působí spíše spouštěním příznivých forem zánětu . Toto pozorování dodává SCT perspektivu nesmírného významu a naznačuje, že tato terapie může přinést různé odpovědi v závislosti na typu použitých buněk. Výsledky se také liší podle toho, zda buňky pocházejí od samotných pacientů nebo od dárce (autologní vs. alogenní zdroje). To vše dohromady naznačuje, že SCT je komplexní a vícerozměrná linie léčby a při určování jejích přínosů a rizik hraje roli více faktorů.

Omezená randomizovaná kontrolní studie (RCT) publikovaná v roce 2005 zkoumala 20 pacientů s ischemickou KV a ejekční frakcí levé komory (LVEF) dokumentovanou jako méně než 35 % normy . Kmenové buňky byly pacientům v experimentální skupině dodávány do subepikardiálních oblastí. Ukázalo se zvýšení LVEF z hodnoty 29,4 % normálu před léčbou na 46,1 % u pacientů s ischemickou HF, kteří dostali autologní SCT plus koronární bypass (CABG), na rozdíl od zvýšení z 30,7 % na 37,2 % u kontrolní skupiny, která dostala pouze CABG. V obou skupinách nebyly pozorovány žádné nežádoucí účinky. Z klinického hlediska se jednalo o pozoruhodné zjištění ve prospěch SCT.

Studie z roku 2006 zahrnovala pacienty, kteří měli v anamnéze akutní infarkt myokardu (IM) úspěšně léčený trombolýzou nebo antikoagulací . Použití kmenových buněk se u těchto pacientů projevilo významným snížením kardiovaskulární mortality a recidivy akutních ischemických příhod při současném zvýšení LVEF. U pacientů s LVEF nižší než mediánová hodnota došlo k největšímu zlepšení funkce. V této studii však byly kmenové buňky zavedeny do koronárních tepen.

Důvodem pro zmínku o intrakoronární nebo subepikardiální cestě je, že se jedná o bezpečnější techniky podání kmenových buněk. Ostatní metody, které zahrnují přímé injekce do myokardu, představují riziko lokálního poškození v místě vpichu a arytmií . Tyto arytmie mohou být vyvolány zánětem a jizvením po injekcích. Kromě toho může mít integrace transplantovaných buněk určité fyzikální a elektrofyziologické účinky, které zvyšují arytmogenitu. Tato rizika lze zmírnit volbou bezpečnějších cest pro dodání kmenových buněk. dalším bodem, který stojí za zmínku, je, že riziko arytmií je nejsilněji spojeno s kmenovými buňkami kosterního svalového původu. Studie „The Myoblast Autologous Grafting in Ischemic Cardiomyopathy“ (MAGIC) byla klinickou studií, která mohla tuto souvislost studovat. Nezjistila žádné zlepšení LVEF při použití kmenových buněk kosterního svalového původu . Tato studie také zjistila arytmie ve skupině léčené kmenovými buňkami na rozdíl od kontrol. Z toho vyplývá, že kosterní svaly nejsou účinným zdrojem kmenových buněk pro použití u HF.

Další klinická studie z roku 2010 „The Acute and Long-term Effects of Intracoronary Stem Cell Transplantation in 191 patients with Chronic Heart Failure: the STAR-heart Study“ zahrnovala intrakoronární injekce kmenových buněk u pacientů s ischemickým HF a nízkou LVEF . Buňky byly získány z kostní dřeně stejných pacientů, kterým byly podány (autologní). Analýza údajů až pět let po zahájení této léčby ukázala, že SCT vedla u léčených pacientů ke zvýšení funkční třídy New York Heart Association (NYHA) a LVEF. Kromě toho byl zaznamenán pokles předtížení levé komory, konečného systolického objemu (ESV), systolického napětí stěny, plochy infarktu a dlouhodobé mortality. Byly pozorovány pouze běžné procedurální vedlejší účinky. Ve skupině s kmenovými buňkami byl zjištěn nižší výskyt arytmií. Na základě těchto zjištění tato studie shledala SCT jako bezpečnou a prospěšnou u pacientů se srdečním infarktem v anamnéze, kteří původně podstoupili nějakou formu revaskularizace nebo antikoagulaci. Tato studie poukazuje zejména na lepší profil mortality pozorovaný u SCT a přisuzuje jej jak zlepšení srdeční výkonnosti, tak snížení výskytu arytmií.

Studie s názvem „Comparison of Allogeneic vs Autologous Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells Delivered by Transendocardial Injection in Patients with Ischemic Cardiomyopathy: the POSEIDON Randomized Trial“ srovnávala autologní a alogenní MSC u pacientů s ischemickou KV chorobou s cílem určit typ dárcovských kmenových buněk, které mají být preferovány . Oba typy MSC prokázaly příznivé účinky v podobě zmenšení plochy infarktu po akutním infarktu. Parametry kvality života vykazovaly zlepšení, a to více ve skupině autologních MSC. Jedním z nejdůležitějších cílů léčby KV je prevence škodlivé srdeční remodelace. V této studii se podařilo prokázat, že SCT je v tomto ohledu prospěšná, a prokázala také snížení nepříznivých srdečních strukturálních změn. Nebylo však pozorováno žádné zlepšení markerů funkce levé komory, jako je LVEF. Protilátková odpověď na alogenní MSC byla malého rozsahu a nedošlo k akutní imunitní rejekci. Významných nežádoucích příhod, zejména arytmií, bylo ve skupině alogenních MSC zjištěno méně. Tato pozorování naznačují, že oba typy MSC lze bezpečně použít u pacientů se srdečním selháním. Navíc vysvětlují, že riziko imunitní rejekce nebo poškození při použití alogenních MSC je příliš nízké na to, aby ohrozilo jejich klinickou užitečnost.

Jedním z nedávných způsobů využití kmenových buněk je tzv. kardiopoéza. Spočívá v podrobení kmenových buněk postupům, které do určité míry předurčují jejich osud, v jaký typ buněk dozrají . Studie „Cardiopoietic Stem Cell Therapy in Heart Failure“ (C-CURE) je jednou z prvních studií svého druhu, která byla na tomto principu zahájena v roce 2013 . Analýza po dvou letech ukázala zlepšení stavu kardiovaskulárních funkcí při použití těchto buněk u ischemického srdečního selhání. Mezi objektivní zjištění patřilo, že tato léčba zvýšila LVEF z 27,5 % normálu na 34,5 %. Ve skupině léčené kmenovými buňkami byla rovněž zaznamenána nižší ESV levé komory, která se snížila o 24,8 ml, zatímco u kontrolní skupiny došlo ke snížení pouze o 8,8 ml. Bylo zjištěno, že jakékoli rozdíly ve škodlivých srdečních příhodách mezi oběma skupinami postrádají statistickou významnost. Další aspekty srdeční funkce a kvality života byly hodnoceny pomocí měření, jako je funkční třída NYHA a počet hospitalizací. Všechny tyto parametry vykazovaly při SCT zlepšující se trend.

Příznivé aspekty zdůrazněné ve studii C-CURE podnítily rozsáhlejší studie o tomto typu SCT. Jednou z největších studií založených na tomto konceptu je studie „Congestive Heart Failure Cardiopoietic Regenerative Therapy“ (CHART-1) z roku 2015 . Nejnovější analýza jejích výsledků byla provedena po 39 týdnech od zahájení této studie sledováním 120 pacientů léčených těmito buňkami a 151 pacientů, kterým byl proveden falešný postup. Výsledky ukazují, že tato studie sdílí některá zjištění studie C-CURE. Například ve skupině s kmenovými buňkami nebyly zaznamenány žádné nadměrné škodlivé účinky. Poukazuje se zejména na nižší výskyt náhlých srdečních úmrtí v této skupině pacientů. V průběhu 39 týdnů byl u pacientů s koncovým diastolickým objemem levé komory (LVEDV) 200-370 ml, kteří podstoupili SCT, pozorován zlepšující se trend srdeční funkce. Celkově tyto studie potvrzují, že SCT je bezpečná a má dlouhodobý přínos. Nejvýznamnějšími aspekty těchto studií je použití moderní technologie a dlouhé sledování, čímž se stávají praktickými. Kvalita důkazů se také zvyšuje, když jsou dlouhodobě pozorovány konzistentní přínosy. Navíc mohou pomoci poukázat na vzácné, ale významné nežádoucí účinky, což je velmi důležité posoudit předtím, než se SCT stane široce používanou metodou.

Dosud diskutované studie zřejmě zdůrazňují, že kmenové buňky se ukazují jako spolehlivá léčba, protože jsou bezpečné a přinášejí lepší výsledky ve srovnání s dřívějšími lékařskými a chirurgickými možnostmi. Jiné studie však naznačují, že odpověď na SCT se může u jednotlivých pacientů lišit a výsledky jsou neutrální nebo rozporuplné . Ve většině studií byly použity autologní kmenové buňky. U mnoha pacientů s HF však chyběly použitelné populace kmenových buněk . Tato zjištění vyvolávají otázky ohledně obtíží při předpovídání prognózy po použití SCT . Zdůrazňují také význam zdrojů kmenových buněk, jejich porovnávání s cílem zjistit, který je lepší, a studium metod jejich získávání.

Studie „Phase II Dose-Escalation Study of Allogeneic Mesenchymal Precursor Cells in Patients with Ischemic or Nonischemic Heart Failure“ provedená v srpnu 2015 zkoumala aspekty dávkování MSC a vytvořila tři skupiny po 20 pacientech. Patnáct pacientů v každé skupině dostalo jednu ze tří vybraných dávek (25, 75 nebo 150 milionů buněk) MSCs . Zbývajících pět pacientů podstoupilo falešnou proceduru. MSC použité v této studii byly zpracovány metodami imunologické selekce. Účelem tohoto výběrového postupu bylo zjistit, zda imunitní reakce ovlivňují SCT, a stanovit imunologický bezpečnostní profil MSC. Buňky byly pacientům podány transendokardiálními injekcemi. Výsledky této studie zdůrazňují příznivé účinky SCT při prevenci závažných nežádoucích srdečních příhod včetně úmrtí ze srdeční příčiny, akutního koronárního syndromu nebo potřeby revaskularizace. Srdeční nežádoucí příhody byly pozorovány u 22 % pacientů, kterým byly podány MSC, a u 33 % kontrol. Bylo zjištěno, že srdeční příhody spojené se srdečním selháním byly nižší ve všech třech dávkových kohortách.

Protilátky se specifitou pro antigen dárce byly zjištěny u 11 % pacientů léčených kmenovými buňkami, ale nezpůsobily žádný výrazný nežádoucí účinek. Omezením této studie byla malá velikost vzorku a převaha ischemické choroby srdeční ve skupině pacientů. Dřívější studie se zaměřovaly na regenerační aspekty SCT . Tato studie však klade větší důraz na jejich parakrinní účinky. To upevňuje moderní přístup k SCT, že tyto buňky nejsou užitečné jen proto, že nahrazují odumřelou nebo poškozenou tkáň, protože také zlepšují funkci přežívající tkáně, snižují škodlivou remodelaci a stimulují sekreci cytokinů a růstových faktorů. Všechny tyto účinky přispívají ke klinickému zlepšení pozorovanému u léčených pacientů.

Endotel tvoří jednovrstevnou dlaždicovou epitelovou výstelku cévních stěn. Tvoří mechanickou a nábojovou bariéru mezi intravaskulárním a intersticiálním prostorem. Produkuje také různé cytokiny a růstové faktory, které ovlivňují cévní kalibr, koagulaci atd. Endoteliální dysfunkce tvoří patofyziologický základ mnoha onemocnění. Patří mezi ně ateroskleróza, diabetes mellitus a komplikace . Některé fyzikální rysy VF jsou rovněž připisovány narušené funkci endotelu, což vede ke zvýšení rezistence periferních cév, tj. ke zvýšení afterloadu selhávajícího srdce . V endotelu se rovněž nacházejí některé liniově specifické progenitorové buňky, které mohou sloužit k regeneračním účelům. MSC se ukázaly být užitečné i v tomto ohledu. Bylo zjištěno, že působí proti dysfunkci endotelu tím, že inhibují škodlivé zánětlivé procesy. Inhibují tvorbu jizev a posilují prorůstání nových cév v nemocích a poškozených oblastech . Předpokládá se, že endoteliální progenitorové buňky (EPC) mohou být MSC stimulovány k proliferaci a pomáhat proti endoteliální dysfunkci .

Klinická studie s názvem „Allogeneic Mesenchymal Stem Cells Restore Endothelial Function in Heart Failure by Stimulating Endothelial Progenitor Cells“ (Alogenní mezenchymální kmenové buňky obnovují endoteliální funkci při srdečním selhání stimulací endoteliálních progenitorových buněk) studovala tento vztah . Ukázala, že endoteliálních progenitorových buněk bylo u pacientů se srdečním selháním na rozdíl od zdravých kontrol výrazně méně. Počet EPC byl pozorován jako 4 (± 3) jednotky tvořící kolonie (CFU) u pacientů s HF, ale 25 (± 16) CFU u zdravých kontrol, což dává p-hodnotu menší než 0,0001. V této studii bylo pozorováno, že alogenní MSC zvýšily tento počet EPC po třech měsících sledování. SCT byla také spojena s nižšími hladinami vaskulárního endoteliálního růstového faktoru (VEGF) ve srovnání s autologními kmenovými buňkami (P = 0,0012). Na základě těchto zjištění tato studie s jistotou potvrzuje příznivé účinky alogenních MSC na endoteliální buňky, a to i přes omezení týkající se velikosti vzorku a shody.

Jedním z nevyhnutelných omezení SCT je, že se očekává, že MSC ztratí určitou účinnost v důsledku stárnutí . Studie navrhují překonat toto omezení získáním kmenových buněk alogenním způsobem od zdravých dárců namísto autologních buněk od pacientů s HF, kteří mohou být staří a mít další komorbidity.

V článku „Bone Marrow-derived Mesenchymal Stromal Cell Treatment in Patients with Severe Ischemic Heart Failure: A Randomized Placebo-controlled Trial (MSC-HF trial)“ provedené v Evropě v roce 2015 byly u pacientů s ischemickým srdečním selháním použity autologní kmenové buňky z kostní dřeně . Přibližně 55 % pacientů dosáhlo primárního kontrolního bodu účinnosti po šesti měsících. Bylo zjištěno, že ESV levé komory je 7.6 ml nižší s p-hodnotou 0,001 ve skupině s kmenovými buňkami na rozdíl od kontrol. SCT rovněž prokázala zvýšení LVEF o 6,2 % (p < 0,0001), zdvihového objemu o 18,4 ml (p < 0,0001) a hmotnosti myokardu o 5,7 g (p = 0,001). Ukázalo se, že tyto parametry silně odrážejí stav srdeční funkce a jakékoliv zlepšení těchto hodnot naznačuje přínos pro dlouhodobé přežití pacientů se srdečním selháním . Studie MSC-HF použila k sekundárnímu hodnocení účinnosti některá stejná náhradní měření, jaká byla použita ve studii C-CURE (např. funkční třída NYHA), a zjistila, že jsou mezi léčenou a kontrolní skupinou srovnatelná. Bylo zjištěno, že nežádoucí účinky SCT jsou v této studii zanedbatelné. Také méně pacientů ve skupině SCT potřebovalo hospitalizaci z důvodu zhoršení příznaků anginy pectoris.

V předchozí studii z roku 2013 bylo pozorováno podobné zlepšení u anginy pectoris rezistentní na léčbu . Výsledky ukázaly významný vliv dávky kmenových buněk, přičemž maximální zlepšení bylo spojeno s maximální použitou dávkou. Ačkoli byly dříve považovány za bezpečné, patentované katetrové injekce vykazovaly v této studii dvě významné nežádoucí příhody .

RCT fáze 3 s názvem “ The Effect of Intracoronary Infusion of Bone Marrow-derived Mononuclear Cells on All-cause Mortality in Acute Myocardial Infarction: Na mezinárodní úrovni byla zahájena studie BAMI (Rationale and Design of the BAMI Trial). Výsledky této RCT ukazují, že u pacientů s nízkou LVEF (méně nebo rovno 45 %), kteří předtím úspěšně podstoupili reperfuzi po akutním infarktu myokardu, došlo po podání autologních MNC z kostní dřeně ke snížení mortality ve srovnání s pacienty, kteří dostávali pouze standardní medikamentózní léčbu . Je vidět, že se jedná o jeden z podobných výsledků v řadě klinických studií, které ukazují statisticky významné zlepšení LVEF a snížení mortality při SCT, a zdá se, že tyto důkazy jsou v novějších studiích stále silnější.

V jiné RCT byli pacienti, kteří byli napojeni na asistenční zařízení levé komory, dočasně odpojeni a byla jim podána SCT, aby se zjistilo, jak tito pacienti na tuto léčbu reagují. U těchto pacientů nebyl při jednoročním sledování pozorován žádný důkaz přínosu . To naznačuje dvě věci:

1) SCT nemusí být schopna přinést prospěch v situacích, kdy je zapotřebí akutnější možnost léčby.

2) SCT není absolutní náhradou mechanických nebo chirurgických postupů u pacientů, kteří již tyto léčebné postupy užívají.

Německý přehledový článek z roku 2012 naznačuje, že klinické studie fáze 1 a 2 týkající se léčby HF pomocí kmenových buněk byly schopny prokázat jejich bezpečnost a účinnost. Přesto je třeba provést více multicentrických studií fáze 3, než budou vyvozeny další závěry ohledně toho, který typ kmenových buněk je nejužitečnější a v jaké fázi HF by měly být zavedeny, aby byly nejúčinnější .

Většina klinických studií, o kterých jsme hovořili, se zřejmě zaměřuje na HF z ischemických příčin. Neischemická HF však není z přínosu SCT vyňata. Přehledový článek publikovaný teprve v roce 2015 shromáždil důkazy, které naznačují, že použití kmenových buněk CD (cluster of differentiation) 34+ u neischemických příčin HF rovněž zlepšuje srdeční činnost a symptomy . Tento přehled dále opakuje, že v případech ischemické HF buňky získané z kardiosféry snižují množství jizvy zvyšují množství funkční tkáně a zvyšují tloušťku stěny myokardu. Vysvětluje, že MSC jsou u HF užitečné bez ohledu na jejich alogenní nebo autologní zdroje. Článek však také upozorňuje, že nemusí být možné stanovit stejný režim kmenových buněk pro pacienty s různými příčinami HF, protože variabilita spektra onemocnění je spojena s nekonzistentními pozorováními. Proto tento článek nabádá k potřebě personalizovaných léčebných režimů.