Terapi med stamceller til akut iskæmisk hjertesygdom: myokardial regeneration?

Stamcelleterapi til iskæmisk hjertesygdom er en potentiel behandlingsform, som for tiden er inde i en rivende udvikling. Muligheden for at kunne mindske post infarkt-hjerteinsufficiens og kronisk iskæmi har hurtigt ledt til kliniske studier med mennesker. Det er en igangværende diskussion om, hvorvidt udviklingen fra bench to bedside har været for hurtig inden for dette felt. Modstanderne mod den hurtige progression til kliniske studier anfører, at studierne kunne designes mere effektivt og sikkert, hvis den »traditionelle« vej gennem yderligere basale undersøgelser og dyremodeller blev fulgt, mens fortalerne mener, at udviklingen bliver accelereret med tidlige kliniske forsøg. Der er dog bred enighed om, at de tidlige kliniske studier har rejst en række fundamentale spørgsmål, som nu søges løst i basale modeller.

Kliniske studier med knoglemarvsderiverede stamceller

Injektion af stamcelleopløsninger fra knoglemarven er i adskillige kliniske studier benyttet til patienter med iskæmisk hjertesygdom, siden Orlic et al [1] i et banebrydende arbejde med mus viste, at intramyokardial injektion af en velkarakteriseret celletype fra knoglemarven resulterede i nydannelse af kardiomyocytter og endoteliale celler, hvilket resulterede i en forbedret pumpefunktion.

I hovedparten af de kliniske studier med injektion af stamcelleopløsninger fra knoglemarven har man inkluderet patienter med akut myokardieinfarkt behandlet med primær ballonbehandling (PCI) af den lukkede kranspulsåre, hvorimod man kun i få studier har inkluderet patienter med kronisk iskæmisk hjertesygdom. For nylig er der offentliggjort tre større studier, hvori man undersøgte patienter med akut myokardieinfarkt (Tabel 1 ), men med divergerende resultater. Det norske ASTAMI-studie (upubliceret) var randomiseret, men uden placebobehandling til kontrolgruppen, hvorimod både et belgisk studie [2] og det tyske REPAIR-AMI (upubliceret) var randomiseret, dobbelblindt og placebokontrolleret. Af de tre studier viste kun REPAIR-AMI en signifikant forbedret ejektionsfraktion (fra 0,48 til 0,54) i den aktive gruppe i forhold til kontrolgruppen (fra 0,47 til 0,50) målt med ventrikulografi.

En alternativ metode til at øge tilbuddet af stamceller til iskæmisk myokardievæv er behandling med granulocytkolonistimulerende faktor (G-CSF). G-CSF gives en gang dagligt som en subkutan injektion og mobiliserer stamceller fra knoglemarven til det perifere blod. Fordelen ved metoden er derfor, at patienten undgår gentagne hjertekateriseringer, og at der ikke ex vivo skal foretages oprensning/dyrkning af stamcellerne. Det tyske FIRSTLINE-AMI-studie [3] var et randomiseret, ikkeblindet studie med 50 akut myokardieinfarkt (AMI)-patienter uden placebobehandling i kontrolgruppen. Resultaterne tydede på en forbedret ejektionsfraktion og øget systolisk vægfortykkelse. Vi har publiceret resultatet fra det randomiserede, dobbeltblindede og placebokontrollerede STEMMI-studie [4], og resultatet fra det tilsvarende tyske REVIVAL-2-studie er ligeledes blevet publiceret [5]. Begge studier viser, at behandling med G-CSF tidligt efter et AMI ikke påvirker den systoliske funktion eller infarktstørrelsen.

Ingen af studierne med injektion af stamcelleopløsninger eller G-CSF har vist en komplikationsrate, som var højere end forventet efter et akut myokardieinfarkt, specielt er der ikke observeret stigning i arytmier, hvilket er en kendt komplikation ved terapi med injektion af skeletmuskelceller (myoblaster) i myokardiet ved hjertesvigt.

De mange små kliniske studier med knoglemarvsderiverede stamceller til behandling af iskæmisk hjertesygdom har besvaret nogle spørgsmål, men også rejst mange.

Langtidssikkerhed

Der er fortsat under 500 patienter, som er blevet behandlet med stamcelleinjektionsterapi ved akut iskæmisk hjertesygdom, og hovedparten er blevet fulgt i under et år. Det er derfor ikke afgjort, om injektionsterapi med stamceller ved iskæmisk hjertesygdom har en positiv sikkerhedsprofil på lang sigt. Imidlertid har behandlingen vist sig at være sikker på kort sigt, men det er af største vigtighed, at der udføres store randomiserede studier med langtidsopfølgning, før vi anerkender sikkerheden i behandlingen. Et enkelt lille studie med et tvivlsomt design viste en voldsom øget forekomst af in stent -restenose ved behandling med G-CSF før stentbehandling - alle andre studier med G-CSF-behandling ved AMI har vist en uændret forekomst af in stent -restenose [3-6].

Hvor ender cellerne?

Når knoglemarvsceller leveres intrakoronart, vil kun en meget lille fraktion af cellerne blive optaget i hjertevævet (1-3%) [7], og hovedparten af cellerne vil fortsætte til den systemiske cirkulation og blive opfanget i lunger og milt. Af de celler, som bliver i hjertet, vil en del dø, formentlig på grund af fjendtligt miljø i vævet (hypoksi, manglende vækstfaktorer, utilstrækkelig ekstracellulær matrix etc.) og mekanisk stress fra injektionsudstyret. Imidlertid er metoderne til monitorering af cellerne in vivo langtfra optimale, og kendskabet til cellernes skæbne efter indsprøjtning i mennesker er sparsomt. Transplantationsraten forsøges i øjeblikket øget ved at indsprøjte cellerne i iskæmisk frem for i nekrotisk væv (f.eks. i randzonen af infarktet), og ved selektiv infusion af specielle cellefraktioner fra knoglemarven [7]. Derudover spekuleres der i at optimere miljøet i vævet f.eks. ved kostimulation med vækstfaktorer samt modificering af cellerne f.eks. med antiapoptotiske gener.

Hvad er den optimale celletype og det optimale antal?

Knoglemarven indeholder forskellige stamceller, som kan karakteriseres ved deres overflademarkører. De forskellige stamcellers kapacitet til kardial regenerering er meget dårligt undersøgt, ligeledes er det kun overfladisk undersøgt, om cellerne bliver påvirket af en eventuel ex vivo-dyrkning og -ekspansion før transplanteringen. Af denne grund har man i de fleste studier benyttet en pragmatisk tilgang og indsprøjtet en heterogen gruppe af celler fra knoglemarven indeholdende hovedsagelig neutrofile granulocytter, og 2-3% hæmotopoietiske stamceller, endoteliale progenitorceller og mesenkymale stamceller. Ligeledes har antallet af indsprøjtede celler ikke været valgt på baggrund af doseringsstudier, men har været udtryk for, hvad der var praktisk muligt at udtage fra knoglemarven. Hofmann et al [7] har påvist, at en speciel type knoglemarvceller (positive for CD34-overflademarkøren) har langt større potentiale til at optages i iskæmisk myokardium efter indsprøjtning i en kranspulsåre sammenlignet med den uselekterede cellepopulation fra knoglemarven, der typisk er benyttet i publicerede studier. I øjebli kket er der derudover stor fokus på selektiv behandling med mesenkymale stamceller, da foreløbige studier tyder på, at de har potentiale for vaskulogenese og myogenese, samt muligvis kan benyttes allogent.

Hvornår bør terapien gennemføres?

I studierne af akut myokardieinfarkt har man behandlet patienterne inden for en uge efter infarktet, hvilket er det hurtigst praktisk mulige, når der er tale om autotransplantation. Rationalet har været en tro på, at jo tidligere behandlingen blev indsat, jo flere celler ville der blive optaget i det infarcerede myokardium pga. tilstedeværelsen af faktorer i vævet, der tiltrak cellerne (homing -faktorer), således at mere iskæmisk myokardium ville blive reddet. Imidlertid er det vist, at homing-faktorer og vaskulære vækstfaktorer har højest koncentration ca. tre uger efter infarktet [8], hvilket taler for, at effekten af en senere behandling bør undersøges.

Hvad er virkningsmekanismen?

Det er fortsat et åbent spørgsmål, om cellerne hovedsageligt påvirker hjertets funktion via en øget vævsperfusion (neovaskularisering) eller via regenerering af hjertets myocytter. Et studie af Orlic et al [1] fra 2001 tydede på, at stamceller fra knoglemarven udviklede sig til funktionelle myocytter. Der er imidlertid til dato ingen sikre kliniske beviser på kardiomyogenese efter celletransplantation i mennesker, og Orlic et al's resultater er siden blevet anfægtet af adskillige grupper [9]. Det er derfor fortsat meget omdiskuteret, om transdifferentieringen fra hæmatopoetiske stamceller til myocytter kan bidrage funktionelt til hjertets funktion. En mindre kontroversiel mekanisme er neovaskularisering af det iskæmiske område. Denne forbedrede perfusion vil øge blodforsyningen til myokardium i dvale (hibernation) og reducere den pågående apoptose i infarktrandområderne og derved muliggøre forbedret funktion.

Derudover er det et åbent spørgsmål, om cellerne øger neovaskulariseringen ved inkorporering i de nye kapillærer eller via en indirekte (parakrin?) påvirkning af vævet ved produktion af vaskulære vækstfaktorer. Den manglende sammenhæng mellem antallet af indsprøjtede celler og effekten observeret i de kliniske studier samt det faktum, at man i studier med infusion af forskellige cellefraktioner opnår sammenlignelige resultater, taler for en overvejende indirekte påvirkning.

Fremtiden: kombinationsterapi?

I denne statusartikel har vi fokuseret på terapi med stamceller fra knoglemarven, men der findes andre lovende behandlingsprincipper.

I flere studier har man fokuseret på øgning af vaskulære vækstfaktorer såsom fibroblast growth factor (FGF-2) og vascular epithelial growth factor (VEGF) [10] i myokardiet med henblik på neovaskularisering. Stamcellers homing til iskæmisk væv menes at være kraftigt påvirket af stromal derived factor -1 (SDF-1), og i studier har man påvist, at koncentrationen af SDF-1 bliver påvirket af iskæmi [8]. Helt nye studier tyder desuden på, at IL-8 spiller en væsentlig rolle i myokardial homing af stamceller fra knoglemarven. Det er derfor nærliggende at spekulere i, om man kunne opnå en synergistisk effekt ved kombination af flere af de nævnte behandlingsmodaliteter; f.eks. infusion af en specifik stamcellefraktion kombineret med en opregulering af en eller flere homing eller vaskulære faktorer.

Stamcelleterapi er fortsat i den eksplorative fase, men på baggrund af det store arbejde, der i øjeblikket bliver lagt inden for dette felt, er det forventeligt, at vi inden for en overskuelig fremtid kan vurdere terapiens kliniske relevans. I sidste ende vil dette kræve gennemførelse af store randomiserede, dobbeltblindede, placebokontrollerede studier med »hårde« kliniske endepunkter som mortalitet og morbiditet.

Jens Kastrup , Hjertemedicinsk Klinik B, Afsnit 2014, Hjertecentret, Rigshospitalet, DK-2100 København Ø. E-mail: jkastrup@rh.hosp.dk

Antaget: 24. april 2006

Interessekonflikter: Ingen angivet

NT>