Nowe badania dotyczące długoterminowego zachowania przeszczepionych komórek macierzystych w organizmie ujawniają, jak starzenie się wpływa na przeżycie komórek macierzystych i różnorodność immunologiczną, dostarczając wiedzy, która może poprawić bezpieczeństwo i powodzenie przeszczepów.
Po raz pierwszy naukowcy prześledzili długoterminowy los komórek macierzystych kilkadziesiąt lat po przeszczepie, ujawniając wgląd w procedurę medyczną, która od ponad 50 lat pozostaje tajemnicą.
Doświadczenia mogą utorować drogę nowym strategiom selekcji dawców i powodzeniu przeszczepu, potencjalnie prowadząc do bezpieczniejszych i skuteczniejszych przeszczepów.
Badacze z Wellcome Sanger Institute i ich współpracownicy z Uniwersytetu w Zurychu byli w stanie zmapować zachowanie komórek macierzystych w ciałach biorców aż do trzydziestu lat po przeszczepie, zapewniając po raz pierwszy w historii wgląd w długoterminową dynamikę tych komórek .
Badanie opublikowane w Natura i częściowo finansowany przez Cancer Research UK, pokazuje, że przeszczepy od starszych dawców, które często kończą się mniejszym sukcesem, zawierają dziesięć razy mniej ważnych komórek macierzystych, które przeżywają proces przeszczepu. Niektóre z komórek, które przeżyły, tracą również zdolność do wytwarzania szeregu komórek krwi niezbędnych dla silnego układu odpornościowego.
Co roku u ponad miliona osób na całym świecie diagnozuje się raka krwi, w tym nowotwory takie jak białaczka i chłoniak, które mogą utrudniać prawidłowe działanie układu odpornościowego. Przeszczepy komórek macierzystych, zwane również przeszczepami szpiku kostnego, są często jedyną wyleczalną opcją leczenia dla pacjentów. Podczas zabiegu uszkodzone krwinki pacjenta zostają zastąpione zdrowymi komórkami macierzystymi od dawcy, co następnie odbudowuje cały układ krwionośny i odpornościowy pacjenta. W samej Wielkiej Brytanii co roku temu zabiegowi poddaje się ponad 2000 osób.
Komórkowa tajemnica przeszczepów
Mimo że przeszczepy wykonuje się od ponad 50 lat, wiele podstawowych pytań dotyczących działania przeszczepów pozostaje bez odpowiedzi. Chociaż mogą ratować życie, ich wyniki są bardzo zróżnicowane, przez co wielu pacjentów boryka się z powikłaniami po latach. Wiadomo, że wiek dawcy ma wpływ na wskaźnik powodzenia przeszczepu, ale to, co dzieje się na poziomie komórkowym po przeszczepie, do tej pory było „czarną skrzynką”.
W nowym badaniu naukowcy z Wellcome Sanger Institute i Uniwersytetu w Zurychu wykorzystali zaawansowane techniki sekwencjonowania genomu do analizy próbek krwi od dziesięciu par rodzeństwa dawcy i biorcy do 31 lat po przeszczepieniu.
Analizując mutacje zachodzące przez całe życie w komórkach macierzystych dawcy i biorcy, można było prześledzić, ile komórek macierzystych przetrwało proces przeszczepu i nadal wytwarzało nowe krwinki w organizmie pacjenta – co było wcześniej niemożliwe.
Zespół odkrył, że w przypadku przeszczepów od młodszych dawców – tych w wieku 20 i 30 lat – około 30 000 komórek macierzystych przeżywa długoterminowo, w porównaniu z zaledwie 1–3 000 w przypadku starszych dawców. Spadek ten może prowadzić do obniżonej odporności i wyższego ryzyka nawrotu choroby, co potencjalnie wyjaśnia, dlaczego młodsi dawcy często uzyskują lepsze wyniki.
Odkryli również, że proces przeszczepiania powoduje starzenie się układu krwionośnego biorców o około 10–15 lat w porównaniu z dobranymi dawcami, głównie ze względu na mniejszą różnorodność komórek macierzystych.
Niskie wskaźniki mutacji w przeszczepionych komórkach macierzystych
Co zaskakujące, pomimo intensywnego stresu związanego z procesem przeszczepu, komórki macierzyste zyskują niewiele nowych mutacji genetycznych, ponieważ szybko dzielą się, aby odbudować krew pacjenta. Podważa to wcześniejsze założenia dotyczące wysokiego wskaźnika mutacji podczas przeszczepu.
W badaniu zidentyfikowano także inne czynniki genetyczne, niezależnie od wieku dawcy, które pomagają niektórym komórkom macierzystym rozwijać się po przeszczepie. Ten zakres korzyści genetycznych może doprowadzić do opracowania lepszych metod leczenia, dzięki czemu przeszczepy będą bezpieczniejsze i skuteczniejsze dla szerszej grupy pacjentów.
Doktor Michael Spencer Chapman, pierwszy autor badania w Wellcome Sanger Institute, powiedział: „Kiedy otrzymasz przeszczep, to tak, jakby dać układowi krwionośnemu nowy początek, ale co tak naprawdę dzieje się z tymi komórkami macierzystymi? Do tej pory mogliśmy jedynie wprowadzać komórki, a następnie monitorować morfologię krwi pod kątem oznak wyzdrowienia. Jednak w tym badaniu prześledziliśmy dziesięciolecia zmian w jednej próbce, ujawniając, jak niektóre populacje komórek zanikają, podczas gdy inne dominują, kształtując z biegiem czasu krew pacjenta. Zrozumienie tego procesu tak szczegółowo jest ekscytujące.”
Dr Markus Manz, starszy autor badania na Uniwersytecie w Zurychu, powiedział: „Badania podkreślają, że wiek to coś więcej niż tylko liczba — to ważny czynnik powodzenia przeszczepu. Chociaż układ hematopoetycznych komórek macierzystych jest zdumiewająco stabilny w czasie, młodsi dawcy na ogół dostarczają większy i bardziej zróżnicowany zakres komórek macierzystych, co może mieć kluczowe znaczenie dla długoterminowego powrotu do zdrowia pacjentów. Mamy nadzieję kontynuować badanie innych czynników wpływających na długoterminową dynamikę hematopoetycznych komórek macierzystych, aby dostroić zarówno wybór dawcy, jak i środowisko szpiku kostnego biorcy w celu uzyskania optymalnego długoterminowego funkcjonowania komórek macierzystych”.
Doktor Peter Campbell, starszy autor badania w Wellcome Sanger Institute, powiedział: „Proces przeszczepu zmusza krew i komórki odpornościowe do przejścia przez rodzaj genetycznego „wąskiego gardła”. Nasze nowe podejście pozwala nam bliżej zbadać to zjawisko wąskiego gardła. Odkryliśmy, że wąskie gardło zapewnia niektórym komórkom macierzystym wiele różnych możliwości lepszego rozwoju niż innym w nowym środowisku u biorcy. Wierzymy, że możliwe będzie znalezienie genów odpowiedzialnych za umożliwienie niektórym komórkom macierzystym lepszego rozwoju niż innym – teoretycznie można by wówczas wykorzystać te geny, aby poprawić powodzenie procedury przeszczepu”.
Odniesienie: „Dynamika klonalna po allogenicznym przeszczepieniu komórek krwiotwórczych” autorstwa Michaela Spencera Chapmana, C. Matthiasa Wilka, Steffena Boettchera, Emily Mitchell, Kevina Dawsona, Nicholasa Williamsa, Jana Müllera, Larisy Kovtonyuk, Hyunchul Jung, Francisco Caiado, Kirsty Roberts, Laura O Neill, David G. Kent, Anthony R. Green, Jyoti Nangalia, Markus G. Manz i Peter J. Campbell, 30 października 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-08128-y
