KATSAUS. Soluterapia. Kari Remes

Transkriptio

1 KATSAUS Kari Remes on osa nykyaikaista hematologista hoitovalikoimaa. Se on nopeasti kehittyvä ala, jolla on paljon yhteyksiä soluja molekyylibiologiaan, virologiaan, immunologiaan sekä solulaskennan ja biolääketieteellisen manipulaation (biomedical engineering) teknologiaan. ssa kerätään veren tai luuytimen soluja, valikoidaan haluttu solujoukko, joka tarvittaessa käsitellään ja annetaan potilaalle. voidaan jakaa hematopoieettisiin (kanta)solusiirtoihin sekä solujen avulla toteutettavaan immunoterapiaan. Kantasolusiirrot mahdollistavat suuriannoksisen solunsalpaaja- ja sädehoidon ja ovat paljon käytetty hoitomuoto monissa hematologisissa ja kiinteissä syöpätaudeissa. Immunoterapiassa on tarkoitus hyökätä eri tavoin manipuloitujen immunologisesti aktiivisten solujen avulla elimistön syöpäsoluja vastaan. Immunoterapia on toistaiseksi kokeellisessa vaiheessa, mutta siihen sisältyy paljon odotuksia tulevaisuuden syövän hoitomuotona. Geeniterapia lienee tulevaisuudessa tärkeä soluterapian osa. Totunnainen, 1970-luvun puolivälin jälkeen yleistynyt allogeeninen luuytimensiirto terveeltä luovuttajalta oli hematopoieettisten solusiirtojen tienraivaaja: se oli ensimmäinen hoitotapa, jossa hematopoieesin kantasoluja siirrettiin suuriannoksisen solunsalpaaja- ja sädehoidon tuhoaman luuytimen käynnistämiseksi. Myöhemmin 1980-luvulla yleistyivät saman mallin mukaisesti tehdyt autologiset luuytimensiirrot, joissa hematopoieesin kantasolut kerätään potilaalta itseltään ennen luuytimen tuhoavaa hoitoa. Viimeisen vuosikymmenen aikana hematopoieesin kantasoluja on kerätty yhä enemmän verestä, minkä ovat mahdollistaneet hematopoieettisten kasvutekijöiden (granulosyyttikasvutekijät G- tai GM-CSF) kyky joko yksin tai solunsalpaajahoidon ohella mobilisoida kantasoluja luuytimestä vereen. Kantasoluja voidaan myös menestyksekkäästi kerätä ja siirtää napaverestä (Vettenranta ym. 1997). Suuriannoshoidot allogeenisen kantasolusiirron tukemana ovat parantaneet erityisesti akuuttien leukemioiden ja kroonisen myelooisen leukemian hoitotuloksia. Autologisten kantasolusiirtojen tärkeimmät aiheet ovat puolestaan multippeli myelooma sekä non-hodgkinlymfoomat; kiinteiden kasvaimien intensiivihoito on vilkkaan tutkimuksen kohteena. Allogeenisen ja autologisen kantasolusiirron nykykäyttöä valotetaan tarkemmin Ruudun artikkelissa tässä numerossa. Hematopoieettisten kantasolusiirtojen tuella annettava suuriannoshoito on leviämässä myös muiden kuin pahanlaatuisten tautien hoitoon, kuten viimeaikaiset kokemukset hoitomuodon käytöstä vaikeissa autoimmuunitaudeissa osoittavat (Snowden ym. 1997). CD34-positiiviset solut Suuriannoshoitojen tukena siirrettävät hematopoieesin monikykyiset kantasolut samoin kuin varhaiset eri solulinjoille jo suuntautuneet solut (progenitorisolut) ovat tunnistettavissa CD34- pinta-antigeenistaan (Holoyake ja Alcorn 1994). CD34 positiivisia (CD34+) soluja on luuytimen Duodecim 1998; 114:

2 soluista %, ja kiertävässä veressä niitä on vähemmän kuin 1 %. CD34+-solut sisältyvät soluerottimella kerättävään mononukleaaristen solujen fraktioon. Tästä fraktiosta CD34+-solut voidaan edelleen rikastaa (selektoida), millä on omat etunsa niin autologisessa kuin allogeenisessa siirrossa. Autologisen siirteen CD34+-solujen selektointi johtaa siirteen syöpäsolujen vähenemiseen, kun taas allogeenisesta siirteestä voidaan tällä tavoin vähentää T-solujen määrää tuhannesosaan tai jopa sadastuhannesosaan ja pienentää näin vaikean käänteishyljinnän (GVH) riskiä. Allogeenisen siirteen CD34+-solujen selektointi salliikin tietynasteiset luovuttajan ja saajan väliset HLA-epäsopivuudet. Hematopoieesin kantasolut ovat myös suosittu ja helposti saatava ja manipuloitavissa oleva geeniterapian väline (Porkka, tässä numerossa). Kaiken kaikkiaan CD34+-solujen identifiointi, keruu ja siirto on ollut keskeinen askel hematopoieettisen soluterapian kehityksessä. Kantasolusiirteen puhdistus Suuriannoshoidonkin jälkeen pahanlaatuinen perustauti voi uusiutua. Relapsin syy voi olla hoidon jälkeinen jäännöstauti tai kantasolusiirteen mahdollisesti sisältämät pahanlaatuiset solut. Verestä kerätty autologinen kantasolusiirre sisältää useimmiten vähemmän syöpäsoluja kuin luuydinsiirre, mutta puhtaita eivät verenkään keruusaaliit ole. Epäselvää on, kuinka merkittävä vaikutus siirteen syöpäsoluilla on intensiivihoidon jälkeiseen taudin uusiutumiseen. Geenimerkinnän avulla on saatu viitteitä siirteen syöpäsolujen osallisuudesta taudin uusimiseen (Brenner ym. 1993). Siirteiden puhdistus on looginen yritys tämän pulman hoitamiseksi. Puhdistus voidaan tehdä solujen pinta-antigeeneihin kohdistettujen vasta-aineiden avulla joko positiivisella tai negatiivisella eristyksellä (selektiolla). Positiivisessa selektiossa afereesilaitteella kerätystä mononukleaarisesta solukosta eristetään CD34-pinta-antigeenin suhteen positiiviset solut, jolloin CD34- negatiiviset syöpäsolut jäävät selektion ulkopuolelle. Negatiivisessa selektiossa käytetään siirteen puhdistukseen syöpäsolujen pinta-antigeeneihin kohdistettuja vasta-aineita, joista tosin on ollut huutava pula. Tehokkain siirteen puhdistustapa lienee positiivisen ja negatiivisen selektion yhdistäminen, kaksoisselektio. Toistaiseksi ei ole selvinnyt, voidaanko autologisten siirtojen tuloksia parantaa puhdistustoimilla, mutta viitteitä tähän suuntaan on saatu esimerkiksi lymfoomien hoidossa (Sharp ym. 1996). Kantasolujen monistus Vilkasta tutkimustyötä on viime vuosina tehty hematopoieesin kantasolujen in vitro -monistamisen (ekspansion) edistämiseksi. Tällöin kantasolukon lisäämiseen voitaisiin ryhtyä ehkä hyvinkin pienellä CD34+ -solujen määrällä, jonka keräämiseen ei tarvit-taisi afereesia. Sopivien sytokiiniyhdistelmien avulla kantasolut lisääntyvät in vitro mutta syöpäsolut eivät, ja näin lopputulos voisi olla hyvinkin puhdas solusiirre. Ex vivo monistettuja kantasoluja on jo käytetty potilaiden hoitoon, ja ensikokemukset osoittivat niiden kykenevän käynnistämään luuytimen toiminnan (Brugger ym. 1995). Stimuloimalla CD34+-soluja interleukiini 2:lla (IL-2) in vitro voidaan tuottaa tappaja- eli NK-soluja, joilla voi olla tehoa kantasolusiirtojen jälkeisessä immunoterapiassa. Napaverestä eristettyjen CD34+-solujen monistaminen in vitro mahdollistaisi napaverensiirrot myös aikuisille. Allogeeninen siirto immunoterapiana Sen lisäksi että allogeeninen luuytimensiirto on ollut esimerkki modernille hematopoieettiselle soluterapialle, se on ollut lähtökohta myös immunologisille soluhoidoille. Allogeenisella siirteellä on immunologisten mekanismien kautta tautia hoitavaa vaikutusta, ns. graft-versus-leukemia-vaikutus (GVL). Sen merkitys näkyy selvästi, jos siirteestä poistetaan T-solut: hoidettava tauti uusii paljon useammin kuin käytettäessä käsittelemätöntä siirrettä. Samaten taudin uusiutuminen on huomattavasti vähäisempää allogeenisen kuin autologisen tai identtiseltä kaksoselta saadun siirron jälkeen huolimatta samasta siirtoa edeltävästä suuriannoshoidosta. GVL:n voimakkuus riippuu luuytimen luovuttajan ja vastaanottajan kudostyyppien identtisyysasteesta: GVL 1270 K. Remes

3 on voimakkaampi HLA-epäidenttisyyden kuin -identtisyyden yhteydessä, eikä sitä esiinny identtisten kaksosten välillä (Barrett ja Malkovska 1996, Lowdell ym. 1997). GVH ja GVL ilmenevät usein samanaikaisesti, mutta eivät aina. Sekä CD8+- että CD4+-T-lymfosyytit yhdessä tappajalymfosyyttien (NK-solut) ja sytokiinien kanssa ovat osallisina GVL- ja GVH-reaktioiden synnyssä (Barrett ja Malkovska 1996). On kokeellista näyttöä siitä, että GVH:n ja GVL:n aiheuttavat lymfosyyttialaluokat olisivat erotettavissa toisistaan (Lowdell ym. 1997). Koska GVH on allogeenisen siirron huomattava haitta ja GVL puolestaan keskeinen etu, voidaan näitä ilmiöitä sopivin solusiirroin pyrkiä hallitsemaan. Niinpä GVH:n riski on pienennettävissä poistamalla siirteestä mahdollisimman hyvin T-solut, ja siirron riskialtteimman alkuvaiheen jälkeen ne voidaan antaa asteittain takaisin GVH:ta varoen ja GVL:ää toivoen. Kun GVL:n aiheuttajasolut on löydetty, käyttöön saataneen entistä parempia allogeenisia solusiirtokeinoja. Immunoterapia lymfosyyttisiirroilla Koska lymfosyytit ovat keskeisiä immunovasteen vaikuttajasoluja, lymfosyyttisiirrot ovat johtavassa asemassa immunologisessa soluterapiassa. Hoitoon voidaan käyttää käsittelemättömiä lymfosyyttejä, haluttuja lymfosyyttien alaluokkia ja in vitro stimuloituja lymfosyyttejä. Ratkaiseva askel niin hematopoieettisten kuin lymfaattisten solujen in vitro -manipuloinnin (graft engineering) kehittymiselle on ollut näiden solujen proliferaatiota säätelevien sytokiinien karakterisointi ja tuotanto rekombinanttiteknologialla. Jo 1980-luvulla huomattiin, että IL-2:lla in vitro stimuloidut autologiset veren lymfosyytit, ns. LAK-solut, saivat aikaan kasvaimen (melanooman ja munuaissyövän) pienenemisen osalla potilaita (Rosenberg ym. 1987). LAK-solut ovat IL-2-hoidon stimuloimia NK- ja T-soluja. Vielä parempia vasteita melanooman hoidossa saatiin autologisilla TILsoluilla (tumor infiltrating lymphocytes), joita oli monistettu in vitro IL-2:n avulla. Näiden hoitojen rajallinen teho selittynee sillä, että useimmat tuumorit eivät ole immunogeenisia eivätkä näin T-solujen maalitauluna. Immunologisen soluterapian tavallisin muoto on nykyään lymfosyyttisiirtojen käyttö allogeenisen kantasolusiirron jälkeisen taudin uusimisen hoitona. GVL-vaikutuksen aikaan saamiseksi luovuttajalta kerätään sopiva määrä T-lymfosyyttejä ( T-solua/kg), jotka useaan annoksiin jaettuina infusoidaan potilaaseen mahdollista GVH-reaktiota vahtien (Lowdell ym. 1997). Näin voidaan saada uudelleen aikaan pitkäaikaisia remissioita. Hoitomuoto on erityisen tehokas kroonisessa myelooisessa leukemiassa mutta melko tehoton lymfaattisissa taudeissa (Kolb ym. 1995). T-solujen vaikutusta voidaan rajoittaa geeninsiirtotekniikan avulla: siirrettäviin T-soluihin siirretään tymidiinikinaasigeeni, ns. itsemurhageeni, joka muuntaa solut herkiksi viruslääke gansikloviirille. Jos huolestuttava GvH-reaktio syntyy, gansikloviirin antaminen laukaisee T-solutuhon ja GVH saadaan hallintaan (Thiberghien ym. 1997). GVL-vaikutus voidaan yrittää saada aikaan myös sytokiinihoidoin, kuten interferonien tai IL-2:n avulla (Barrett ja Malkovska 1996). Muita keinoja GVL:n synnyttämiseksi ovat pahanlaatuisia soluja kohtaan sytotoksisten T-solujen monistaminen in vitro ja luovuttajan immunisoiminen in vivo potilaan spesifisten syöpäsolupeptidien avulla, jolloin myöhemmin kerättävä siirre sisältää näille soluille sytotoksisia T-soluja. Kehitteillä ovat GVL-vaikutukseen nojaavat ns. allogeeniset minitransplantaatiot. Niissä on luovuttu myeloablatiivisesta suuriannoshoidosta: hoitoa annetaan vain sen verran, että allogeenisen lymfosyyttisiirteen hyljintä estyy; lymfosyyttien ja niiden mukana GVL-vaikutuksen toivotaan hoitavan taudin (Giralt ym. 1997). Tuumorispesifiset T-solut Edellä esitetyt esimerkit osoittavat, että niin allogeenisella kuin autologisella lymfosyyttisiirrolla on hoidollista potentiaalia. Spesifisen immunologisen vasteen aikaansaaminen on jo pitkään ollut syövän tutkimuksen päämäärä. Useat tutkimusryhmät ovat eristäneet T-soluja, joilla onkin spesifistä vaikutusta eri kasvaimia kohtaan in vitro. Kliininen läpimurto on kuitenkin vielä tekemättä; tuumorispesifisten T-solujen eristämi- 1271

4 nen ei ole ollut toistettavissa eikä kasvainantigeeneja ole löydetty. Suuri pulma on ollut, että pahanlaatuiset tuumorit eivät yleensä ole immunogeenisia. Syitä voi olla monia, esimerkiksi tuumorisolujen huono antigeeninesittelykyky, kyky ehkäistä T-solujen toimintaa tai huono interaktio T-solujen kanssa. Kasvainimmunologian viimeaikainen kehitys tarjoaa useampiakin mahdollisuuksia kehittää T-soluterapiaa: T-solun ja tuumorisolun antigeenintunnistukselle tärkeät pintarakenteet on molekulaarisella tasolla pitkälle selvitetty. On opittu ymmärtämään tuumoria vastaan reagoivien T-solujen synnylle välttämättömien oheissignaalien (co-stimulatory) merkitys. Teknologian kehitys sallii valitun spesifisyysasteen T-solujen tuoton in vitro ja ekspansion kliiniseen käyttöön, ja T-soluja ja kasvainsoluja voidaan geenimanipulaatioin muokata paremman immunovasteen aikaansaamiseksi. Tuumorisoluja on pyritty muuntamaan paremmiksi immunogeeneiksi sytokiinien avulla tai istuttamalla niihin vieraita, immuunivasteen herättäviä antigeeneja. Kasvainimmunologian tuntemus raivaa tietä myös kasvainrokotteiden kehittämiselle. Rokotteella pyritään saamaan aikaan immuunivaste erityisesti T-lymfosyyttivaste tuumorisoluja kohtaan joko potilaassa itsessään (autologinen kasvainsolurokotus) tai vieraassa yksilössä (allogeeninen rokote). Spesifisen immuunivasteen vaikuttajasoluja voidaan kerätä ja monistaa tai manipuloida in vitro entistä tehokkaammiksi syöpäsolujen tuhoajiksi. Uusi keino immuunivasteen herättämiseksi on käyttää autologisia dendriittisoluja (»professional» antigen presenting cells) syöpäantigeeneja T-soluille esittelevinä soluina (Hart 1997). Dendriittisolut voivatkin olla ihanteellinen luonnon adjuvantti syövän immunoterapiaan. Spesifisen immuunivasteen aikaansaamisessa pahanlaatuisten B-solukasvainten ilmentämä immunoglobuliinin idiotyyppi (immunoglobuliinin rakenneosa, joka määrää sen spesifisyyden ja on identtinen klonaalisissa soluissa) vaikuttaa ihanteelliselta immunoterapian maalitaululta. Idiotyyppirokotus voi herättää sekä humoraalisen että soluvälitteisen immuunivasteen. On mahdollista, että allogeenisen luuydinsiirteen luovuttaja voidaan immunisoida potilaan B-solukasvaimen idiotyyppipeptidillä ja siirtää luuytimen mukana luovuttajassa syntyneet idiotyyppispesifiset T-solut. Näin onkin tapahtunut siirrettäessä potilaaseen luovuttajan T-soluissa myeloomasoluja kohtaan spesifinen anti-idiotyyppi-immuniteetti sen jälkeen, kun luovuttaja oli ensin rokotettu potilaan idiotyyppiantigeenilla (Kwak ym. 1995). Immunologisella soluterapialla on mahdollisuutensa myös virusten laukaisemien kasvainten hoidossa. Tällöin tuumorisolun viruspeptidi voi laukaista immuunivasteen, ja myös kasvainsolu joutuu sytotoksisten T-solujen maalitauluksi. Syöpätauteihin liitettyjä viruksia ovat Epstein Barrin virus (EBV) niin afrikkalaisessa Burkittin taudissa kuin suuriannoshoitojen jälkeisissä lymfoomissa, HTLV-1 aikuisten T-soluleukemiassa, papilloomavirus genitaalisyövissä ja hepatiitti B -virus maksasyövässä. Passiivinen immuunisoluterapia tarjoaa myös keinoja itse virusten torjuntaan ja hoitoon. On osoitettu, että luuytimen luovuttajalta voidaan eristää sytomegalovirusta (CMV) kohtaan spesifisiä T-soluja, ekspandoida niitä in vitro ja infusoida allogeenisen siirron jälkeen potilaalle. Tuloksena on normaalin CMVimmuniteetin palautuminen (Riddell ym. 1992). Samalla tavoin voidaan käyttää Epstein Barrin virukselle spesifisiä T-soluja. Granulosyyttisiirrot Tavanomaiseen veripalvelutoimintaan kuuluvat punasolujen ja trombosyyttien siirrot rajataan yleensä pois puhuttaessa nykyaikaisesta soluterapiasta, sen sijaan granulosyyttien siirrot sisällytetään siihen usein. Granulosyyttisiirrot ovat uudelleen tulossa suosioon vaikeiden neutropeenisten infektioiden tukihoitona sen vuoksi, että nykyisten granulosyyttikasvutekijöiden avulla soluja saadaan kerätyksi moninkertaisia määriä menneisiin vuosiin verrattuna: yhdellä 2 3 tunnin leukafereesilla voidaan luovuttajalta kerätä 10 x neutrofiilia. Tällä määrällä syvästi neutropeenisen potilaan veren neutrofiilit saadaan lisääntymään määrään x 10 9 /l, millä on jo hoidollista merkitystä (Dale ym. 1997) K. Remes

5 Lopuksi Kulunut vuosikymmen on ollut modernin soluterapian esiinmarssia, joka jatkuu ja kehittyy nopeasti. Suuriannoshoitojen tukena annettavat hematopoieettiset kantasoluhoidot ovat jo vakiintunut hoitomuoto. Teknologian huima kehitys on mahdollistanut ihmissolujen tuottamisen ja manipuloinnin kehon ulkopuolella. Siirteitä voidaan puhdistaa kontaminoivasta syöpäsolukosta tai muutoin ei-toivotuista soluista, kuten allogeenisessa siirteessä GVH:n aiheuttajasoluista. Immunologiset solusiirrot (ns. adoptiivinen immunoterapia) ovat antamassa jännittävän ja lupaavan aseen taisteluun syöpäsoluja vastaan. Niiden tehoa voitaneen lisätä sopivin sytokiinihoidoin, liitännäistoksiinein ja geenimanipulaatioin. Solujen monimuotoinen käsittely ja hoidollinen käyttö asettavat vaatimuksia toiminnan laadulle. Asiasta onkin jo annettu kansainvälisiä ohjeistoja hematopoieettisia kantasolusiirtoja tekeville keskuksille (Turner ym. 1997). Seuraavan vuosikymmenen aikana voi toteutua toive siitä, että soluterapia hematopoieettiset ja immunologiset solusiirrot ja muut immunologiset täsmähoidot syrjäyttävät syövän tähän mennessä tärkeimmän hoidon,»haulikkoammunnan» solunsalpaajilla. Kirjallisuutta Barrett A J, Malkovska V. Graft-versus-leukaemia: Understanding and using the alloimmune response to treat haematological malignancies. Br J Haematol 1996; 93: Brenner M K, Rill D R, Moen R C, ym. Gene-marking to trace origin of relapse after autologous bone-marrow transplantation. Lancet 1993; 341: Brugger W, Heimfeld S, Berenson R J, ym. Reconstitution of hematopoiesis after high-dose chemotherapy by autologous progenitor cells generated ex vivo. N Engl J Med 1995; 333: Dale D C, Liles W C, Price T H. Renewed interest in granulocyte transfusion therapy. Br J Haematol 1997; 98: Giralt S, Gajewski J, Khouri I, ym. Induction of graft-vs-leukemia (GVL) as primary treatment of chronic myelogenous leukemia (CML). Blood 1997; 90 Suppl 1: 418a. Hart D N J. Dendritic cells: Unique leukocyte populations which control the primary immune response. Blood 1997; 90: Holoyake T L, Alcorn M J. CD34+ positive haemopoietic cells: biology and clinical applications. Blood Rev 1994; 8: Kolb H J, Schattenberg A, Goldman J M, ym. Graft-versus-leukemia effect of donor lymphocyte transfusions in marrow grafted patients. Blood 1995; 86: Kwak I W, Talb D D, Duffey P L, ym. Transfer of myeloma idiotype-specific immunity from an actively immunised marrow donor. Lancet 1995; 345: Lowdell M W, Craston R, Prentice H G. Understanding the graftversus-leukaemia reaction: progress towards the immunotherapy of leukaemia. Hematology 1997; 2: Riddell S R, Watanabe K S, Goodrich J M, ym. Restoration of viral immunity in immunocompromised humans by adoptive transfer of T-cell clones. Science 1992; 257: Rosenberg S A, Lotze M A, Muul L M, ym. A progress report on the 157 patients with advanced cancer using lymphokineactivated killer cells and interleukin-2 or high-dose interleukin-2 alone. N Engl J Med 1987; 316: Sharp J G, Kessinger A, Mann S, ym. Outcome of high-dose therapy and autologous transplantation in non-hodgkin`s lymphoma based on the presence of tumor in the marrow or infused hematopoietic harvest. J Clin Oncol 1996; 14: Snowden J A, Brooks P M, Biggs J C, ym. Haemopoietic stem cell transplantation for autoimmune diseases. Br J Haematol 1997; 99: Thiberghien P, Reynolds C W, Keller J, ym. Ganciclovir treatment of herpes simplex thymidine kinase-transduced primary T lymphocytes: an approach for specific in vivo donor T-cell depletion after bone marrow transplantation? Blood 1994; 84: Turner M I, McClelland D B L, Franklin I M. Haemopoietic progenitor cell harvesting, processing and storage: global regulation to ensure the quality of products for patients. Br J Haematol 1997; 99: Vettenranta K, Hovi L, Pihkala U M. Istukkaveren kantasolujen siirrot. Duodecim 1997; 113: KARI REMES, dosentti, erikoislääkäri TYKS:n sisätautien klinikka Pl 52, Turku 1273