Kantasolut ja Soluterapia Mika Pietilä Luentosarja TKK, 11-26.02.2010

Kantasoluterapia http://www.kmchospital.in/images/stem_cell.jpg

(Kanta)soluterapia 2. Select the cells 1. Cell donor liver bone 6. Implant the generated tissue neurons 3. Add support material (cells or biodegradable polymer) 4. Cells also need growth factors, hormones, mitogens etc. 5. Grow cells in the lab and produce cartilage, muscle, skin cells

Miksi tarvitaan?

Miksi tarvitaan?Huonosti uusiutuvat kudokset, suuret luuvauriot, autoimmuunisairaudet....

Kuka tarvitsee Suomessa?

Kuka tarvitsee Suomessa? Sepelvaltimotautikohtaukset (myös kuolemaan johtaneet) diagnooseilla I20-I25, koko maa   I20-I25, I46, R96, R98 Lkm Miehet 2006 35-44 517 45-54 2 975 55-64 7 403 65-74 10 766 vuosittain 30095 potilasta Naiset   2006 35-44 152 45-54 693 55-64 2 170 65-74 5 571

Kuka tarvitsee Suomessa? Sepelvaltimotaudin hoitoon liittyvät toimenpiteet, koko maa   CABG PTCA Lkm Miehet 2006 35-44 33 170 45-54 276 753 55-64 777 1 453 65-74 998 1 444 vuosittain 7657 potilasta Naiset   2006 35-44 7 26 45-54 139 55-64 122 367 65-74 345 721

Kuka tarvitsee Suomessa? Autoimmuunisairaudet Esimerkiksi: Suolistotulehdussairaudet, esiintyvyys 3-4/1000 Nuorilla (<18 v) tapaukset kasvussa: 3.9/100,000 vuonna 1987 kun taas 7.0/100,000 vuonna 2003 80 % nuorista tapauksista hoidetaan kirurgisin toimenpitein

Kuka tarvitsee Suomessa? Vuosittainen tarve: >10 GVHD potilasta >200 Luuvaurio potilasta >7000 akuutti sydäninfarkti >1000 Aivoverenkiertosairaudet >1000 Osteoarthreris >500 Tyypin I Diabetes >50 Suolistotulehdussairaudet (kasvamassa)

Soluterapian 1. tuleminen: Regenerative Medicine http://www.regenmedguru.com/blog_images/4Rs.jpg

Kantasoluterapian 1. tuleminen: Regenerative Medicine: Vaurioituneiden kudosten korjaus uusilla in vitro kasvatetuilla soluilla Hyvät kokemukset (yksinkertaiset kudokset) Ihovauriot (dermagraft) Rustovauriot (Carticel) Luuvauriot Ongelmalliset solvellutukset Vaurioituneen sydämen korjaus Hermostovauriot Jopa uusien elinten kasvatus Virtsarakko

Dermagraft ja Carticel Kaksi esimerkkiä kaupallisista tuotteista 2000-luvun alkupuolella Iho- ja rustovaurioiden hoito Tuotteina hyviä/toimivia, mutta markkinat pienet  ei toimiva bisnes

Carticel http://www.orthoassociates.com/SP11B40/Carticel_total.jpg

Dermagraft www.dermagraft.com In vitro cultured human fibroblasts with extracellular matrix and bioabsorbable scaffold

Luuvaurioiden korjaus Kliiniset kokeet luuvaurioiden hoidossa Suuri osa hyvällä menestyksellä Dai et al. 2008. Biomaterials. 29(29):3973-82 Kitoh et al. 2004. Bone. 35:892-898 Adachi et al. J Rheumatol 2005;32:1615–8 Marcacci et al. 2007. Tissue Engineering. 13(5):???

Luuvaurioiden korjaus 1. Bone marrow is harvested from iliac crest and grown in culture Lehenkari et al., 2007 Tibial Nonunion 2 weeks of culture One to 20.000.000 hMSCs ’Live implants’ 2. Cells in solution 4 Implantation of bone marrow cells into bone defect with or without carrier Osteoinduction occurs, healing the bone defect? 3. 17

Sydänvaurioiden korjaus Ajatuksena korjata infarktin jälkeinen kudosvaurio in vitro alkion kantasoluista erilaistetuilla sydänlihassoluilla Ongelmat: Erilaistumistehokkuus  ei riittävästi soluja Parhaimillaan muutamia miljooonia soluja (vrt. Kudosvauriossa tuhoutuu miljardeja soluja) Erilaistumisen ohjaus oikeanlaisia sydänlihassoluja teratomat Solujen saaminen vaurioalueella Vain muutama prosentti soluista kohdistuu halutulle alueelle Jotain hyvääkin: Erilaistetut solut fysiologisten sydänlihassolujen kaltaisia Eläinkokeissa osoitettu, että siirre integroituu kudokseen  ei vaaraa rytmihäiriöistä (Kehat et al. 2004. Nat. Biotec. Vol22(10):1282)

In vitro virtsarakko http://biomed.brown.edu/Courses/BI108/BI108_2007_Groups/group10/images/TE_bladder.jpg

In vitro virtsarakko Atala et al. Lancet 2006;367(15):1241-1246 Potilaat (7 hlö) joilla terminaalivaiheen virtsarakkosairaus (myelomeningocele) Menetelmä: Potilaista otettiin koepalat virtsarakosta Uroteelisolut ja lihassolut Solujen in vitro kasvatus ja siirto scaffoldiin Homologinen bladder submucosa Composite bladder (kollageeni ja PGA) Virtsarakon muotoinen ja muotoiltu potilaan mukaan 7 viikon kasvatus ja siirto takaisin potilaaseen Omentumin sisään käärittynä tai ilman

In vitro virtsarakko Atala et al. Lancet 2006;367(15):1241-1246

In vitro virtsarakko: Tulokset Seuranta-aika 22-61 kk Parhaat tulokset saavutettiin kollageeni ja PGA scaffoldilla joka käärittynä omentumiin Mean bladder leak point pressure 56 % matalampi Tilavuus suureni 1,56 kertaisesti 143ml  232ml Compliance nousi 2,79 kertaisesti 2,4 ml/cm H2O  6,7 ml/cm H20 Paranemisesta huolimatta potilaat eivä kykene normaali elämään Eivät kykene pidättämään virtsaa johtuen hermostosairaudesta? Lopullinen hyöty oli vuotojen harveneminen Atala et al. Lancet 2006;367(15):1241-1246

In vitro virtsarakko: Tulokset Histologinen analyysi Kolmikerroksinen rakenne Uroteelisolujen muodostama luumen, jota ympäröi submucosa ja lihaskerros Fysiologisen virtsarakon kaltainen Ongelmana kuitenkin saada toimiva verenkierto ja hermotus in vitro tuotettuihin elimiin Atala et al. Lancet 2006;367(15):1241-1246

Yhteenveto ensimmäisistä kokemuksista Keep it simple!! Iho, rusto ja luu Yksinkertaisia kudoksia  toimivia sovellutuksia Sydän Monimutkainen elin Paljon kehitettävää kasvatusolosuhteissa/solujen tuotossa Solujen erilaistumisprosessin kontrollointi Ei lähitulevaisuuden sovellutuksia Kokonaiset elimet Todella haastellista Enemmän tieteiskirjallisuutta

Soluterapian 2. tuleminen: Mesenkymaaliset kantasolut Muokattu kohteesta: http://www.regenmedguru.com/blog_images/4Rs.jpg

Kantasoluterapian 2. tuleminen: Mesenkymaaliset kantasolut Luonnon omien korjausmekanismien muokkaaminen mesenkymaalisilla kantasoluilla Sydäninfarktin yhteydessä pienemmän tulehdusreaktion aikaan saaminen  pienempi arpikudos Kudoksen omien esiastesolujen aktivoiminen Immunologisetsairaudet Immuunivasteen säätely/suppressio Graft versus host disease, Crohn’s disease Keep it simple! Unohdetaan kudosten korjaus/Regenerative medicine Erilaistumattomat mesenkymaaliset kantasolut

Rekisteröidyt tutkimukset: Mesenchymal Stem Cell Region (10/2008) Number of Studies World 55     East Asia 7     Japan 1     Europe 14     Middle East   4     North America 26         Canada   3         United States       Pacifica         South Asia   Region (5/2009) World 78 ( +22) Africa 2 (+2) East Asia 10 (+3) Japan 1 Europe 21 (+7) Middle East 5 (+1) North America 33 (+7) Canada 3 United States 33 (+7) Pacifica 1 South Asia 3 (+2)

Indikaatiot Heart 14 GVHD 13 Cartilage 5 Transplantation 4 Chron's Disease 3 Multiple Sclerosis 3 Chirrosis 2 Osteogenesis Imperfecta 2 Fractures 2 DM1 COPD 1 Limb ischemia 1 Diabetic wounds 1 Lupus Nephritis 1 Myelodysplastic Syndrome 1 Osteodysplasia 1 Osteonecrosis of the Femoral Head 1

Anti-inflammatoriset sovellutukset Sydäninfarkti Useita kliinisiäkokeita Immunomodulaatio Estetään/pienennetään arpikudoksen muodostumista Tuotteita Osiris: Pronchymal

Anti-inflammatoriset sovellutukset Dendriittisolu Mesenkymaalinen kantasolu

Osiris: Prochymal Cardiac Clinical Trial 53 patients, first heart attack Administration of Prochymal was found to be well tolerated at all dose levels Patients in the Prochymalgroup were four times less likely to experience an arrhythmic event compared to those receiving placebo (9% vs. 37%, p=0.025) Fewer patients experienced clinically significant premature ventricular contractions after receiving Prochymal as compared to placebo across all time points (11% vs. 24%, p less than 0.001) Prochymal patients with major "anterior wall" heart attacks had a statistically significant 7.0 point (24%) improvement in ejection fraction at three months and a 7.3 point (25%) improvement at six months over baseline (p less than 0.05), while similar patients receiving placebo did not have significant improvement Patients receiving Prochymal had significantly improved lung function as measured by improvement in FEV1 % predicted values (17 point Prochymal vs. 6 point placebo, p less than 0.05) Significantly more patients who received Prochymal experienced improvement in their overall condition at six months as compared to those receiving placebo (42% vs. 11%, p=0.027) http://www.osiristx.com/

Immunologisetsairaudet Leukemian hoidossa luuydinsiirre voi alkaa hylkimään isännän elimistöä Graft versus host disease Krooninen tulehduksellinen suolistosairaus Crohn’s Disease Kliinisiäkokeita käynnissä Tuotteita tulossa Osiris

Osiris: GVHD Pediatric patients 100% (12/12) end-stage pediatric patients responded to treatment with Prochymal 58% (7/12) of patients experienced a complete resolution of GvHD Prochymal is well-tolerated Phase II, 32 adults 94% of evaluable patients responded after receiving two infusions of Prochymal 74% of evaluable patients achieved a complete response (meaning that the patients had experienced total clinical resolution of the disease) Patients experiencing a complete response rate by day 28 had a statistically significant improvement in survival as compared to patients experiencing a partial or non-response Prochymal appears to be well tolerated http://www.osiristx.com/

Osiris: Crohn's disease Phase II, 10 adults Patients in the trial received two doses of Prochymal within 7 days. All patients had moderate to severe Crohn’s disease and were not responding to standard medications (steroids, immunosuppressants, and biologics). Every patient evaluated in the trial had a statistically significant reduction in disease severity by day 28, with relatively low doses of Prochymal and a short treatment course. Improvement was rapid with a reduction in disease severity on day 7. There appeared to be a positive correlation between dose and response: Those patients receiving more Prochymal had a better outcome. The treatment was well tolerated with no severe adverse events attributed to Prochymal. http://www.osiristx.com/

Edelleen Luu- ja rustovauriot ajankohtaisia Osiris: meniscus lesion About 30% of patients treated with Chondrogen demonstrated an improvement in their baseline cartilage or joint condition, while no patients in the placebo group demonstrated similar improvement Administration of Chondrogen was found to be well tolerated Chondrogen was not associated with serious adverse events and did not result in any adverse hematological events Chondrogen did not result in the formation of any unwanted or ectopic tissue http://www.osiristx.com/

Edelleen Luu- ja rustovauriot ajankohtaisia Heart 14 GVHD 13 Cartilage 5 Transplantation 4 Chron's Disease 3 Multiple Sclerosis 3 Chirrosis 2 Osteogenesis Imperfecta 2 Fractures 2 DM1 COPD 1 Limb ischemia 1 Diabetic wounds 1 Lupus Nephritis 1 Myelodysplastic Syndrome 1 Osteodysplasia 1 Osteonecrosis of the Femoral Head 1

Yhteenveto Nykypäivän/lähitulevaisuuden soluterapiatuotteet hyvin yksinkertaisia Tuote: Mesenkymaaliset kantasolut, kasvutekijät, scaffoldit Kaikki yhdessä Sovellutukset Luu- ja rustovauriot Autoimmuunisairaudet, sydäninfarktit Toimintamekanismi Luonnon omien korjausmekanismien muokkaus Immunosuppressio

Yhteenveto: Suurimmat ongelmat: Solutuotteiden kohdistaminen halutulle alueelle Epätasainen jakautuminen eri kudosten välillä kun solut injisoidaan verenkiertoon Vain murto-osa soluista hakeutuu halutulle alueelle Solujen selviäminen kovissa olosuhteissa Tulehdusalueella vähän happea, paljon pro-inflammatorisia sytokiinejä