Badania nad wpływem własnych komórek macierzystych szpiku na proces gojenia się świeżego zawału serca
Komórka macierzysta – to pierwotna komórka „prototyp”, z której mogą rozwinąć się wszystkie tkanki.
Tętnica dozawałowa – tętnica wieńcowa, której zamknięcie spowodowało zawał serca.
Komórki macierzyste szpiku pobiera się podczas nakłucia kości biodrowej, następnie prowadzi się 24-godziną hodowlę w laboratorium celem oddzielenia pożądanego typu komórek.
Mioblasty - pierwotne komórki mięśniowe, z których rozwija się tylko tkanka mięśniowa. Pobierane są np. z mięśni uda, następnie odpowiednio preparowane i namnażane w laboratorium.
Regeneracja mięśnia sercowego – to proces naprawczy poprzez zwiększenie liczby komórek mięśniowych i naczyń krwionośnych w obszarze uszkodzenia serca.
Torakotomia - chirurgiczne otwarcie klatki piersiowej.
Niezależnie od znacznych postępów w leczeniu zawału serca (istotny spadek śmiertelności) pozawałowa niewydolność serca stanowi bardzo poważny problem kliniczny i społeczny. Wyniki ostatnich badań wskazują, że pomimo skutecznego otwarcia („balonikowanie”) tętnicy powodującej zawał w czasie do 6 godzin od początku objawów zawału, u około 1/3 chorych dochodzi do niekorzystnej pozawałowej przebudowy serca skutkującej poszerzeniem jego lewej komory [1].
Dotychczas wydawało się, że regeneracja mięśnia sercowego nie jest możliwa. Jednak badania z ostatniej dekady przyniosły wyniki dające nadzieję, że proces taki jest możliwy. Badania nad tym zagadnieniem idą w dwóch kierunkach: 1 – wytworzenie nowych komórek mięśniowych w uszkodzonej zawałem strefie i 2 – wytworzenie nowych naczyń w strefie niedokrwienia serca.
W 2002 roku pojawiły się prace dokumentujące, że u ludzi regeneracja mięśnia sercowego jest hipotetycznie możliwa, poprzez „przyswajanie” przez serce własnych komórek macierzystych pochodzących ze szpiku kostnego [2, 3]. Pierwotne komórki szpikowe w przeciwieństwie do pierwotnych komórek mięśniowych posiadają możliwość przekształcania się w kierunku komórek mięśniowych oraz tworzenia naczyń krwionośnych. Komórki te z uwagi na łatwość przechodzenia przez ścianę naczyń krwionośnych mogą być podawane w postaci zastrzyku do tętnic wieńcowych (metodą, którą wykonuje się koronarografię) bez konieczności ich wstrzykiwania bezpośrednio do mięśnia sercowego (w tym przypadku niezbędna jest torakotomia). W badaniach eksperymentalnych u zwierząt wykazano [4, 5, 6, 7, 8], iż podawanie komórek szpikowych w okresie od 7 - 14 dni po dokonaniu się świeżego zawału serca w istotny sposób wpłynęło na proces regeneracji mięśnia sercowego (przyspieszone wskaźniki gojenia, znacznie mniejszy ubytek masy mięśniowej). Towarzyszyła temu poprawa parametrów pracy lewej komory serca. Istotne znaczenie dla sukcesu ma termin dokonania przeszczepu komórek szpiku do serca. Nie powinien być on krótszy niż 5 dni od wystąpienia zawału (ze względu na „burzę biochemiczną” zmniejszającą szanse na przeżycie w obszarze zawału przeszczepionych komórek) i nie powinien przekraczać 14 dni ze względu na masywny proces zwłóknienia obszaru zawału, który ogranicza skuteczność przeszczepu, oraz może powodować, że część komórek może ulec przekształceniu w kierunku komórek tkanki włóknistej zamiast mięśniowej. Badania te stworzyły teoretyczne podstawy do badania powyższej metody u ludzi.
W październiku 2002 ukazała się pierwsza praca w której przedstawiono metodę podawania do tętnicy dozawałowej własnych komórek szpikowych i ocenę wpływu tego zabiegu na proces regeneracji mięśnia sercowego w okresie 3 miesięcy [9]. Wyniki były zaskakująco dobre. Nie odnotowano powikłań związanych z pobieraniem szpiku (talerz kości biodrowej) oraz wstrzykiwaniem spreparowanych komórek do tętnicy dozawałowej. Po trzech miesiącach obserwacji żaden chory nie zmarł, zaś w grupie poddanej przeszczepowi komórek macierzystych szpiku – w przeciwieństwie do leczonej tradycyjnie - obserwowano poprawę wskaźników pracy serca, mniejszy obszar blizny pozawałowej i poprawę przepływu krwi w strefie okołozawałowej. W grudniu 2002 [10] ukazało się kolejne doniesienie o skutecznym przeszczepieniu pierwotnych komórek szpikowych, po ich odpowiednim wyselekcjonowaniu z krwi obwodowej (komórki macierzyste krążące we krwi). W obu tych pracach badacze wybrali do procesu regeneracyjnego pierwotne komórki szpikowe i w obu podawano je bezpośrednio do tętnicy dozawałowej.
Badania nad regeneracją mięśnia sercowego sprowadzają się nie tylko do analizy możliwości przeżycia i przekształcenia się w kierunku komórek mięśniowych przeszczepionych komórek ale również do wyboru najlepszej „komórki - kandydata”, oraz drogi jej podania do mięśnia sercowego [11].
Zasadniczo istnieją trzy źródła komórek: pierwotne komórki płodowe i/lub komórki mięśnia sercowego płodu, mioblasty mięśni szkieletowych i pierwotne komórki szpikowe. Pierwsze ze względów etycznych nie są przedmiotem zainteresowania większości zespołów badawczych.
Badania nad rolą mioblastów wszczepianych do mięśnia sercowego podczas operacji „by-passów” są prowadzone w Poznaniu przez zespół prof. dr hab. med. Tomasza Siminiaka. Mioblasty, jakkolwiek oporne na niedokrwienie, nadto charakteryzujące się w badaniach „in vitro” dużą zdolnością do wzrostu – mają swoje ograniczenia. Najpoważniejszym jest brak możliwości tworzenia specyficznych dla serca połączeń pomiędzy komórkami mięśniowymi niezbędnych dla synchronicznej współpracy z sąsiadującymi komórkami. Nadto ta elektryczna „izolacja” prawdopodobnie jest przyczyną obserwowanych groźnych zaburzeń rytmu serca. Mioblasty nie przechodzą przez ścianę naczyń krwionośnych, zatem muszą być wszczepiane bezpośrednio do mięśnia sercowego. Następuje to drogą bezpośrednią podczas torakotomii (P. Menache, T. Siminiak), drogą przezskórną poprzez żyły serca (zatoka wieńcowa) (P. Serruys, T. Siminiak). Torakotomia z oczywistych względów jest metodą ograniczoną i zbyt agresywną, natomiast implantacja od strony żylnej wymaga specjalnych urządzeń. Możliwa do wykonania lecz z uwagi na duży stopień trudności technicznych nie wydaje się być powszechnie stosowana w przyszłości. Pomimo powyższych zastrzeżeń implantacja mioblastów jest obiecującą metodą, przede wszystkim stosowaną w przewlekłej kardiomiopatii niedokrwiennej.
Najprostszą technicznie jest metoda bezpośredniej infuzji (wstrzykiwanie) własnych pierwotnych komórek szpikowych bezpośrednio do tętnicy dozawałowej. Ma to na celu przyspieszenie i „wzmocnienie” procesu gojenia świeżego zawału serca, aby zapobiec niekorzystnemu przebiegowi pozawałowej przebudowy serca (poszerzenie lewej komory, trwałe zaburzenia pracy strefy zawału) i rozwojowi niewydolności lewej komory serca. Możliwość pełnej strukturalnej regeneracji mięśnia sercowego jest dyskusyjna, jakkolwiek pierwotne komórki szpikowe znacznie łatwiej mogą ulegać przekształceniu w kierunku komórek mięśniowych. Nadto ich niekwestionowana, ogromna aktywność humoralna (wydzielanie ważnych substancji regulacyjnych) może ograniczać procesy destrukcyjne w obszarze strefy zawału, przyspieszać procesy regeneracyjne (czynniki wzrostu), korzystnie wpływając na proces odbudowy strefy zawału - regeneracja czynnościowa.
Ostatnio doniesiono o wszczepianiu tych komórek bezpośrednio do mięśnia sercowego [12] u chorych z aktywną chorobą niedokrwienną, zdyskwalifikowanych z innych metod leczenia. Metoda ta wymaga stosowania skomplikowanego i bardzo kosztownego systemu – NOGA catheter – co również ogranicza jej powszechne stosowanie. Wydaje się, że nowoczesny sposób leczenia zawału serca ulegnie dalszej optymalizacji. Po udrożnieniu tętnicy dozawałowej, zabezpieczeniu jej wszczepieniem stentu, kolejnym etapem będzie infuzja własnych komórek szpikowych do strefy zawału w celu pełnej regeneracji obszaru pierwotnie objętego martwicą. Jednak na razie są to tylko metody eksperymentalne i nie udowodniono jednoznacznie ich skuteczności.
Piśmiennictwo fachowe dla osób szczególnie zainteresowanych tym tematem
1. Left ventricular remodeling after primary coronary angioplasty. Patterns of left ventricular dilatation and long-term prognostic implications Bolognese L. et al. Circulation 2002,106,2351.
2. Chimerism of the transplanted heart. Quanini F. et al. N Engl J Med 2002,346,5
3. Cardiomyocytes of noncardiac origin. Muller P et al. Circulation 2002,106,31.
4. Allogenic mesenchymal stem cell engraftment in the infracted rat heart: timing and delivery route. Martin B. et all. 28th EBMT Annual Meeting Montereaux Switzerland 2002, Bone Marrow Transplantation 2002,29, supp.2 P577.
5. Implantation of allogenic mesenchymal stem cells results in improved cardiac performance in a swine model of myocardial infarction. Martim B. et all. 28th EBM Annual Meeting. Montereaux Switzerland 2002, Bone Marrow Transplantation 2002,29,supp.2, 74.
6. Optimal time for cardiomuocyte function transplantation to maximize myocardial function after left ventricular injury. Ren- Ke Li et al Ann Thorac Surg 2001,72,1957
7. Mobilizing bone marrow cells repair the infarcted heart, improving function and survival. Orlic D et al. Proc Nat Acad Sci USA 2001,98,10344.
8. The coronary delivery of marrow stromal cells for myocardial regeneration: pathophysiologic and therapeutic implications. Jih-Shiuan W et al J Thorac Cardiovasc Surgery 2001,122,699.
9. Repair of infracted myocardium by autologous intracoronary mononuclear bone marrow cell transplantation in humans. Strauer B. et al Circulation 2002,106,1913.
10. Transplantation of progenitor cells and regenaration enhancement in acute myocardial infarction. Assmus B. et al Circulation 2002,106,3009
11. Different cells for different coronary delivery P. Menache PCR Paris 20-23 V 2003.
12. Transendocardial, autologous bone marrow cell transplantation for severe, chronic ischemic heart failure. Perin E. Et al. Circulation 2003,107,2294.
Stefan Grajek, Piotr Bręborowicz, 2003-07-15
aktualizacja: 2006-05-20