PMC

Review

„Komórka macierzysta” to termin używany w odniesieniu do linii komórkowej posiadającej potencjał do różnicowania się w wiele innych typów komórek. Mezenchymalne komórki macierzyste (MSC) są najważniejszymi przedstawicielami tej linii z klinicznego punktu widzenia. Wiele tkanek w organizmie jest gospodarzem tych multipotencjalnych komórek, z których największym źródłem jest szpik kostny. Oczekuje się, że niektóre specyficzne miejsca w organizmie będą również schronieniem dla tej populacji, takie jak tkanka tłuszczowa, płuca i naczynia krwionośne. Wśród nich, z punktu widzenia układu sercowo-naczyniowego, interesujące są komórki śródbłonka naczyniowego. Ze względu na ich właściwości szybkiego dzielenia się i dojrzewania do bardziej zróżnicowanych form, komórki macierzyste są uważane za użyteczne narzędzie w leczeniu HF. Prowadzone są szeroko zakrojone badania mające na celu udowodnienie ich przydatności i praktycznego zastosowania. Od kilku ostatnich dekad przeszczepia się je do chorych tkanek serca i oczekuje się, że zastąpią one uszkodzone i zbliznowaciałe obszary prawidłowym mięśniem sercowym. Obecnie wiemy, że ich zalety wykraczają poza ich wrodzone zdolności różnicujące. Nowsze badania wskazują, że najbardziej znaczącym aspektem komórek macierzystych jest ich zdolność do wydzielania różnych substancji hormonopodobnych i czynników wzrostu. Substancje te działają chemicznie na obszary takie jak uszkodzony mięsień sercowy i śródbłonek ściany naczynia i przynoszą korzystne odpowiedzi. Te parakrynne efekty przewyższają ich funkcje naprawcze w wielkości i korzyści. Na przykład mogą one zapobiegać śmierci komórek i powodować kiełkowanie nowych naczyń w celu zaopatrzenia obszarów niedokrwionych .

Komórki jednojądrowe (MNC) stanowią jeszcze większą populację komórek macierzystych. Zarówno MNC pochodzące ze szpiku kostnego, jak i MSC były niezależnie stosowane w leczeniu HF. Zbadano, że ich zachowanie chemiczne różni się od siebie. MSCs częściej wykazują zdolności regeneracyjne i proliferacyjne naczyń krwionośnych, podczas gdy MNCs działają bardziej poprzez wyzwalanie korzystnych form zapalenia. Ta obserwacja dodaje perspektywę o ogromnym znaczeniu dla SCT, sugerując, że terapia ta może przynieść różne odpowiedzi w zależności od rodzaju użytych komórek. Wyniki różnią się również w zależności od tego, czy komórki pochodzą od samego pacjenta, czy od dawcy (źródła autologiczne vs allogeniczne). Wszystko to sugeruje, że SCT jest złożoną i wielowymiarową linią leczenia, a wiele czynników odgrywa rolę w określaniu jej korzyści i ryzyka.

Ograniczone randomizowane badanie kontrolne (RCT) opublikowane w 2005 roku badało 20 pacjentów z niedokrwienną HF i frakcją wyrzutową lewej komory (LVEF) udokumentowaną jako mniej niż 35% normy. Komórki macierzyste były dostarczane do obszarów podwsierdziowych pacjentów w grupie eksperymentalnej. Wykazano wzrost LVEF z wartości przed leczeniem wynoszącej 29,4% wartości prawidłowej do 46,1% u pacjentów z niedokrwienną HF otrzymujących autologiczne SCT plus pomostowanie aortalno-wieńcowe (CABG), w przeciwieństwie do wzrostu z 30,7% do 37,2% w grupie kontrolnej, która otrzymała tylko CABG. W żadnej z grup nie zaobserwowano działań niepożądanych. Z klinicznego punktu widzenia był to znaczący wynik przemawiający na korzyść SCT.

W badaniu z 2006 roku rekrutowano pacjentów, którzy przebyli ostry zawał mięśnia sercowego (MI) leczony z powodzeniem za pomocą trombolizy lub antykoagulacji. Zastosowanie komórek macierzystych u tych pacjentów objawiło się znaczącą redukcją śmiertelności sercowo-naczyniowej i nawrotów ostrych incydentów niedokrwiennych przy jednoczesnym wzroście LVEF. Największą poprawę funkcji wykazywali pacjenci z LVEF poniżej wartości mediany. Jednak w tym badaniu komórki macierzyste wprowadzano do tętnic wieńcowych.

Powodem wymienienia drogi wewnątrzwieńcowej lub podwsierdziowej jest to, że są to bezpieczniejsze techniki dostarczania komórek macierzystych. Inne metody, które obejmują bezpośrednie wstrzyknięcia do mięśnia sercowego, stwarzają ryzyko lokalnego uszkodzenia miejsca wstrzyknięcia i arytmii. Arytmie te mogą być wywołane przez stan zapalny i blizny po iniekcjach. Ponadto, integracja przeszczepionych komórek może mieć pewne fizyczne i elektrofizjologiczne efekty, które zwiększają arytmogenność. Ryzyko to można ograniczyć, wybierając bezpieczniejsze drogi dostarczania komórek macierzystych.Innym punktem, o którym warto wspomnieć, jest to, że ryzyko arytmii jest najsilniej związane z komórkami macierzystymi pochodzenia mięśni szkieletowych. „The Myoblast Autologous Grafting in Ischemic Cardiomyopathy” (MAGIC) trial było badaniem klinicznym, które było w stanie zbadać to powiązanie. Nie wykazało ono poprawy LVEF przy zastosowaniu komórek macierzystych pochodzących z mięśni szkieletowych. W badaniu tym stwierdzono również arytmię w grupie leczonej komórkami macierzystymi, w przeciwieństwie do grupy kontrolnej. Sugeruje to, że mięśnie szkieletowe nie są skutecznym źródłem komórek macierzystych do stosowania w HF.

Inne badanie kliniczne z 2010 roku „The Acute and Long-term Effects of Intracoronary Stem Cell Transplantation in 191 patients with Chronic Heart Failure: the STAR-heart Study” obejmowało wewnątrzwieńcowe wstrzyknięcia komórek macierzystych u pacjentów z niedokrwienną HF i niską LVEF . Komórki uzyskano ze szpiku kostnego tych samych pacjentów, którym je podawano (badanie autologiczne). Analiza danych w okresie do pięciu lat po rozpoczęciu leczenia wykazała, że SCT prowadziło do wzrostu klasy czynnościowej New York Heart Association (NYHA) i LVEF u leczonych pacjentów. Ponadto stwierdzono zmniejszenie obciążenia wstępnego lewej komory, objętości końcoworozkurczowej (ESV), naprężenia skurczowego ściany, powierzchni zawału oraz śmiertelności długoterminowej. Obserwowano jedynie rutynowe proceduralne działania niepożądane. Stwierdzono mniejszą częstość występowania arytmii w grupie z komórkami macierzystymi. Na podstawie tych wyników badania stwierdzono, że SCT jest bezpieczna i korzystna u pacjentów z HF z przebytym zawałem serca, którzy początkowo byli poddani jakiejś formie rewaskularyzacji lub antykoagulacji. W badaniu tym zwrócono szczególną uwagę na poprawę profilu śmiertelności obserwowaną po SCT, przypisując ją zarówno poprawie wydolności serca, jak i zmniejszeniu częstości występowania arytmii.

W badaniu zatytułowanym „Comparison of Allogeneic vs Autologous Bone Marrow-derived Mesenchymal Stem Cells Delivered by Transendocardial Injection in Patients with Ischemic Cardiomyopathy: the POSEIDON Randomized Trial” porównano autologiczne i allogeniczne MSC u pacjentów z niedokrwienną HF w celu określenia preferowanego typu komórek macierzystych od dawcy. Oba rodzaje MSCs wykazały korzystne efekty w postaci zmniejszenia obszaru zawału po ostrym MI. Parametry jakości życia wykazały poprawę, w większym stopniu w grupie autologicznych MSC. Jednym z najważniejszych celów leczenia HF jest zapobieganie szkodliwemu remodelingowi serca. W tym badaniu udało się wykazać, że SCT jest korzystne pod tym względem, a także wykazano redukcję niekorzystnych zmian strukturalnych serca. Nie zaobserwowano jednak poprawy w zakresie markerów funkcji lewej komory, takich jak LVEF. Odpowiedź przeciwciał na allogeniczne MSCs była niewielka i nie obserwowano ostrego odrzucenia immunologicznego. Istotne zdarzenia niepożądane, zwłaszcza arytmie, występowały rzadziej w grupie allogenicznych MSC. Obserwacje te sugerują, że oba rodzaje MSC są bezpieczne do stosowania u chorych z HF. Ponadto wyjaśniają, że ryzyko odrzucenia lub uszkodzenia immunologicznego przy zastosowaniu allogenicznych MSC jest zbyt małe, aby zagrozić ich przydatności klinicznej.

Jednym z najnowszych sposobów wykorzystania komórek macierzystych jest tzw. kardiopoeza. Polega ona na poddawaniu komórek macierzystych procedurom, które do pewnego stopnia determinują ich los, w jaki typ komórek będą dojrzewać. Badanie „Cardiopoietic Stem Cell Therapy in Heart Failure” (C-CURE) jest jednym z pierwszych tego typu badań rozpoczętych w 2013 roku w oparciu o tę zasadę. Analiza po dwóch latach wykazała poprawę stanu funkcjonowania układu sercowo-naczyniowego przy zastosowaniu takich komórek w niedokrwiennej HF. Obiektywne wyniki obejmowały, że leczenie to zwiększyło LVEF z 27,5 % normy do 34,5 %. Odnotowano również mniejszą ESV lewej komory w grupie z komórkami macierzystymi, która zmniejszyła się o 24,8 ml, podczas gdy w grupie kontrolnej zaobserwowano jedynie redukcję o 8,8 ml. Wszelkie różnice w szkodliwych zdarzeniach sercowych pomiędzy obiema grupami okazały się nieistotne statystycznie. Inne aspekty funkcji serca i jakości życia oceniano za pomocą takich pomiarów, jak klasa czynnościowa NYHA i liczba przyjęć do szpitala. Wszystkie te parametry wykazywały tendencję do poprawy po zastosowaniu SCT.

Korzystne aspekty podkreślone w badaniu C-CURE skłoniły do przeprowadzenia większych badań nad tym rodzajem SCT. Jednym z największych badań opartych na tej koncepcji jest badanie „Congestive Heart Failure Cardiopoietic Regenerative Therapy” (CHART-1) z 2015 roku . Najnowsza analiza jego wyników została przeprowadzona po 39 tygodniach od rozpoczęcia tego badania poprzez śledzenie 120 pacjentów leczonych tymi komórkami oraz 151 pacjentów, u których zastosowano procedurę pozorowaną. Wyniki pokazują, że ta próba podziela niektóre z ustaleń badania C-CURE. Na przykład, w grupie pacjentów leczonych komórkami macierzystymi nie odnotowano żadnych nadmiernych szkodliwych efektów. Szczególnie zwraca uwagę mniejsza częstość występowania nagłych zgonów sercowych w tej grupie pacjentów. W ciągu 39 tygodni obserwowano trend poprawy funkcji serca u pacjentów z objętością końcoworozkurczową lewej komory (LVEDV) 200-370 ml, którzy otrzymali SCT. Ogólnie rzecz biorąc, badania te potwierdzają, że SCT jest bezpieczna i przynosi długotrwałe korzyści. Najistotniejsze aspekty tych badań to zastosowanie nowoczesnej technologii i długi okres obserwacji, co czyni je praktycznymi. Jakość dowodów wzrasta również, gdy korzyści obserwowane są przez długi czas. Co więcej, mogą one pomóc wskazać rzadkie, ale istotne zdarzenia niepożądane, co jest bardzo ważne do oceny, zanim SCT stanie się powszechnie stosowaną metodą.

Omówione dotychczas badania wydają się podkreślać, że komórki macierzyste okazują się być niezawodną terapią, ponieważ są bezpieczne i przynoszą lepsze wyniki w porównaniu z dotychczasowymi opcjami medycznymi i chirurgicznymi. Inne badania wskazują jednak, że odpowiedź na SCT może się różnić w zależności od pacjenta, a wyniki są neutralne lub niespójne. W większości badań stosowano autologiczne komórki macierzyste. Jednak u wielu pacjentów z HF brakowało użytecznych populacji komórek macierzystych. Wyniki te nasuwają pytania o trudności w przewidywaniu rokowania po zastosowaniu SCT. Podkreślają również znaczenie źródeł komórek macierzystych, porównywania ich w celu ustalenia, które z nich jest lepsze oraz badania metod ich pobierania.

W badaniu „Phase II Dose-Escalation Study of Allogeneic Mesenchymal Precursor Cells in Patients with Ischemic or Nonischemic Heart Failure” przeprowadzonym w sierpniu 2015 roku badano aspekty dawka-odpowiedź MSCs, tworząc trzy grupy po 20 pacjentów. Piętnastu pacjentów w każdej grupie otrzymało jedną z trzech wybranych dawek (25, 75, lub 150 milionów komórek) MSCs . Pozostałych pięciu pacjentów poddano procedurze pozorowanej. MSC użyte w tym badaniu zostały przetworzone metodami selekcji immunologicznej. Celem tej procedury selekcji było zbadanie, czy odpowiedzi immunologiczne wpływają na SCT oraz ustalenie profilu bezpieczeństwa immunologicznego MSCs. Komórki zostały dostarczone pacjentom za pomocą iniekcji transendokardialnych. Wyniki tego badania podkreślają korzystny wpływ SCT na zapobieganie poważnym niekorzystnym zdarzeniom sercowym, w tym zgonowi z przyczyn sercowych, ostremu zespołowi wieńcowemu lub konieczności rewaskularyzacji. Niekorzystne zdarzenia sercowe obserwowano u 22% pacjentów, którzy otrzymali MSCs i u 33% osób z grupy kontrolnej. Zdarzenia sercowe związane z HF były mniejsze we wszystkich trzech kohortach dawek.

Przeciwciała o swoistości antygenu dawcy stwierdzono u 11% pacjentów leczonych komórkami macierzystymi, ale nie powodowały one zauważalnych działań niepożądanych. Ograniczeniem tego badania była mała liczebność próby i przewaga choroby niedokrwiennej serca w grupach pacjentów. Wcześniejsze badania koncentrowały się na aspektach regeneracyjnych SCT. Jednak niniejsze badanie kładzie większy nacisk na ich efekty parakrynne. Utwierdza to nowoczesne podejście do SCT, że komórki te są przydatne nie tylko dlatego, że zastępują martwą lub uszkodzoną tkankę, ale także poprawiają funkcję przetrwałej tkanki, zmniejszają szkodliwy remodeling oraz stymulują wydzielanie cytokin i czynników wzrostu. Wszystkie te efekty przyczyniają się do poprawy klinicznej obserwowanej u leczonych pacjentów.

Endothelium tworzy jednowarstwowy, płaski nabłonek wyściełający ściany naczyń. Tworzy mechaniczną i ładunkową barierę między przedziałami wewnątrznaczyniowymi i śródmiąższowymi. Produkuje również różne cytokiny i czynniki wzrostu, które wpływają na kaliber naczyń, krzepliwość, itp. Dysfunkcja śródbłonka stanowi patofizjologiczną podstawę wielu chorób. Należą do nich m.in. miażdżyca, cukrzyca i jej powikłania. Niektóre fizyczne cechy HF są również przypisywane zaburzonym funkcjom śródbłonka, prowadzącym do wzrostu oporu naczyń obwodowych, tj. do wzrostu obciążenia następczego niewydolnego serca. Śródbłonek jest również siedliskiem komórek progenitorowych, które mogą służyć celom regeneracyjnym. MSCs okazały się przydatne również w tym aspekcie. Stwierdzono, że przeciwdziałają one dysfunkcji śródbłonka poprzez hamowanie szkodliwych procesów zapalnych. Hamują tworzenie się blizn i zwiększają kiełkowanie nowych naczyń w miejscach zmienionych chorobowo i uszkodzonych. Sugeruje się, że komórki progenitorowe śródbłonka (EPC) mogą być stymulowane do proliferacji przez MSC i pomagać w przeciwdziałaniu dysfunkcji śródbłonka.

Badanie kliniczne zatytułowane „Allogeneic Mesenchymal Stem Cells Restore Endothelial Function in Heart Failure by Stimulating Endothelial Progenitor Cells” badało tę zależność. Wykazano, że liczba komórek progenitorowych śródbłonka była znacznie zmniejszona u pacjentów z HF w porównaniu do zdrowych osób z grupy kontrolnej. Liczba EPC wynosiła 4 (± 3) jednostki tworzące kolonię (CFU) u pacjentów z HF, ale 25 (± 16) CFU u zdrowych osób z grupy kontrolnej, co dało wartość p mniejszą niż 0,0001. W tym badaniu zaobserwowano, że allogeniczne MSC zwiększyły liczbę EPC po trzech miesiącach obserwacji. SCT wiązało się również z niższym poziomem czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) w porównaniu z autologicznymi komórkami macierzystymi (P = 0,0012). W oparciu o te wyniki, badanie to z pewnością potwierdza korzystny wpływ allogenicznych MSC na komórki śródbłonka, pomimo ograniczeń związanych z wielkością próby i dopasowaniem.

Jednym z nieuniknionych ograniczeń SCT jest fakt, że oczekuje się, iż MSC stracą pewną skuteczność z powodu starzenia się. Badania sugerują pokonanie tego ograniczenia poprzez uzyskanie komórek macierzystych allogenicznie od zdrowych dawców zamiast komórek autologicznych od pacjentów z HF, którzy mogą być starzy i mieć dodatkowe choroby współistniejące.

W badaniu „Bone Marrow-derived Mesenchymal Stromal Cell Treatment in Patients with Severe Ischemic Heart Failure: A Randomized Placebo-controlled Trial (MSC-HF trial)” przeprowadzonym w Europie w 2015 roku, autologiczne komórki macierzyste ze szpiku kostnego zastosowano u pacjentów z niedokrwienną HF . Około 55% pacjentów osiągnęło pierwszorzędowy punkt kontrolny skuteczności po sześciu miesiącach. Stwierdzono, że ESV lewej komory wynosi 7.6 mL mniej z p-value 0,001 w grupie komórek macierzystych w porównaniu z kontrolą. SCT wykazał również wzrost o 6,2% w LVEF (p < 0,0001), 18,4 mL w objętości wyrzutowej (p < 0,0001) i 5,7g w masie mięśnia sercowego (p = 0,001). Parametry te okazały się silnie odzwierciedlać stan funkcji serca, a każda poprawa tych wartości sugeruje długoterminowe korzyści w zakresie przeżycia u pacjentów z HF. W badaniu MSC-HF wykorzystano niektóre z tych samych pomiarów zastępczych do wtórnej oceny skuteczności, które zastosowano w badaniu C-CURE (jak klasa czynnościowa NYHA) i stwierdzono, że są one porównywalne między grupą leczoną a grupą kontrolną. Działania niepożądane SCT okazały się w tym badaniu nieistotne. Również mniej pacjentów w grupie SCT wymagało przyjęcia do szpitala z powodu pogorszenia objawów dławicy piersiowej.

Oporną na leczenie dławicę piersiową zaobserwowano podobną poprawę w poprzednim badaniu z 2013 roku . Wyniki wykazały znaczące efekty dawki komórek macierzystych, z maksymalnymi ulepszeniami związanymi z maksymalnymi dawkami stosowanymi. Chociaż wcześniej uważane za bezpieczne, opatentowane zastrzyki cewnika wykazały dwa znaczące zdarzenia niepożądane w tym badaniu .

Faza 3 RCT zatytułowana ” The Effect of Intracoronary Infusion of Bone Marrow-derived Mononuclear Cells on All-cause Mortality in Acute Myocardial Infarction: Rationale and Design of the BAMI Trial” zostało zainicjowane na poziomie międzynarodowym. Wyniki tego RCT wskazują, że pacjenci z niską LVEF (mniejszą lub równą 45%), którzy wcześniej pomyślnie przeszli reperfuzję po ostrym zawale serca, wykazywali zmniejszenie śmiertelności po otrzymaniu autologicznych MNC ze szpiku kostnego w porównaniu z pacjentami, którzy otrzymywali tylko standardowe leczenie. Można zauważyć, że jest to jeden z podobnych wyników w serii badań klinicznych, które wykazały statystycznie istotną poprawę LVEF i zmniejszenie śmiertelności dzięki SCT, a dowody te wydają się być coraz silniejsze w nowszych badaniach.

W innym RCT pacjenci, którzy byli na urządzeniach wspomagających pracę lewej komory, zostali tymczasowo odstawieni i otrzymali SCT w celu określenia, jak ci pacjenci zareagowali na tę terapię. W rocznej obserwacji nie zaobserwowano u tych pacjentów żadnych dowodów na korzyści. Wskazuje to na dwie rzeczy:

1) SCT może nie być w stanie zapewnić korzyści w sytuacjach, w których potrzebna jest opcja bardziej doraźnego leczenia.

2) SCT nie jest bezwzględnym zamiennikiem zabiegów mechanicznych lub chirurgicznych u pacjentów, którzy już są poddawani tym ostatnim metodom leczenia.

W artykule przeglądowym z 2012 r. z Niemiec zasugerowano, że badania kliniczne fazy 1 i 2 dotyczące leczenia HF z wykorzystaniem komórek macierzystych były w stanie ustalić ich bezpieczeństwo i skuteczność. Jednak przed wyciągnięciem dalszych wniosków dotyczących tego, który typ komórek macierzystych jest najbardziej przydatny i na jakim etapie HF powinny być one wprowadzone, aby były najbardziej skuteczne, potrzeba więcej wieloośrodkowych badań fazy 3.

Większość badań klinicznych, które omówiliśmy, wydaje się skupiać na HF spowodowanej przyczynami niedokrwiennymi. Jednak nie niedokrwienna HF nie jest zwolniona z korzyści płynących z SCT. Artykuł przeglądowy opublikowany niedawno, bo w 2015 roku, zebrał dowody sugerujące, że zastosowanie komórek macierzystych cluster of differentiation (CD) 34+ w niedokrwiennych przyczynach HF również poprawia funkcjonowanie serca i objawy . Ten przegląd idzie dalej, aby powtórzyć, że w przypadkach niedokrwiennej HF, komórki uzyskane z kardiosfery zmniejszyć ilość blizny zwiększyć ilość funkcjonującej tkanki i zwiększenie grubości ściany w mięśniu sercowym. Wyjaśnia, że MSCs są przydatne w HF niezależnie od ich allogenicznego lub autologicznego pochodzenia. Jednakże artykuł zwraca również uwagę na fakt, że ustalenie tego samego schematu stosowania komórek macierzystych u pacjentów z różnymi przyczynami HF może być niewykonalne, ponieważ zmienność spektrum choroby wiąże się z niespójnymi obserwacjami. W związku z tym w artykule podkreślono potrzebę stosowania spersonalizowanych schematów leczenia.