Viime vuosisadan alkupuolella arveltiin, että

Transkriptio

1 Elin- ja kudossiirrot Kimmo Porkka ovat tulossa kliinisen käyttöön. Jo nyt hematopoieettisten kantasolujen siirto on monien veritautien käypää hoitoa. Jopa 80 % potilaista paranee näiden siirtojen avulla sairauksista, jotka ilman hoitoa johtavat kuolemaan, kuten krooninen myelooinen leukemia ja vaikea aplastinen anemia. Muiden kudosten kantasolujen käyttö on vielä alkuvaiheessa. On todennäköistä, että lähivuosina ilmaantuu kudosvaurioiden korjaukseen kliinisiä sovelluksia, joissa käytetään joko tumansiirron avulla kloonattuja sikiöaikaisia kantasoluja tai muokattuja kudoskantasoluja. Lisääntynyt tieto kantasolubiologiasta edistää allogeenisten syntymänjälkeisten kantasolujen käyttöä, mikä vähentää kantasoluihin liittyviä eettisiä ja poliittisia ongelmia. Viime vuosisadan alkupuolella arveltiin, että luuytimessä on erilaistumattomia, primitiivisia kantasoluja, joista kaikki veren solut ovat peräisin. Vuonna 1961 Till ja McCulloch osoittivat, että pieni määrä siirrettyjä luuytimen kantasoluja korjasi verisolujen muodostuksen hiirillä, joiden luuytimen toiminta oli vaurioitettu sädetyksellä. Nämä tutkimukset määrittivät kantasolujen keskeiset ominaisuudet, jotka ovat kyky lähes rajattomaan uusiutumiseen ilman erilaistumista ja kyky tuottaa erilaistuneita solulinjoja. On ilmeistä, että syntymän jälkeenkin kaikissa kudoksissa on erilaistumattomia kantasoluja, jotka saattavat aktivoitua esimerkiksi kudosvaurion yhteydessä. Kantasolut ovat elimistössä ja kudoksissa järjestyneet hierarkkisesti (taulukko 1). Hematopoieettiset kantasolut ovat olleet melko helpon saatavuutensa vuoksi kantasolututkimuksen tiennäyttäjinä vuosikymmenten ajan. Nykyään tunnetaan lukuisia solun pinnalla olevia molekyylejä, joiden avulla veren kantasolut voidaan eristää ja luokitella esimerkiksi lymfaattisen tai myelooisen linjan esiastesoluksi. Verisolujen synnyn säätelystä tiedetään melko paljon, ja muutamia säätelyjärjestelmän proteiineja käytetään rutiinimaisesti potilaiden hoidossa, kuten erytropoietiinia eräissä anemioissa ja granulosyyttikasvutekijää neutropeniassa. Verisolujen esiasteiden merkittävin sovellus on hemato- Taulukko 1. Kantasolujen ominaisuuksia. Nimike Määritelmä Esimerkki Totipotentti kantasolu Kykenee muodostamaan koko yksilön Blastomeeri Pluripotentti kantasolu Kykenee muodostamaan kaikkia kudoksia, Embryonaalinen rajaton uusiutumiskyky kantasolu Multipotentti kantasolu Voi tuottaa useita solutyyppejä ja uusiutua Hemangioblasti yksilön eliniän ajan Progenitorisolu Voi tuottaa rajallisen määrän solutyyppejä, Hermokantasolu rajallinen uusitumiskyky Duodecim 2004;120:

2 poieettisten kantasolujen siirto osana veritautien pääasiassa pahanlaatuisten hoitoa. Muiden kuin hematopoieettisten kantasolujen eristäminen, niiden säätelyn tutkimus ja hyödyntäminen hoidossa ovat vielä alkuvaiheessa, mutta edistystä tapahtuu nopeasti. Viime vuosien ehkä kiintoisin tutkimusaihe on ollut kantasolujen kyky erilaistua myös muiden kuin oman solulinjan soluiksi. Veren kantasolujen on osoitettu pystyvän erilaistumaan tietyissä oloissa esimerkiksi maksa-, hermo- tai lihassoluiksi. Tämä avaa tulevaisuudessa mahdollisuuksia etenkin kudosvaurioiden korjaukseen, niin synnynnäisten kuin hankinnaisten. Erityisesti sikiöaikaisten kantasolujen käyttöön liittyy myös eettisiä ongelmia, joskin syntymänjälkeisten kantasolujen hyödyntäminen ei tässä suhteessa ole niin ongelmallista kuin sikiöaikaisten. Kudosspesifisten kantasolujen hyväksikäyttö edellyttää molekyylitason tietoa niiden kasvusta, erilaistumisesta, uusiutumisesta ja ikääntymisestä. Hematopoieettiset kantasolut Luuytimen soluista vain alle 0, 01 %:lla on kyky uusiutua ja tuottaa kaikkia solulinjoja. Luuytimen kantasolut, kuten todennäköisesti myös muiden kudosten kantasolut, muodostavat hierarkkisen kokonaisuuden alkaen alkukantaisesta, kaikkia solulinjoja tuottavasta kantasolusta linjaspesifisten kantasolujen kautta täysin erilaistuneiksi soluiksi (kuva 1). Kaikkein primitiivisimmän kantasolun ilmiasua ei tunneta, mutta hoidon kannalta merkittävät kantasolut ilmentävät usein pinnallaan antigeenia CD34, jonka avulla ne voidaan tunnistaa ja eristää. Kuitenkin vain murto-osa näistä soluista on varsinaisia kantasoluja. Terveellä ihmisellä on normaalitilassa veressä kiertäviä CD34-positiivisia soluja alle 0,1 %, mutta esimerkiksi granulosyyttikasvutekijän avulla kantasoluja on mahdollista mobilisoida luuytimestä verenkiertoon merkittäviä määrä. Näistä soluista 1 5 % on Transdifferentiaatio (?) Ei-hematopoieettisia soluja (mm. hermo-, maksa-, lihas- ja munuaissoluja) Lymfoidi kantasolu Pre-T-solu Pre-B-solu BFU-E CFU-E T-lymfosyytti B-lymfosyytti Punasolu Pluripotentti kantasolu Myeloidi kantasolu CFU-Mk CFU-Mast CFU-Eos Megakaryosyytti/ verihiutaleet Basofiili/ syöttösolu Eosinofiili Uusiutuminen CFU-GM CFU-G Neutrofiili CFU-Ost (?) CFU-M Monosyytti/ makrofagi Osteoklasti Kantasoluja Linjaspesifisiä progenitorisoluja Erilaistuneita soluja Kuva 1. Hematopoieettisten kantasolujen ja erilaistuneiden solujen hierarkkinen järjestys K. Porkka

3 CD34-positiivisia, ja ne voidaan afereesilaitteistolla kerätä ja käyttää kantasolujensiirrossa. Tämä on rutiinitoimintaa maamme kaikissa yliopistosairaaloissa. Kiinnostus hematopoieettisten kantasolujen siirtoon lisääntyi Toisen maailmansodan aikoihin, jolloin huomattiin, että luuydin oli elimistä herkin säteilylle. Pian sodan jälkeen tutkijat osoittivat, että hiiren pernan tai reisiluun peittäminen lyijylevyllä suojasi muuten tappavalta säteilyannokselta (Jacobson ym. 1951). Tämän jälkeen huomattiin, että pernan tai luuytimen solujen ruiskutus suoneen ajoi saman asian. Koska sädehoitoa ja vastaavalla tavalla terveitä kudoksia vaurioittavaa solunsalpaajalääkitystä oli käytetty pahanlaatuisten kasvainten hoitoon, heräsi ajatus hoidon tehostamisesta annoksia suurentamalla siten, että vaurioitunut luuydin korvattaisiin hoidonjälkeisellä luuytimensiirrolla. Ensimmäiset luuytimensiirrot ihmiselle tehtiin 1950-luvun lopulla. Tulokset olivat erittäin huonoja: potilaat menehtyivät siirteen tarttumattomuuteen ja taudin nopeaan uusiutumiseen. Muutama harva siirron alkuvaiheesta selviytynyt menehtyi uuteen sairauteen, käänteishyljintään. Vasta kudosimmunologian kehityksen myötä opittiin tunnistamaan keskeisiä valkosolujen pintarakenteita, HLA-antigeeneja, jotka vaikuttavat ratkaisevasti kudosten yhteensopivuuteen. Luuytimensiirron onnistumiseen vaikutti myös kehitys verituotteiden komponenttiterapiassa, infektioiden hoidossa, parenteraalisessa ravitsemuksessa sekä lääkkeiden ja solujen suonensisäisen annon tekniikassa. Hematopoieettisten kantasolujen siirto tuli osaksi pahanlaatuisten veritautien käypää hoitoa 1970-luvun lopulla. Tällöin oli muodostunut käsitys onnistuneen luuytimensiirron edellytyksistä, jotka ovat HLA-identtinen luovuttaja, pieni tautitaakka siirtohetkellä, voimakas siirtoa edeltävä solunsalpaajahoito siirteen tarttumisen varmistamiseksi ja jäännöstautisolujen tuhoamiseksi sekä tehokas immunosuppressiivinen lääkitys siirron jälkeen käänteishyljinnän (GVH) estämiseksi. Suomessa säännölliset allogeeniset luuytimen siirrot aloitettiin vuonna 1981 (Volin ym. 1984, Ruutu 1998) ja vuoden 2003 loppuun mennessä siirtoja oli tehty Nykyisin siirteenä käytetään hyvin usein myös luovuttajan verestä kerättyjä soluja ja siksi luuytimensiirron sijasta puhutaan usein hematopoieettisten kantasolujen siirrosta. Kantasolusiirre kasvainsolujen tuhoajana: adoptiivinen immunoterapia Pian kantasolujensiirtojen aloittamisen jälkeen kävi ilmeiseksi, että toiselta ihmiseltä tehdyllä eli allogeenisella kantasolujensiirrolla on suurempi merkitys taudin parantamisessa kuin ainoastaan tehokkaan solunsalpaajahoidon edistäminen. Luuytimensiirron tulokset olivat huonompia silloin, kun luovuttajana oli identtinen sisarus, mikä johtuu taudin selvästi suuremmasta uusiutumisvaarasta (Weiden ym. 1979). Tärkein syy tähän oli käänteishyljinnän puuttuminen. GVH:ssa kantasolusiirteen mukana siirretyt lymfaattisen järjestelmän solut (pääosin T- soluja) aktivoituvat ja käynnistävät immunologisen reaktion saajaa vastaan, jonka seurauksena on käänteishyljintäsairaus (GVHD). Se on relapsin ohella merkittävin sairastuvuutta ja kuolleisuutta aiheuttava tekijä siirron jälkeen. Akuutti tai krooninen GVHD ilmaantuu noin 60 %:lle potilaista. Se on useimmiten lääkehoidolla rajoittuva, mutta johtaa osalla potilaista menehtymiseen. Käänteishyljintää esiintyy myös kiinteiden elinten siirtojen yhteydessä, joskin se on tällöin harvinainen ja usein vähäoireinen. Poikkeuksena on ohutsuolensiirto, jossa käänteishyljintä on melko yleinen ongelma siirteen mukana tulevan lymfaattisen kudoksen vuoksi (Watanabe ym. 2001). GVH kohdistuu myös saajan elimistössä oleviin pahanlaatuisiin soluihin, mikä on hoidon parantavan vaikutuksen perusta. Ilmiöstä käytetään nimitystä»graft versus tumor» (GVT). Viime vuosina ilmiötä on opittu hyödyntämään käyttämällä luovuttajan lymfosyyttejä tautirelapsien hoidossa ja ei-myeloablatiivisissa esihoidoissa. Hematopoieettisten kantasolujen siirron jälkeen perustauti uusiutuu noin %:lla potilaista. Merkittävällä osalla uusi remissio voidaan saavuttaa ilman solunsalpaajahoitoa siirtämällä alkuperäisen kantasolujenluovuttajan verestä kerättyjä lymfosyyttejä. Tämä on erityi- 1393

4 sen tehokasta silloin, kun perustaudin etenemisnopeus on melko hidas ja uusiutuminen todetaan varhaisessa vaiheessa. Malliesimerkki on krooninen myelooinen leukemia (KML), joka yleensä etenee hitaasti myös relapsivaiheessa ja taudin määrää voidaan hyvin tarkasti seurata PCR- ja FISH-menetelmillä. Jopa 90 % KMLpotilaista, joilla todetaan pienen tautitaakan relapsi kantasolujensiirron jälkeen, saadaan uudelleen pysyvään remissioon (Eduardo Olavarria, suullinen tiedonanto). Siirteen syöpäsoluja tuhoava vaikutus on esimerkki adoptiivisesta immunoterapiasta, ja se on toistaiseksi vakuuttavin kliininen sovellus immunologisen järjestelmän hyödyntämisestä syövän hoidossa. Siirteen ja saajakudoksen immunologisen järjestelmän väliseen taistoon liittyy myös hematopoieettisten kantasolujen siirron erityispiirre. Toisin kuin muissa elinsiirroissa hyljinnänestolääkitys ei ole elinikäinen, vaan se voidaan lopettaa 6 12 kuukauden kuluttua siirrosta molemminpuolisen toleranssin kehityttyä. Tämä on tärkeä etu, sillä vuosikausia jatkuvaan immunosuppressiiviseen lääkitykseen liittyy merkittäviä haittoja (ks. Isoniemi ja Jalanko, tässä numerossa). Parhaassa tapauksessa hematopoieettisten kantasolujen siirron saanut potilas on vuoden kuluttua siirrosta pysyvästi parantunut taudistaan ilman minkäänlaista lääkitystä. Hematopoieettisten kantasolujen siirron jälkeistä, joskus pysyväksi jäävää kudostoleranssia (sekakimerismiä) kaavaillaan käytettäväksi tulevaisuudessa hyväksi myös kiinteiden elinten hyljintäreaktion estoon. Alustavat kokemukset ovat lupaavia, mutta teknisiä ongelmia on runsaasti ratkottavana (Rifle ja Mousson 2003). Polikliiniset kantasolujensiirrot Hematopoieettisten kantasolujen siirto on yleensä rajattu alle 60-vuotiaille hoidon rasittavuuden takia. Kuitenkin pahanlaatuista veritautia sairastavien keski-ikä on vuotta, joten merkittävä osa potilaista jää tavanomaisten kantasolujensiirtojen ulkopuolelle. Usein vanhemmillakin potilailla perustauti sinänsä vastaa hyvin hoitoon, mikä on yksi edellytys siirron onnistumiselle. Koska esihoidon tärkein tehtävä on saajan puolustuskyvyn heikentäminen siten, että luovutettu kantasolusiirre juurtuu saajan luuytimeen, on kehitetty hoitomalleja, joissa esihoito ei juuri ole luuydintoksista vaan ainoastaan voimakkaasti immunosuppressiivista. Näin itse kantasolujensiirto on verrattain kevythoitoinen ja usein polikliinisesti toteutettavissa, jolloin myös vanhempia potilaita on voitu ottaa siirtotoiminnan piiriin. Suomessa näin on hoidettu jo kymmeniä potilaita ja alustavat kokemukset ovat rohkaisevia. Kyseinen hoito on kuitenkin edelleen kokeellista ja pääosin annettavissa ainoastaan osana kliinisiä hoitotutkimuksia, joita onkin käynnissä useita. Ongelmana on ollut myöhäiskomplikaatioiden suuri vaara, johon toivotaan apua vilkkaasta aiheeseen liittyvästä perustutkimuksesta. Hematopoieettisten kantasolujen siirron nykytila ja lähitulevaisuus Suomessa tehdään hematopoieettisten kantasolujen allogeenisia siirtoja noin 125 vuosittain Helsingissä ja Turussa. Siirtojen määrä lisääntyy koko ajan, mikä johtuu pääosin lisääntyneistä aiheista; yhä useampia sairauksia ja yhä vanhempia potilaita voidaan hoitaa hematopoieettisten kantasolujen siirrolla. Taulukossa 2 on esitetty pääpiirteittäin aikuispotilaiden kantasolujensiirron aiheet HYKS:n hematologian klinikassa. Siirteen lähteenä käytetään lähes yksinomaan HLA-identtistä luovuttajaa, joka voi olla sisarus taikka suomalaisesta tai ulkomaalaisesta rekisteristä valittu luovuttaja. Lähes 80 %:lle potilaista löytyy HLA-identtinen luovuttaja. Tutkimustoiminta alalla on aktiivista ja siirtotulokset ovat vuosi vuodelta parantuneet. Nykyään noin 60 % potilaista paranee hoidolla pysyvästi. KML:ssä, joka on hematopoieettisten kantasolujen siirron keskeisiä aiheita aikuisilla, tulokset ovat vielä paremmat (kuva 2). Aiemmin siirrot rekisteriluovuttajalta eivät onnistuneet yhtä hyvin kuin sisarusluovuttajalta tehtävät, mutta kehittyneen esihoidon ansiosta ero on lähes hävinnyt. Tulokset Suomessa vastaavat Euroopan parhaiden kantasolujensiirtokeskusten tuloksia. Hematopoieettisten kantasolujen siirron keskeisimmät ongelmat liittyvät nykyään hoidon 1394 K. Porkka

5 Taulukko 2. Allogeenisten hematopoieettisten kantasolusiirtojen aiheet aikuisilla. Aiheet Indikaatio Esihoito Tavalliset Akuutti leukemia Remissio Myeloablatiivinen Krooninen myelooinen leukemia Krooninen vaihe Myeloablatiivinen Krooninen lymfaattinen leukemia Huonon ennusteen tauti, joka vastaa Myeloablatiivinen solunsalpaajahoidolle Myelodysplastinen oireyhtymä Etenevä tauti, blastiylimäärä tai vaikea Myeloablatiivinen sytopenia Myelooma Huonon ennusteen tauti, joka vastaa Myeloablatiivinen, solunsalpaajahoidolle ei-myeloablatiivinen Aplastinen anemia Vaikea-asteinen tauti Immunosuppressiivinen Harvinaiset Lymfoomat Suuri tautitaakka, huono ennuste, Myeloablatiivinen, hyvä hoitovaste ei-myeloablatiivinen Myelofibroosi Etenevä tauti Myeloablatiivinen Amyloidoosi Vaikea-asteinen tauti, vaste Ei-myeloablatiivinen, solunsalpaajahoidolle myeloablatiivinen Periytyvät luuytimen toimintahäiriöt Vaikea-asteinen tauti Myeloablatiivinen Myeloablatiivinen = luuytimen toiminnan hävittävä/vaurioittava hoito ei-myeloablatatiivinen = luuytimen toiminnan säästävä hoito haittavaikutuksiin, kuten akuuttiin ja krooniseen käänteishyljintään sekä infektioherkkyyteen. Koe-eläimissä on vuosikausia yritetty erottaa toisistaan hyödylliseen GVT-ilmiöön ja haitalliseen käänteishyljintään liittyvät siirteen solutyypit. On todennäköistä, että kyseessä on ainakin osin eri mekanismein välittyvä tapahtuma (Trenado ym. 2003), mitä vahvistaa lukuisilla potilailla havaittu GVT-vaikutus ilman käänteishyljintää. Vaikka tällä tutkimusrintamalla on tapahtunut edistystä, merkittäviä kliinisiä sovelluksia ei vielä ole laajassa käytössä. Pelkkä T-lymfosyyttien poisto ei asiaa ratkaise, sillä vaikka tällöin päästään suurelta osin eroon Elossa olevien osuus 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Siirrot alkaen (n = 19) Siirrot (n = 67) 0, Aika kantasolujensiirrosta (v) Kuva 2. Hematopoieettisten kantasolujen allogeenisen siirron tulokset kroonisen myelooisen leukemian hoidossa vuodesta 1990 alkaen (sisarusluovuttaja) Suomessa. 1395

6 käänteishyljinnästä, vaarana on siirteeseen kohdistuva hylkiminen, huomattava herkkyys virusinfektiolle ja taudin uusiutuminen. Lupaavalta vaikuttaa hoitotapa, jossa siirteenä käytetään luovuttajan verestä eristettyjä CD34-positivisia kantasoluja, jolloin tavanomaisessa kantasolujensiirrossa siirteen mukana tulevat lymfosyytit puuttuvat lähes täysin. Tällöin akuutti käänteishyljintä ei ole ongelma (Elmaagacli ym. 2003). GVT-vaikutus saadaan aikaan ruiskuttamalla luovuttajan T-soluja pieninä annoksina 2 3 kuukautta siirron jälkeen, mikä voidaan useimmiten tehdä ilman merkittävää vaaraa akuutista tai kroonisesta GVHD:stä. Pitkäaikaistuloksia tästä hoitotavasta odotetaan kiinnostuneina. On hyvin todennäköistä, että hematopoieettisten kantasolujen siirron tuleva kehitys liittyy immuunivastetta koskevaan perustietämyksen kehitykseen. HLA:n immunogenetiikan selvittäminen on edistänyt luovuttajan ja saajan parempaa kaltaistamista. Nykyään yhteensopivuus määritetään molekyylitasolla kuuden eri HLAgeenin suhteen (A, B, C, DPB1, DRB1 ja DQB1), ja kudostyypityksen suurempi tarkkuus on parantanut siirtotuloksia. Hyvin mielenkiintoiselta vaikuttaa havainto, jonka mukaan luovuttajan ja saajan tiettyyn HLA C -lokuksen eroon (luonnollisten tappajasolujen KIR-ligandin epäsopivuus) liittyy huomattavasti pienentynyt taudin uusimisen vaara. Tämä sopii voimakkaaseen GVT-efektiin (Ruggeri ym. 2002, Giebel ym. 2003). Tulevaisuudessa luovuttajat valitaan todennäköisesti hyvän kudossopivuuden ohella myös hyödyllisen kudosepäsopivuuden perusteella. Hematopoieettisten kantasolujen siirto muiden pahanlaatuisten tautien hoidossa Pahanlaatuisten veritautien osuus kaikista syövistä on vain noin 2 3 %. Voitaisiinko veritautien hoidon edistysaskelia soveltaa myös kiinteiden kasvainten hoidossa? Keskeinen este on tehokkaan lääkityksen puute. Laajalle levinneet kiinteät kasvaimet saadaan harvoin solunsalpaajilla riittävän pieniksi tehokkaan GVT-vaikutuksen aikaansaamiseksi. Onnistuneen leikkauksen jälkeen tämä voisi olla mahdollista, mutta toistaiseksi liitännäishoidon luonteisia allogeenisia kantasolujensiirtoja ei ole tehty tutkimustarkoituksessa. Laajimmin hematopoieettisten kantasolujen allogeenista siirtoa on tutkittu immunologisesti herkkien kasvainten kuten munuaiskarsinooman, melanooman ja pienisoluisen keuhkosyövän hoidossa. Suurimmassa aineistossa veren kantasoluja siirrettiin kevennetyn esihoidon jälkeen 19:lle metastaattista munuaiskarsinoomaa sairastavalle potilaalle. Heistä puolelle saatiin aikaan osittainen vaste, kolmelle potilaalle jopa pitkäaikainen täydellinen vaste (Childs ym. 2000). Tämän jälkeen julkaistuissa tutkimuksissa vasteet ovat olleet huonompia, mutta ne ovat joka tapauksessa vahvistaneet GVT-vaikutuksen olemassaolon myös kiinteiden kasvainten osalta (Baron ym. 2003, Hentschke ym. 2003). Melko vaatimattomat tulokset voivat osin selittyä koejärjestelyillä, sillä mukaan on otettu pääosin runsaasti hoidettuja, solunsalpaajiin vastaamattomia suuren tautitaakan potilaita. Jos kasvainspesifisiä kudosantigeeneja löydetään lisää, voitaisiin hoitoa tehostaa esimerkiksi siirronjälkeisellä rokotusohjelmalla tai siirtämällä kasvainsolujen kanssa reagoivia T-soluja osana adoptiivista immunoterapiaa. Endoteelikantasolut Sikiökehityksen aikana verisolut ja verisuonten endoteelisolut kehittyvät yhteisestä kantasolusta hemangioblastista. On ilmeistä, että näitä soluja esiintyy myös syntymän jälkeen, ja niiden todennäköinen majapaikka on luuydin. Kliinistä merkitystä niillä on esimerkiksi lapsuusiän hemangiooman synnyssä (Yu ym. 2003). Viime vuosina endoteelikantasolujen osuus on ollut vilkkaan tutkimuksen kohteena kasvainsuonten muodostuksessa. Vaikuttaa todennäköiseltä, että osa kasvainsuonten endoteelisoluista on peräisin kantasoluista, jotka ovat mobilisoituneet luuytimestä. Näiden osuus kasvaimen kasvussa on kuitenkin vielä epäselvä (Rafii ym. 2002). Terapeuttista hyötyä voisi olla siirretyistä endoteelikantasoluista, joihin on liitetty jokin kasvaimen kasvua rajoittava tekijä (Hood ym. 2002) K. Porkka

7 Ajatus endoteelikantasolujen siirrosta on houkutteleva myös tilanteissa, joissa ongelmana on riittämätön tai vaurioitunut verisuonitus, kuten sepelvaltimotaudissa tai alaraajojen valtimotukoksissa (Kalka ym. 2000, Kawamoto ym. 2001). Keskeinen ongelma on kuitenkin saada kliinisesti käyttökelpoinen siirre, jossa olisi riittävä määrä toimintakykyisiä endoteelikantasoluja. Kyseisten solujen viljely kehon ulkopuolella on hankalaa ja tehotonta ja johtaa usein solujen erilaistumiseen. Yksi tarjoutuva vaihtoehto olisi käyttää embryonaalisia kantasoluviljelmiä, joita voidaan kasvattaa lähes rajattomasti, ja ohjata nämä erilaistumaan endoteelisoluiksi kasvutekijöiden avulla. Ainakin apinoilla tehdyissä kokeissa erilaistuminen on onnistunut tehokkaasti (Kaufman ym. 2003). Embryonaaliset kantasolut Sikiöaikaiset kantasolut (ES-solut) ovat houkuttelevin kantasolusiirteen lähde. ES-soluja voidaan käyttää joko uusien yksilöiden kloonaukseen tai tumansiirtoon eli hoidolliseen kloonaukseen. Näistä etenkin ensin mainittuun liittyy monia eettisiä pulmia. ES-solut ovat kahden vuosikymmenen ajan olleet intensiivisen tutkimuksen kohteena, ja nykyisin niiden eristäminen blastokystista ja kasvatus viljelymaljalla vuosien ajan on rutiinitoimintaa. Viljelmissä osa ES-soluista erilaistuu itsestään, mutta myös suunnattu erilaistuminen esimerkiksi sydänlihassoluksi, haiman saarekesoluksi tai hermosoluksi onnistuu kasvuolosuhteita muuttamalla kohtalaisen tehokkaasti (Draper ja Fox 2003). Suurin potentiaali hoidollisella kloonauksella elinsiirtoja ajatellen on tumansiirron ja soluterapian yhdistämisessä. Tällaisessa toimenpiteessä kypsään munasoluun siirretään saajan erilaistuneesta solusta eristetty tuma, joka kasvatetaan blastokysta-asteelle, ja lopuksi sisäsolumassa siirretään kasvualustalle ES-soluviljelmäksi, jossa nyt on saa- YDINASIAT jan perimä (Hochedlinger ja Jaenisch 2003). Aivan äskettäin menetelmän osoitettiin toimivan myös ihmissoluja käytettäessä (Hwang ym. 2004). Tätä viljelmää voidaan kasvattaa elinsiirtoon riittävä määrä, minkä jälkeen solut ohjataan erilaistumaan in vitro kasvutekijöiden avulla tai saajan kudokseen siirrettynä in vivo. Näin voitaisiin hoitaa tiettyjä periytyviä sairauksia, kuten hemofiliaa tai talassemiaa, jolloin ES-soluviljelmässä tehtäisiin geenivirheen korjaus ennen erilaistumisen induktiota käyttäen avuksi homologista rekombinaatiota. Menetelmät edut ovat ilmeisiä: ei hylkimisreaktiota eikä pulmia sopivan luovuttajan löytämisessä. Toimenpide olisi myös tarvittaessa kohtalaisen helposti toistettavissa, koska siirrettävää kudosta voidaan kasvattaa lisää. Muutamia onnistuneita eläinkokeita on jo tehty (Rideout ym. 2002), mutta matkaa ihmissovelluksiin on vielä vuosia. Kloonattuihin ES-soluihin näyttää jäävän muisto siirron lähteenä olleen luovuttajasolun epigeneettisestä tilasta. Tämä johtuu pääosin tuman viallisesta uudellenohjelmoinnista, joka on tarpeen erilaistuneen tuman muuttuessa kantasolun tumaksi. Tämä johtaa usein solujen poikkeavaan ilmiasuun ja toimintaan, mikä näkyy myös kloonatuissa eläimissä (lyhyt elinaika, lihavuus, syöpäherkkyys) (Ogonuki ym. 2002). Aikuisen kudoskantasolut saattavat soveltua tumanluovutukseen paremmin. Keskeisin ongelma hoidollisessakin kloonauksessa on kypsien munasolujen tarve. Tähän saattaa löytyä ratkaisu, kun opitaan tuntemaan lisää te- Hematopoieettisten kantasolujen siirrolla voidaan parantaa useita pahanlaatuisia veritauteja. Muiden kudosten kantasolujen kliininen käyttö on vielä vähäistä, mutta sovelluksia odotetaan etenkin kudosvaurioiden korjaukseen lähivuosina. Sikiöaikaiset kantasolut ja niiden viljelmät ovat teoreettisesti joustavin kantasolujen lähde edellyttäen, että niiden käyttöön liittyvät eettiset ja lainsäädännölliset ongelmat saadaan ratkaistua. 1397

8 kijöitä, jotka määräävät solun embryonaalisen ilmiasun ja joita muokkaamalla erilaistunut solu saataisiin suoraan palautumaan sikiöaikaiseen tilaan ilman tumansiirron ja munasolujen tarvetta. Äskettäin eräs tutkijaryhmä onnistui muuttamaan hiiren ES-solun munasolun kaltaiseksi (Hubner ym. 2003), ja jos koe on toistettavissa myös ihmissoluilla, ratkaisu terapeuttisen kloonauksen eettisiin ongelmiin on lähellä. Syntymänjälkeisten kantasolujen plastisuus Syntymänjälkeisten kantasolujen yhtenä perusominaisuutena on pidetty kudosspesifyyttä: ne kehittyvät vain omalle kohdekudokselleen tyypillisiksi soluiksi ja sijaitsevat kohde-elimessään, esimerkiksi hepatosyyttikantasolut maksassa. Viime vuosina tämä käsitys on asetettu kyseenalaiseksi, sillä lähes mistä tahansa kudoskantasolusta on voitu oikeassa ympäristössä tuottaa lähes mitä tahansa solutyyppiä. Tätä kutsutaan kantasolujen plastisuudeksi. Sen tutkiminen on keskittynyt hematopoieettisiin kantasoluihin, joiden on osoitettu tuottavan esimerkiksi vaurioituneeseen sydämeen siirrettynä toimintakykyisiä kardiomyosyyttejä (Orlic ym. 2001) tai aivokudokseen siirrettynä muodostavan toimivaa hermokudosta (Brazelton ym. 2000). Ristiriitaisia tuloksia on myös saatu. On väitetty, että havaittu»transdifferentiaatio» onkin seurausta joko kantasolukontaminaatioista tai kantasolujen ja kohdekudoksen solujen tumien fuusioista ilman erilaistumislinjan muutosta (Terada ym. 2002, Ying ym. 2002). Kudoskantasolujen jonkinasteinen plastisuus lienee olemassa, mutta ilmiön fysiologinen ja mahdollinen hoidollinen merkitys on epäselvä (Horwitz 2003). Syntymänjälkeisillä kantasoluilla on useita haittoja ES-soluihin verrattuna, mikä heikentää niiden välitöntä hyödynnettävyyttä hoidossa. Niitä on huomattavan vaikea eristää ja viljellä, niiden geneettinen muokkaus on mutkikasta ja riskialtista, eikä niiden erilaistumispotentiaali ole ilmeisesti yhtä kattava kuin ES-soluilla. Yksi poikkeus tästä saattaa olla mesenkymaalinen kantasolu, josta on aivan viime vuosina saatu runsaasti lisätietoa. Toisin kuin useimpia muita kudoskantasoluja luuytimessä sijaitsevia mesenkymaalisia kantasoluja osataan kasvattaa viljelymaljalla ilman, että niissä tapahtuisi merkittävää erilaistumista. Niistä odotetaankin olevan lähitulevaisuudessa apua kudosvaurioiden korjauksessa (Prockop ym. 2003). Pahanlaatuiset kantasolut Kantasoluilla on todennäköisesti keskeinen merkitys myös syövän synnyssä ja etenemisessä (Taipale 2004). Pahanlaatuisia kantasoluja on osoitettu varmasti akuuteissa ja kroonisissa leukemioissa (Bonnet ja Dick 1997, Gunsilius ym. 2000), mutta vaikuttaa ilmeiseltä, että kaikissa kasvaintyypeissä esiintyy kantasolujen tyyppisiä soluja (Reya ym. 2001). Pahanlaatuisten kantasolujen geneettiset muutokset ovat mahdollinen perussyy syövän synnylle ja täten keskeinen hoidon kohde. Syövän hoito kohdistuu nykyään pääosin nopeasti jakautuviin soluihin, jolloin hitaasti proliferoivat kantasolut jäävät hoidon ulottumattomiin ja ovat siemen taudin uusiutumiselle. Lopuksi Tyypillinen kantasolujensiirron saanut on nykyään, parantumatonta pahanlaatuista veritautia sairastava nuori potilas, jonka tautitaakka pienennetään ensin solunsalpaajalääkityksellä tai molekylaarisesti kohdennetulla täsmähoidolla. Tämän jälkeen tauti parannetaan siirrettyjen hematopoieettisten kantasolujen aikaansaaman kasvainsoluja tuhoavan immunologisen reaktion avulla. Tulevaisuudessa hoito saattaa soveltua potilaalle, jolle on esimerkiksi kehittynyt parantumaton maksavaurio lääkeainereaktion vuoksi. Potilaan veren kantasolujen tumista tuotetaan ES-soluviljelmä, joka ohjataan erilaistumaan viljelymaljalla hepatosyyteiksi ja sen jälkeen siirretään endoskooppisesti vaurioituneen maksakudoksen tilalle. Muutaman viikon kuluttua maksan toiminta korjaantuu normaaliksi ja potilaan maksakudosviljelmä tallennetaan mahdollista myöhempää tarvetta varten. *** Kiitän Tapani Ruutua käsikirjoituksen kommentoinnista K. Porkka

9 Kirjallisuutta Baron F, Frere P, Baudoux E, ym. Non-myeloablative stem cell transplantation with low-dose total body irradiation and fludarabine for metastatic renal cell carcinoma. Haematologica 2003;88: Bonnet D, Dick JE. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nat Med 1997;3: Brazelton TR, Rossi FM, Keshet GI, Blau HM. From marrow to brain: expression of neuronal phenotypes in adult mice. Science 2000; 290: Childs R, Chernoff A, Contentin N, ym. Regression of metastatic renalcell carcinoma after nonmyeloablative allogeneic peripheralblood stem-cell transplantation. N Engl J Med 2000;343: Draper JS, Fox V. Human embryonic stem cells: multilineage differentiation and mechanisms of self-renewal. Arch Med Res 2003;34: Elmaagacli A H, Peceny R, Steckel N, ym. Outcome of transplantation of highly purified peripheral blood CD34+ cells with T-cell add-back compared with unmanipulated bone marrow or peripheral blood stem cells from HLA-identical sibling donors in patients with first chronic phase chronic myeloid leukemia. Blood 2003;101: Giebel S, Locatelli F, Lamparelli T, ym. Survival advantage with KIR ligand incompatibility in hematopoietic stem cell transplantation from unrelated donors. Blood 2003;102: Gunsilius E, Duba HC, Petzer AL, ym. Evidence from a leukaemia model for maintenance of vascular endothelium by bone-marrow-derived endothelial cells. Lancet 2000;355: Hentschke P, Barkholt L, Uzunel M, ym. Low-intensity conditioning and hematopoietic stem cell transplantation in patients with renal and colon carcinoma. Bone Marrow Transplant 2003;31: Hochedlinger K, Jaenisch R. Nuclear transplantation, embryonic stem cells, and the potential for cell therapy. N Engl J Med 2003; 349: Hood JD, Bednarski M, Frausto R, ym. Tumor regression by targeted gene delivery to the neovasculature. Science 2002;296: Horwitz EM. Stem cell plasticity: the growing potential of cellular therapy. Arch Med Res 2003;34: Hubner K, Fuhrmann G, Christenson LK, ym. Derivation of oocytes from mouse embryonic stem cells. Science 2003;300: Hwang WS, Ryu YJ, Park JH, ym. Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst. Science 2004;303: Jacobson LO, Simmons EL, Marks EK, Eldredge JH. Recovery from radiation injury. Science 1951;113: Kalka C, Masuda H, Takahashi T, ym. Transplantation of ex vivo expanded endothelial progenitor cells for therapeutic neovascularization. Proc Natl Acad Sci U S A 2000;97: Kaufman DS, Lewis RL, Hanson ET, ym. Functional endothelial cells derived from rhesus monkey embryonic stem cells. Blood 2003; 103: Kawamoto A, Gwon H C, Iwaguro H, ym. Therapeutic potential of ex vivo expanded endothelial progenitor cells for myocardial ischemia. Circulation 2001;103: Ogonuki N, Inoue K, Yamamoto Y, ym. Early death of mice cloned from somatic cells. Nat Genet 2002;30: Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, ym. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Nature 2001;410: Prockop DJ, Gregory CA, Spees JL. One strategy for cell and gene therapy: harnessing the power of adult stem cells to repair tissues. Proc Natl Acad Sci U S A 2003;100 Suppl 1: Rafii S, Lyden D, Benezra R, ym. Vascular and haematopoietic stem cells: novel targets for anti-angiogenesis therapy? Nat Rev Cancer 2002; 2: Reya T, Morrison SJ, Clarke MF, Weissman IL. Stem cells, cancer, and cancer stem cells. Nature 2001;414: Rideout WM 3rd, Hochedlinger K, Kyba M, ym. Correction of a genetic defect by nuclear transplantation and combined cell and gene therapy. Cell 2002;109: Rifle G, Mousson C. Donor-derived hematopoietic cells in organ transplantation: a major step toward allograft tolerance? Transplantation 2003;75:3S 7S. Ruggeri L, Capanni M, Tosti A, ym. Innate immunity against hematological malignancies. Cytotherapy 2002;4: Ruutu T. Suuriannoshoidon ja kantasolusiirtojen aiheet. Duodecim 1998; 114: Taipale J. Epiteelin kantasolut ja syöpä. Duodecim 2004;120: Terada N, Hamazaki T, Oka M, ym. Bone marrow cells adopt the phenotype of other cells by spontaneous cell fusion. Nature 2002; 416: Till JE, McCulloch EA. A direct measurement of the radiation sensitivity of normal mouse bone marrow cells. Radiat Res 1961;14: Trenado A, Charlotte F, Fisson S, ym. Recipient-type specific CD4+CD25+ regulatory T cells favor immune reconstitution and control graftversus-host disease while maintaining graft-versus-leukemia. J Clin Invest 2003;112: Watanabe K, Yagi T, Iwagaki H, ym. Graft-versus-host reaction in smallbowel transplantation and possibilities for its circumvention. J Int Med Res 2001;29: Weiden P L, Flournoy N, Thomas E D, ym. Antileukemic effect of graftversus-host disease in human recipients of allogeneic-marrow grafts. N Engl J Med 1979;300: Volin L, Rajantie J, Perkkiö M, ym. Luuytimensiirto leukemian ja aplastisen anemian hoidossa: kokemukset 40 potilaasta. Duodecim 1984;100: Ying QL, Nichols J, Evans EP, Smith AG. Changing potency by spontaneous fusion. Nature 2002;416: Yu Y, Flint A F, Mulliken J B, ym. Endothelial progenitor cells in infantile hemangioma. Blood 2003;103. KIMMO PORKKA, dosentti, erikoislääkäri kimmo.porkka@hyks.fi HYKS:n hematologian klinikka PL 340, HYKS 1399