Gennembrud: Forskere knækker koden til at lave blodstamceller i laboratoriet

Behandlingen af patienter med blod- og knoglemarvssygdomme kan komme til at se meget anderledes ud i fremtiden sammenlignet med i dag.

Det skyldes, at forskere endelig har fundet ud af, hvordan man kan lave pluripotente stamceller om til blodstamceller.

Opdagelsen gør det i teorien muligt at omdanne hudceller fra patienter med for eksempel leukæmi eller knoglemarvssvigt til blodstamceller, som man så kan videreudvikle til netop de celler i blod eller knoglemarv, som patienten har brug for.

På sigt er det tanken, at læger skal kunne lave alle tænkelige blod- og knoglemarvsceller og transplantere dem ind i patienter, hvor de kan skabe et komplet blodsystem med røde blodlegemer til at transportere ilt, hvide blodlegemer til at bekæmpe infektioner og blodplader til blodkoagulation.

Rigtig mange sygdomme involverer defekter i nogle af de ovennævnte funktioner af blodet.

»Vi har arbejdet i 25 år på at løse dette problem med at omdanne pluripotente stamceller til blodstamceller, og nu er det endelig lykkedes. Det er noget, der har tiltrukket sig opmærksomhed fra hele verden, og vi er de første til rent faktisk at kunne lave blod i en kultur og få det til at fungere i hele kroppen. Vi bliver kontaktet af mange af vores kollegaer fra hele verden, da de er interesserede i at få protokollen til at kunne gøre netop det,« fortæller en af forskerne bag gennembruddet, lektor Elizabeth Ng fra Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine, reNEW Melbourne, og Murdoch Children’s Research Institute i Australien.

Forskningen er offentliggjort i Nature Biotechnology.

Har kastet Nobelpris af sig

I 2012 modtog den japanske forsker Shinya Yamanaka Nobelprisen for sin forskning i, hvordan man ud fra voksne celler, for eksempel hudceller, kan lave pluripotente stamceller.

Det, som Shinya Yamanaka opdagede, var, at det er muligt at tænde for et stamcelleprogram i cellerne og derved få dem til at gå tilbage i udvikling til et stadie, hvorfra de kan dele sig og blive til en lang række celler.

Det er disse inducerede pluripotente stamceller (iPSC’er), som Elizabeth Ng med sine kollegaer har knækket koden til at få til udvikle sig til blodstamceller også kaldet knoglemarvsstamceller (HSC’er).

»IPSC’er er som tidlige embryonale stamceller, der kan blive til alle typer celler i kroppen, hvis de får de rigtige instruktioner i form af vækstfaktorer. Det er disse trinvise instruktioner, vi har opdaget formlen for,« forklarer en anden af forskerne bag undersøgelsen, professor Andrew Elefanty fra samme institut som Elizabeth Ng.

Protokol laver knoglemarvsceller fra stamceller

Den udviklede protokol får iPSC’er til at blive til HSC’er over en periode på to uger.

Indledningsvist tvinger forskerne iPSC’erne til at danne små kugler, der kaldes embryoide legemer.

Vi samarbejder med læger, der er specialister i transplantation, for at identificere patienter til de første kliniske forsøg, hvor vi først skal vise, at denne behandling er sikker at give til mennesker. Inden vi kommer dertil, handler det dog først om at identificere de nødvendige skridt.

Elizabeth Ng, lektor, Murdoch Children’s Research Institute

Kuglerne forsyner de med specifikke vækstfaktorer, som får dem til at differentiere sig til det næste udviklingsstadie, der kaldes for mesodermet.

I det udviklende foster danner mesodermet både knogler, muskler, bindevæv, hjerte, blodkar (endothel) og så selvfølgelig blodceller.

Efter cellerne har udviklet sig til mesodermale celler, giver forskerne dem yderligere specifikke vækstfaktorer og signalmolekyler for at få dem til at udvikle sig til endotelceller, som endelig giver ophav til dannelsen af blodceller.

»Mange andre har før os forsøgt at lave fungerende blodstamceller i laboratoriet, men vi er de første til at gøre det succesfuldt med menneskeceller«, siger Elizabeth Ng.

Transplanterede cellerne ind i mus

Forskerne har i deres studie også vist, at det er muligt at benytte de celler, som de har udviklet i laboratoriet, til transplantation.

Det gjorde forskerne ved at transplantere cellerne ind i en vene i halen på mus og derefter teste, om cellerne kunne genfindes i knoglemarven, om cellerne slog sig ned der, og om de begyndte at vokse.

Forskerne farvede cellerne røde eller blå for at kunne følge dem i musene, og disse forsøg bekræftede, at cellerne faktisk fandt vej til knoglemarven og der begyndte at producere en lang række blodceller.

Forskerne undersøgte også musenes milt for tilstedeværelsen af immunforsvarets B-celler og T-celler produceret af de laboratorieskabte blodstamceller.

Denne undersøgelse bekræftede, at milten var fyldt med millioner af immunceller.

»Det viser, at vi ikke bare kan lave blodceller ud fra inducerede pluripotente stamceller i laboratoriet, men at vi kan få dem til at fungere i en organisme. Ydermere ser cellerne helt normale ud og ligner dem, som man transplanterer fra navlestrengsblodceller,« forklarer Elizabeth Ng.

Vil videre til forsøg i mennesker

Ifølge Elizabeth og Andrew Elefanty er der et stort klinisk potentiale i deres opdagelse.

Blandt andet forestiller forskerne sig, at det en dag vil blive muligt for patienter med leukæmi eller knoglemarvssvigt at få erstattet deres knoglemarvsceller eller blodceller med celler, der er udviklet på baggrund af deres egne celler.

Det vil i en transplantationsøjemed give et perfekt genetisk match og minimere risikoen for afstødning eller behov for immundæmpende behandling, der kommer med risiko for forskellige bivirkninger, blandt andet at patienten bliver syg, eller behandlingen ikke virker helt efter hensigten.

Før det kan blive en realitet, kræver det dog en opskalering af muligheden for at producere celler, så det ikke sker i en dyrkningsskål, men i en bioreaktor, der kan lave nok til, at det bliver klinisk relevant.

Netop den mulighed undersøger forskerne fra Australien i deres kommende forsøg.

Det helt store mål er selvfølgelig at lave forsøg med mennesker, og det håber forskerne at kunne gøre inden for de kommende fem år.

Det kræver dog, at forskerne viser, at deres protokol er sikker og kan reproducere de samme resultater igen og igen og med celler fra forskellige mennesker.

Ydermere skal de vise, at bioreaktoren til at lave store mængder celler kan gøre det effektivt og uden tab af kvalitet.

»Vi samarbejder med læger, der er specialister i transplantation, for at identificere patienter til de første kliniske forsøg, hvor vi først skal vise, at denne behandling er sikker at give til mennesker. Inden vi kommer dertil, handler det dog først om at identificere de nødvendige skridt for at nå i mål,« siger Elizabeth Ng.