Κυτταρική θεραπεία στη νόσο του Parkinson. 1.Εισαγωγή. Καρακάσης Χαράλαµπος 1, Μηλιώνη Δήµητρα 2, Κατσαρού Ζωή 3, Μποσταντζοπούλου Σεβαστή 2

Transcript

1 Κυτταρική θεραπεία στη νόσο του Parkinson Καρακάσης Χαράλαµπος 1, Μηλιώνη Δήµητρα 2, Κατσαρού Ζωή 3, Μποσταντζοπούλου Σεβαστή 2 1 Νευρολογική Κλινική Νοσοκοµείου «Παπαγεωργίου», Θεσσαλονίκη 2 Γ. Νευρολογική Κλινική ΑΠΘ, Νοσοκοµείο «Γ.Παπανικολάου» 3 Νευρολογική Κλινική Νοσοκοµείου «Ιπποκράτειο», Θεσσαλονίκη 1.Εισαγωγή Η νόσος του Parkinson (NP) είναι µία συχνή εκφυλιστική νόσος του ΚΝΣ και υπολογίζεται ότι προσβάλλει το 1-2% του πληθυσµού άνω των 65 ετών. Η νόσος χαρακτηρίζεται από κινητική συµπτωµατολογία όπως βραδυκινησία, τρόµο ηρεµίας, δυσκαµψία και διαταραχές ισορροπίας. Επιπρόσθετα µία πλειάδα µη κινητικών συµπτωµάτων (ψυχικές και γνωστικές διαταραχές, διαταραχές του Α.Ν.Σ., διαταραχές του ύπνου, κόπωση, αισθητηριακές και σωµατοαισθητικές διαταραχές) συµπληρώνουν την κλινική εικόνα της νόσου (1). Το παθολογοανατοµικό εύρηµα της νόσου είναι η εκφύλιση των ντοπαµινεργικών νευρώνων της µέλαινας ουσίας και η παρουσία σωµατίων του Lewy µε αποτέλεσµα την µείωση της ντοπαµίνης στο ραβδωτό σώµα, ιδιαίτερα στο κέλυφος. H παθολογική διεργασία της νόσου επεκτείνεται και σε άλλες περιοχές όπως στον υποµέλανα τόπο, στους πυρήνες της ραφής, στον υποθάλαµο, στον οσφρητικό βολβό, στο περιφερικό αυτόνοµο νευρικό σύστηµα, στον ρινεγκέφαλο και στον φλοιό (2). Η θεραπεία της νόσου παραµένει συµπτωµατική και µέχρι σήµερα δεν υπάρχει φάρµακο που να επιβραδύνει, να διακόπτει ή ακόµα να αναστρέφει την εκφυλιστική διαδικασία. Η σύγχρονη θεραπευτική αντιµετώπιση της νόσου περιλαµβάνει τη χορήγηση L-DOPA, ντοπαµινεργικών αγωνιστών, αναστολέων της µονοαµινοξειδάσης Β (ΜΑΟ-Β) και της κατεχολ-ο-µεθυλτρανσφεράσης (COMT), αµανταδίνης και αντιχολινεργικών φαρµάκων. Στο θεραπευτικό οπλοστάσιο για τη νόσο προστέθηκαν και οι νευροχειρουργικές επεµβάσεις, ιδιαίτερα ο ερεθισµός εν τω βάθει εγκεφαλικών δοµών (Deep Brain Stimulation DBS). Παρά το αρχικό καλό αποτέλεσµα της φαρµακευτικής αγωγής, καθώς η νόσος εξελίσσεται, εµφανίζονται τόσο κινητικά όσο και µη κινητικά συµπτώµατα τα οποία δεν απαντούν στην φαρµακευτική αγωγή.

2 Επιπλέον οι κινητικές παρενέργειες της L-DOPA (διακυµάνσεις της συµπτωµατολογίας και δυσκινησίες), που παρουσιάζονται στο 10% των ασθενών ανά έτος θεραπείας, περιπλέκουν ακόµα περισσότερο την θεραπευτική αντιµετώπιση της νόσου. Τα τελευταία χρόνια η µεταµόσχευση κυττάρων στον εγκέφαλο ή/και στον νωτιαίο µυελό έχει µελετηθεί σαν µία πιθανή θεραπευτική προσέγγιση διαφόρων νευρολογικών παθήσεων. Στη NP η εξελισσόµενη εκφυλιστική διεργασία και τα προβλήµατα της θεραπείας έστρεψαν την έρευνα στην αναζήτηση κυτταρικών πηγών οι οποίες θα µπορούσαν να αντικαταστήσουν τους εκφυλισµένους ντοπαµινεργικούς νευρώνες της µέλαινας ουσίας (Εικ. 1). Στις πιθανές πηγές κυττάρων, τα οποία θα παράγουν ντοπαµίνη, για την θεραπεία της NP περιλαµβάνονται κύτταρα που λαµβάνονται από τον ίδιο τον ασθενή (αυτοµοσχεύµατα - autografts), κύτταρα που λαµβάνονται από άλλους ανθρώπους (αλλοµοσχεύµατα - allografts), κύτταρα προερχόµενα από άλλους οργανισµούς (ξενοµοσχεύµατα - xenografts) και στελεχιαία κύτταρα (3-9). Στη συνέχεια θα αναλύσουµε τα αποτελέσµατα των µέχρι τώρα πειραµατικών και λίγων κλινικών µελετών που έχουν γίνει µε κυτταρικές µεταµοσχεύσεις στην NP. 2.Αυτοµοσχεύµατα 2.1.Μεταµόσχευση µυελού επινεφριδίων Μετά τα ενθαρρυντικά αποτελέσµατα των πρώτων µεταµοσχεύσεων σε πειραµατόζωα, αρκετοί ασθενείς µε ΝΡ σε όλο τον κόσµο υποβλήθηκαν σε µεταµόσχευση µυελού επινεφριδίων (10-13). Τα µακροχρόνια αποτελέσµατα των επεµβάσεων αυτών δεν ήταν ικανοποιητικά. Παρατηρήθηκε µία µικρή παροδική κλινική βελτίωση, ιδιαίτερα της φάσης off, αλλά η µεταµόσχευση συνοδεύονταν από αυξηµένη θνητότητα και θνησιµότητα. Στις περισσότερες νεκροτοµικές µελέτες δεν βρέθηκαν βιώσιµα κύτταρα του µοσχεύµατος. Επίσης µικρή βελτίωση, η οποία υποχώρησε µε την πάροδο του χρόνου, παρουσίασαν και οι ασθενείς στους οποίους ο επινεφριδικός ιστός εµπλουτίστηκε µε τον νευροτροφικό παράγοντα NGF (Neurotrophic Growth Factor). Λόγω της µικρής αποτελεσµατικότητας της µεθόδου και των επιπλοκών της η µεταµόσχευση µυελού των επινεφριδίων εγκαταλείφθηκε ως θεραπευτική προσέγγιση της νόσου.

3 2.2.Μεταµόσχευση κυττάρων καρωτιδικού βολβού Τα κύτταρα του καρωτιδικού βολβού έχουν την ιδιότητα να εκκρίνουν ντοπαµίνη και να πολλαπλασιάζονται σε καταστάσεις υποξίας. Σε πειραµατόζωα η µεταµόσχευση κυττάρων καρωτιδικού βολβού στα βασικά γάγγλια επέφερε µερική βελτίωση της κινητικής λειτουργίας τους (14,15). Σε µία κλινική µελέτη οι παρκινσονικοί ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αµφοτερόπλευρη αυτοµεταµόσχευση κυττάρων καρωτιδικού βολβού εµφάνισαν βελτίωση στο κινητικό µέρος της Unified Parkinson s Disease Rating Scale (UPDRS) στον ένα χρόνο παρακολούθησης (16). Σε κανένα ασθενή όµως δεν υπήρχε αύξηση της πρόσληψης 18 F-DOPA στα βασικά γάγγλια στην απεικόνιση µε PET. 2.3.Μεταµόσχευση νευρώνων συµπαθητικών γαγγλίων Οι νευρώνες των συµπαθητικών γαγγλίων θεωρήθηκαν επίσης πηγή κυττάρων για µεταµόσχευση, καθώς έχουν την ικανότητα να συνθέτουν και να αποθηκεύουν ντοπαµίνη γιατί περιέχουν αποκαρβοξυλάση των αµινοξέων (AADC) και κυστιδικό µεταφορέα µονοαµινών (vesicular monoamine transporter,vmat2), γεγονός που επιβεβαιώθηκε in vivo σε πειραµατικό µοντέλο µε επίµυες (17). Στην κλινική πράξη γαγγλιακός ιστός ο οποίος προέρχονταν από την συµπαθητική άλυσο είτε της αυχενικής είτε της θωρακικής µοίρας µεταµοσχεύθηκε στο ραβδωτό σώµα παρκινσονικών ασθενών. Τα κλινικά αποτελέσµατα δεν ήταν ενθαρρυντικά καθιστώντας αµφίβολη την πρακτική εφαρµογή της µεθόδου (18). 3.Αλλοµοσχεύµατα 3.1.Μεταµόσχευση των κυττάρων του µελάγχρου επιθηλίου του αµφιβληστροειδούς Τα κύτταρα του µελάγχρου επιθηλίου του αµφιβληστροειδούς (retinal pigment epithelium), τα οποία παράγουν L- DOPA και ασκούν και νευροτροφική δράση, θεωρήθηκαν πηγή κυττάρων για αντικατάσταση των εκφυλισµένων ντοπαµινεργικών νευρώνων. Σε πειραµατικό µοντέλο επίµυων, στους οποίους έγινε µεταµόσχευση κυττάρων µελάγχρου επιθηλίου αµφιβληστροειδούς στο ραβδωτό σώµα, παρατηρήθηκε κινητική βελτίωση και αυξηµένη πρόσληψη 18 F-DOPA (19). Στην πρώτη κλινική µελέτη έγινε αµφοτερόπλευρη µεταµόσχευση κύτταρων µελάγχρου

4 επιθηλίου αµφιβληστροειδούς ανθρώπου µέσα σε µικροκοµιστές ζελατίνης (Spheramine) στο κέλυφος παρκινσονικού ασθενούς. Όµως µετά από 6 µήνες επέζησε µόνο το 0.036% των µεταµοσχευθέντων κυττάρων (20). Αναµένονται τα αποτελέσµατα της διπλής τυφλής µελέτης. 3.2.Εµβρυικά κοιλιακά µεσεγκεφαλικά µοσχεύµατα (fetal ventral mesencephalic grafts) Η µεταµόσχευση εµβρυϊκών κοιλιακών µεσεγκεφαλικών µοσχευµάτων, που είναι πλούσια σε µεταµιτωτικούς ντοπαµινεργικούς νευροβλάστες, από το ίδιο είδος ζώου σε πειραµατικά µοντέλα της νόσου του Parkinson είχε σηµαντική επιτυχία. Τα µοσχεύµατα επιβίωσαν και δεν απορρίφθηκαν από τον δέκτη, παρουσίασαν ντοπαµινεργική δραστηριότητα, ενώ ταυτόχρονα υπήρξε και κλινική βελτίωση (21-24). Διαπιστώθηκε συγκεκριµένα ότι όταν τοποθετήθηκαν στο ραβδωτό σώµα, πέρα του ότι επιβίωσαν, οι άξονές τους ανέπτυξαν πυκνές τελικές συνάψεις. Αντίθετα όταν τοποθετήθηκαν στη µέλαινα ουσία, την κατεξοχήν θέση νευροεκφύλισης στη νόσο, δεν παρατηρήθηκε ανάλογη ανάπλαση (22,23). Ένα ενδιάµεσο στάδιο πριν τις έρευνες σε ανθρώπους ασθενείς ήταν η χορήγηση ανθρώπινων εµβρυϊκών µοσχευµάτων σε πειραµατικό µοντέλο της νόσου σε επίµυες µε σηµαντικό κλινικό όφελος (25). Με βάση τα ενθαρρυντικά αυτά στοιχεία αρχικά υπήρξαν µικρές σειρές ασθενών σε ανοικτές µελέτες στους οποίους µεταµοσχεύθηκαν εµβρυικά κοιλιακά µεσεγκεφαλικά µοσχεύµατα χωρίς να υπάρξουν µετεγχειρητικές επιπλοκές (26-29). Τα αποτελέσµατα ήταν ενθαρρυντικά µε βελτίωση στη κλίµακα UPDRS, στην Κλίµακα Καθηµερινών Δραστηριοτήτων (Activities of Daily Living scale), στην ποιότητα ζωής και µε µείωση της δοσολογίας L-DOPA. Η κλινική βελτίωση συνοδεύτηκε από αυξηµένη πρόσληψη 18 F-DOPA στην απεικόνιση µε PET που σηµαίνει επιβίωση του µοσχεύµατος. Επίσης σε πρώιµα νεκροτοµικά παρασκευάσµατα 18 µήνες µετά τη µεταµόσχευση διαπιστώθηκε επιβίωση των κυττάρων και διατήρηση νευραξόνων και συνάψεων (30). Στην πρώτη διπλή τυφλή µελέτη που ακολούθησε πήραν µέρος 40 ασθενείς µε νόσο του Parkinson ηλικίας µεταξύ 34 και 75 ετών και µέση διάρκεια νόσου τα 14 έτη. Τυχαιοποιηµένα υποβλήθηκαν σε µεταµόσχευση ή σε εικονική επέµβαση µε τη

5 δηµιουργία τοµής, χωρίς ωστόσο να διανοιχθεί η σκληρά µήνιγγα (31). Τα κύτταρα είχαν ληφθεί από έµβρυα ηλικίας 7-8 εβδοµάδων µετά από την αποβολή τους. Σε κάθε ασθενή - χωρίς να έχει υποβληθεί σε ανοσοκαταστολή - εµφυτεύθηκε µε τοπική αναισθησία µόσχευµα από δύο έµβρυα αµφοτερόπλευρα στο κέλυφος υπό στερεοτακτικό έλεγχο. Τα αρχικά αποτελέσµατα ένα έτος µετά τη µεταµόσχευση δεν έδειξαν καµία στατιστικά σηµαντική διαφορά µεταξύ των δύο οµάδων. Ωστόσο στην υπο-οµάδα των ασθενών κάτω των 60 ετών και ειδικότερα όσων είχαν καλή προεγχειρητική απάντηση στην L-DOPA παρατηρήθηκε σηµαντική βελτίωση στην κλίµακα UPDRS κατά τη φάση off συγκριτικά µε την οµάδα ελέγχου (32). Ήδη από την πρώτη αυτή µελέτη παρατηρήθηκαν δυσκινησίες στην φάση off επαγόµενες από το µόσχευµα (graft induced dyskinesias GID) στο 15% των ασθενών. Οι δυσκινησίες συνέχιζαν και παρά την διακοπή της L-DOPA και χρειάσθηκε χειρουργική επέµβαση µε εν τω βάθει εγκεφαλική διέγερση στην ωχρά σφαίρα για την υποχώρηση των δυσκινησιών, των οποίων ο µηχανισµός πρόκλησης παραµένει σε µεγάλο βαθµό ανεξήγητος (33). Ανάλογα αντιφατικά ήταν και τα αποτελέσµατα σε µία δεύτερη διπλή τυφλή µελέτη (34) που αφορούσε 34 ασθενείς οι οποίοι τυχαιοποιηµένα έλαβαν µόσχευµα από έναν ή τέσσερεις δότες (έµβρυα ηλικίας 6-9 εβδοµάδων µετά από την αποβολή τους) ή υποβλήθηκαν σε εικονική επέµβαση όπως και στην πρώτη µελέτη. Οι µεταµοσχεύσεις πραγµατοποιήθηκαν υπό γενικευµένη αναισθησία, ενώ οι ασθενείς έλαβαν ανοσοκαταστολή µε κυκλοσπορίνη για 2 εβδοµάδες προεγχειρητικά και 6 µήνες µετά τη µεταµόσχευση. Ο πρώτος στόχος που ήταν η επιβεβαίωση στατιστικά σηµαντικής διαφοράς στο κινητικό τµήµα στην κλίµακα UPDRS µετά από διετή παρακολούθηση υπέρ των µεταµοσχευθέντων δεν επαληθεύτηκε. Υπήρξε µόνο ήπια βελτίωση στην υπο-οµάδα των ασθενών µε ηπιότερα συµπτώµατα της νόσου που έλαβε µόσχευµα από τέσσερεις δότες. Στον 6 ο και τον 9 ο µήνα της παρακολούθησης υπήρξε σηµαντική κινητική βελτίωση στους µεταµοσχευθέντες έναντι της οµάδας ελέγχου, για να ακολουθήσει η επιδείνωσή τους, ίσως λόγω της διακοπής της ανοσοκαταστολής που ελάµβαναν. Η πρώιµη αυτή βελτίωση ενδεχοµένως να έρχεται σε συµφωνία µε τα αποτελέσµατα των αρχικών ανοιχτών µελετών που είχαν προηγηθεί. Όσον αφορά στην απεικόνηση µε PET διαπιστώθηκε σηµαντική αύξηση στην πρόσληψη 18 F-DOPA σε όσους υποβλήθηκαν σε µεταµόσχευση. Επιπλέον επιβεβαιώθηκε η επιβίωση των µοσχευµάτων σε νεκροτοµικά παρασκευάσµατα. Τέλος εξαιρετικό προβληµατισµό δηµιούργησαν οι δυσκινησίες που εµφανίστηκαν

6 στο 56% των µεταµοσχευθέντων και οι οποίες επέµειναν παρά την 24ωρη απόσυρση της L-DOPA ( off -medication dyskinesias). Γενικά τα µοσχεύµατα αποκατέστησαν την απελευθέρωση ντοπαµίνης στα βασικά γάγγλια χωρίς στοιχεία ανωµάλου παραγωγής ντοπαµίνης από το µόσχευµα. Επίσης τα µοσχεύµατα ενσωµατώθηκαν λειτουργικά στο εγκέφαλο των ασθενών. Τα µη θεαµατικά όµως κλινικά αποτελέσµατα που προέκυψαν πιθανόν να οφείλονται στην ηλικία των δοτών, τις διαφορετικές συνθήκες υπό τις οποίες πραγµατοποιήθηκε η µεταµόσχευση (πχ διαφορετική ανοσοκαταστολή), καθώς και τις διαφορές όσον αφορά στη σταδιοποίηση της νόσου. Ακολούθησαν νέες έρευνες που επιχείρησαν να διερευνήσουν τις αιτίες που προκάλεσαν την ανεπιτυχή πρακτικά µεταµόσχευση των εµβρυικών κοιλιακών µεσεγκεφαλικών µοσχευµάτων χωρίς να προκύψουν και πάλι σαφή συµπεράσµατα. Ένα ερώτηµα που προέκυψε, και το οποίο είναι ουσιώδες για το µέλλον των κυτταρικών θεραπειών στην νόσο του Parkinsοn, είναι κατά πόσον προσβάλλεται το µόσχευµα από την εκφυλιστική διεργασία της νόσου. Σε τρείς πρόσφατες µελέτες βρέθηκαν σωµάτια Lewy καθώς και νευρίτες Lewy στα εµβρυικά µεσεγκεφαλικά µοσχεύµατα, δηλαδή η εκφυλιστική διεργασία επεκτάθηκε από τον πάσχοντα στο µόσχευµα (35-38). Σε άλλες δύο µελέτες ασθενών που έζησαν 4-9 χρόνια από την µεταµόσχευση δεν βρέθηκαν εκφυλιστικές αλλοιώσεις στο µόσχευµα (35,39). Πιθανολογείται ότι χρειάζεται τουλάχιστον µία δεκαετία για την ανάπτυξη των σωµατίων Lewy. Με τα έως τώρα δεδοµένα κατά συνέπεια η µεταµόσχευση εµβρυικών κοιλιακών µεσεγκεφαλικών µοσχευµάτων δεν µπορεί να αποτελέσει συνιστώµενη θεραπεία για τη νόσο του Parkinson. 4.Στελεχιαία/βλαστικά κύτταρα Τα στελεχιαία κύτταρα είναι κύτταρα µε ικανότητα για απεριόριστη ή παρατεταµένη αυτοανανέωση τα οποία µπορούν να παράγουν τουλάχιστον ένα τύπο υψηλά διαφοροποιηµένου απογόνου. Διακρίνονται σε εµβρυονικά στελεχιαία κύτταρα - βλαστοκύτταρα (embryonic stem cells), σε πολυδύναµα εµβρυϊκά και σε σωµατικά/ενήλικα στελεχιαία κύτταρα (adult stem cells/ progenitor cells) τα οποία εντοπίζονται σε συγκεκριµένες µικρές περιοχές διαφόρων οργάνων όπως τα

7 προγονικά κύτταρα του Κ.Ν.Σ., τα προγονικά µυελικά κύτταρα και τα πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα επαγόµενα από ινοβλάστες. Σήµερα υπάρχουν δύο κατευθύνσεις όσον αφορά στη θεραπευτική παρέµβαση της νόσου Parkinson µέσω των αρχεγόνων κυττάρων : η µεταµόσχευση εξωγενών κυττάρων στον παθολογικό εγκέφαλο προς αποκατάσταση του υπάρχοντος ντοπαµινεργικού ελλείµµατος και ο πολλαπλασιασµός, η διαφοροποίηση και η µετανάστευση των ενδογενών αρχέγονων ή πολυδύναµων κυττάρων στο µεσεγκέφαλο (3). Το επιθυµητό αποτέλεσµα κατά τη µεταµόσχευση των πολυδύναµων κυττάρων είναι η διαφοροποίησή τους στο είδος των κυττάρων που έχουν εκφυλιστεί (πχ η διαφοροποίηση σε ντοπαµινεργικά κύτταρα στη νόσο Parkinson). Σηµαντικός είναι ο ρόλος του περιβάλλοντος στο οποίο εµφυτεύονται και αξίζει να σηµειωθεί ότι ακόµα και σε περιπτώσεις που µεταµοσχευθέντα κύτταρα παραµένουν αδιαφοροποίητα και δεν εκφράζουν χαρακτηριστικά αντιγόνα παρουσιάζουν παραγωγή νευροτροφικών παραγόντων, όπως ο ινοβλαστικός αυξητικός παράγοντας-2 (Fibroblast Growth Factor-2/FGF-2), ο εγκεφαλικός νευροτροφικός παράγοντας (Brain derived Neurotrophic Factor/BDNF ) και ο νευρογλοιακός νευροτροφικός παράγοντας (Glial Cell Line-Derived Neurotrophic Factor/GDNF) (3-9). Με αυτό τον τρόπο ίσως να συµβάλλουν ακόµα και στην επιδιόρθωση εστιακών εγκεφαλικών βλαβών ενώ παραµένουν αδιαφοροποίητα. 4.1.Μεταµόσχευση εξωγενών αρχέγονων κυττάρων Εµβρυονικά αρχέγονα κύτταρα (ΕΑΚ) βλαστοκύτταρα (embryonic stem cells) Τα εµβρυονικά αρχέγονα κύτταρα (ΕΑΚ), γνωστά ευρύτερα ως βλαστοκύτταρα, προέρχονται από την έσω κυτταρική µάζα της βλαστοκύστης και µπορούν να εξελιχθούν σε πολυδύναµα κύτταρα εκπροσώπους και των τριών βλαστικών στιβάδων (40). Είναι δυνατό να καλλιεργηθούν από όλα τα θηλαστικά, ενώ στον άνθρωπο οι βλαστοκύστες από τις οποίες θα προκύψουν τα εµβρυονικά αρχέγονα κύτταρα λαµβάνονται από υπεράριθµα έµβρυα (κατά τα in vitro στάδια της τεχνητής γονιµοποίησης) ή από έµβρυα που δηµιουργήθηκαν αποκλειστικά για ερευνητικούς λόγους. Το γεγονός αυτό καθ εαυτό δηµιουργεί εξαρχής ένα σηµαντικό ηθικό

8 δίληµµα για την ενδεχόµενη µελλοντικά εφαρµογή τους. Ένα δεύτερο, ίσως πιο σηµαντικό πρόβληµα, είναι ότι κατά τη µέχρι στιγµής χρησιµοποίησή τους σε πειραµατικά µοντέλα έχει διαπιστωθεί αυξηµένος κίνδυνος εµφάνισης τερατωµάτων ή κακόηθων τερατοκαρκινωµάτων (41). Σε πειραµατικά µοντέλα της νόσου του Parkinson µεταµοσχεύθηκαν ΕΑΚ ποντικών σε µικρή πυκνότητα (low single cell density) στο ραβδωτό σώµα εγκεφάλου επιµύων (42). Διαπιστώθηκε ότι τα αδιαφοροποίητα ΕΑΚ διαφοροποιήθηκαν αποτελεσµατικά σε ντοπαµινεργικά κύτταρα µε λειτουργική αποκατάσταση, χωρίς σηµαντική ανάπτυξη τερατωµάτων. Η µη εξαλλαγή των ΕΑΚ σε καρκινικά κύτταρα αποδόθηκε στο ότι µεταµοσχεύθηκαν σε άλλο είδος από το οποίο προέρχονταν (ΕΑΚ από ποντίκια µεταµοσχεύθηκαν στο ραβδωτό σώµα του εγκεφάλου επιµύων). Διαπιστώθηκε και σε άλλα πειράµατα ότι κατά την οµόλογη µεταµόσχευση ΕΑΚ αν και υπάρχει µικρότερος κίνδυνος απόρριψης προκλήθηκε σε σηµαντικό ποσοστό η εµφάνιση τερατωµάτων, ενώ σε ετερόλογη το ποσοστό εµφάνισης τερατωµάτων ήταν µικρό που πιθανόν να οφείλεται στην ενεργοποίηση κάποιου ογκοκατασταλτικού µηχανισµού (43). Η εξαλλαγή των ΕΑΚ σε καρκινικά κύτταρα ελαττώνεται σηµαντικά εάν προηγηθεί η in vitro εξέλιξή τους σε νευρωνικά κύτταρα σε καλλιέργειες παρουσία νευροτροφικών παραγόντων όπως ο επιδερµικός αυξητικός παράγοντας (epidermal growth factor EGF), ο αιµοπεταλιακός αυξητικός παράγοντας (platelet-derived growth factor PDGF-a) και ο FGF-2 (44-46). Επίσης έχει διαπιστωθεί πρόσφατα η ύπαρξη µίας πρωτεΐνης που ονοµάζεται SDIA (stromal cellderived inducing activity protein) που προάγει τη διαφοροποίηση των ΕΑΚ σε ντοπαµινεργικά κύτταρα. Κατά τη µεταµόσχευση των SDIA ντοπαµινεργικών κυττάρων σε πειραµατικό µοντέλο της νόσου µε 6-OHDA σε ποντίκια διαπιστώθηκε ότι τα κύτταρα ενσωµατώθηκαν µέσα στον ιστό του δέκτη και παρέµειναν θετικά στην έκφραση της υδροξυλάσης της τυροσίνης (TH+) (47). Επιπλέον έχουν ληφθεί ντοπαµινεργικά κύτταρα από ΕΑΚ που εκφράζουν τον παράγοντα Nurr1. O Nurr1 (nuclear receptor related factor) είναι ένας µεταγραφικός παράγοντας που έχει αποδειχθεί ότι συµβάλλει στη διαφοροποίηση των πρώιµων πολυδύναµων κυττάρων του µεσεγκεφάλου σε ντοπαµινεργικά κύτταρα και η υπερέκφρασή του στα ΕΑΚ ποντικών προάγει τη διαφοροποίησή τους σε TH+ νευρώνες από 5% σε 50% in vitro (48). Κατά τη µεταµόσχευσή τους στο ραβδωτό σώµα σε πειραµατικό µοντέλο επίµυων του τύπου της 6-OHDA µε ηµιπαρκινσονισµό τα Nurr1 ΕΑΚ διαφοροποιήθηκαν σε TH+ κύτταρα και επιπλέον παρουσίασαν ηλεκτροφυσιολογικά

9 χαρακτηριστικά όµοια µε εκείνα των µεσεγκεφαλικών κυττάρων. Κλινικά παρατηρήθηκε βελτίωση ορισµένων συµπτωµάτων (49). Σε ορισµένα πειραµατικά µοντέλα χρησιµοποιήθηκαν ανθρώπινα ΕΑΚ, ωστόσο τα αποτελέσµατα δεν ήταν ενθαρρυντικά καθώς δεν υπήρξε ούτε κλινική βελτίωση, αλλά ούτε και σηµαντική επιβίωση των µοσχευµάτων (50,51). Πιθανολογείται ότι για αυτό µπορεί να ευθύνεται η ωριµότητα των κυττάρων που µεταµοσχεύθηκαν, η διατήρηση και η διαφοροποίηση επί µεγάλο χρονικό διάστηµα σε καλλιέργειες, ενώ έχουν εκφραστεί υπόνοιες για ασταθή έκφραση της ΤΗ και αντιρρήσεις για την ποσότητα των κυττάρων που έχουν µεταµοσχευθεί (50,51). Κατά συνέπεια, αν και υπάρχουν ελπιδοφόρα µηνύµατα για τη µελλοντική χρήση των ΕΑΚ φαίνεται πως απέχει αρκετά ακόµα και η ασφαλής πειραµατική εφαρµογή τους σε ασθενείς µε νόσο Parkinson Προγονικά εµβρυικά νευρικά κύτταρα Τα προγονικά νευρικά κύτταρα είναι ένας τύπος στελεχιαίων κυττάρων τα οποία µπορούν να παράγουν µόνο νευρώνες, αστροκύτταρα ή ολιγοδενδροκύτταρα (αν και µερικοί πιστεύουν ότι είναι πιο πολυδύναµα). Στα θηλαστικά τα προγονικά κύτταρα του Κ.Ν.Σ. (NPCs) υποστηρίζουν τη νευρογένεση και γλοιογένεση καθ όλη τη διάρκεια της ενήλικης ζωής. Στην υποκοιλιακή ζώνη (subventricular zone SVZ) και στην υποκοκκκιωµατώδη ζώνη (subgranular zone SGZ) της οδοντωτής έλικας του ιππόκαµπου έχει αποδειχθεί ότι περιέχονται πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα ικανά να πολλαπλασιάζονται και να διαφοροποιούνται (52,53,54). Επίσης και σε άλλες περιοχές του εγκεφάλου υπάρχουν κύτταρα µε ικανότητα αυτο-αναγέννησης όπως στον φλοιό, στον υποθάλαµο, στο οπτικό νεύρο, στον αµφιβληστροειδή, στο νωτιαίο µυελό και πιθανώς στη µέλαινα ουσία (4). Τα κύτταρα αυτά µπορεί να ληφθούν από τον εγκέφαλο είτε εµβρύων (εµβρυικά προγονικά κύτταρα του Κ.Ν.Σ. - embryonic CNS progenitor cells NPCs) είτε ενηλίκων ατόµων (ενήλικα προγονικά κύτταρα του Κ.Ν.Σ. adult CNS progenitor cells) και µπορούν να υποστούν in vitro επεξεργασία και να διατηρηθούν για πολλά έτη υπό τις κατάλληλες συνθήκες (55). Η διαφοροποίηση των εµβρυικών NPCs πραγµατοποιείται ανάλογα µε την παρουσία διάφορων νευροτροφικών παραγόντων. Χαρακτηριστικά η παρουσία των BDNF, CNTF (ciliary neurotrophic factor), NT-3 (neurotrophin-3), NT-4, Shh (sonic hedgehog) και FGF-8 (fibroblast-derived growth factor-8) προάγουν τη διαφοροποίηση σε νευρώνες (σε ποσοστό της τάξεως του 40-60% σε καλλιέργειες)

10 (56,57). Αντίστοιχα µε την παρουσία των BMPs (bone marrow proteins) και CNTF διαφοροποιούνται σε αστροκύτταρα. Σε ένα από τα πειραµατικά µοντέλα επιµύων µεταµοσχεύθηκαν Nurr1 SZV κύτταρα µε in vivo διαφοροποίηση σε ντοπαµινεργικούς νευρώνες και αναφέρθηκε ικανοποιητική κλινική ανταπόκριση (58). Σε πρώιµες έρευνες αποπειράθηκε η δηµιουργία ντοπαµινεργικών νευρώνων από ανθρώπινα εµβρυικά NPCs αρχικά in vitro παρουσία FGF και EGF, αλλά ο αριθµός των ντοπαµινεργικών νευρώνων που παρήχθησαν ήταν περιορισµένος (0.01%) (59). Η µεταµόσχευσή τους σε πειραµατικό µοντέλο µε επίµυες ήταν ανάλογα ανεπιτυχής. Ακολούθησε σειρά µελετών υπό την επίδραση διαφορετικών νευροτροφικών παραγόντων, για να επιτευχθεί αυξηµένη διαφοροποίηση των εµβρυικών NPCs σε ΤΗ+ κύτταρα της τάξεως του 25% και του 4-10% (60,61). Ωστόσο και πάλι η µεταµόσχευσή τους σε πειραµατικό µοντέλο µε επίµυες ήταν ανεπιτυχής, αν και δεν παρατηρήθηκε εξαλλαγή τους σε καρκινικά κύτταρα. 4.2.Μεταµόσχευση ενδογενών αρχέγονων κυττάρων Προγονικά νευρικά κύτταρα ενήλικος (CNS progenitor cells - NPCs) Τα ενήλικα προγονικά κύτταρα του Κ.Ν.Σ. µπορεί να ληφθούν είτε από δότες µετά θάνατο (αλλογενής µεταµόσχευση) είτε από τον ίδιο τον ασθενή µε χειρουργική επέµβαση και επανατοποθέτηση µετά από επεξεργασία (αυτόλογη µεταµόσχευση), όπως αναφέρθηκε σε πρόσφατη έρευνα (62). Συγκεκριµένα σε ασθενή µε νόσο Parkinson έγινε βιοψία του φλοιού του εγκεφάλου και αποµονώθηκαν NPCs (62). Τα ληφθέντα κύτταρα υπέστησαν επεξεργασία in vitro για µήνες για να εξελιχθούν σε νευρώνες, εκ των οποίων το 15% ήταν ντοπαµινεργικοί. Στη συνέχεια µεταµοσχεύθηκαν στο αριστερό κέλυφος του ασθενούς για να διαπιστωθεί µία κινητική βελτίωση της τάξεως του 88% κατά την off κατάσταση µετά από 12 µήνες. Όσον αφορά στην πρόσληψη 18 F-DOPA στο PET διαπιστώθηκε αύξηση της τάξεως του 56% στο αριστερό κέλυφος. Τέτοιου είδους αποτελέσµατα χρειάζεται να επαληθευτούν αρχικά σε πειραµατικά µοντέλα πριν δοκιµαστούν σε άλλους ασθενείς, ενώ υπάρχει η ένσταση ότι ανάλογες επεµβατικές µέθοδοι είναι δύσκολο να υιοθετηθούν ως θεραπεία ρουτίνας για τη νόσο.

11 4.2.2.Μεσεγχυµατικά προγονικά/στελεχιαία κύτταρα (Mesenchymal/Bone marrow stem cells) Ο µυελός των οστών περιέχει µεσεγχυµατικά στελεχιαία κύτταρα τα οποία έχουν την ικανότητα να πολλαπλασιάζονται και να διαφοροποιούνται σε διάφορα είδη µεσεγχυµατικών κυττάρων (πχ µύες, ήπαρ, δέρµα, πνεύµονα) όταν µεταµοσχεύονται τόσο σε πειραµατικά µοντέλα όσο και στον άνθρωπο. Σε καλλιέργειες είναι δυνατό να εξελιχθούν σε κύτταρα µε χαρακτηριστικά όµοια µε εκείνα των ντοπαµινεργικών κυττάρων (63). Η µεταµόσχευσή τους σε πειραµατικό µοντέλο στο ραβδωτό σώµα ποντικών είχε ως συνέπεια την κλινική βελτίωσή τους (64). Ωστόσο είναι πιθανό να µην αναπλήρωσαν τα κύτταρα που είχαν εκφυλιστεί, να µην υπήρξε δηλαδή in vivo διαφοροποίηση σε ντοπαµινεργικούς νευρώνες, αλλά να έδρασαν έµµεσα υποστηρίζοντας τους εγγενείς διορθωτικούς µηχανισµούς ή επιδεικνύοντας αντιφλεγµονώδη δράση (65). Σε µία πρόσφατη µελέτη 3 από τους 7 ασθενείς εµφάνισαν βελτίωση µετά από αυτόλογη ετερόπλευρη µεταµόσχευση µεσεγχυµατικών στελεχιαίων κυττάρων (66). Τα µειονεκτήµατα της µελέτης ήταν ο µικρός αριθµός ασθενών, ο τύπος της µελέτης και ο σύντοµος χρόνος παρακολούθησης. Ωστόσο τα αποτελέσµατα αυτά δίνουν ένα έναυσµα για µελλοντικές µελέτες Πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα επαγόµενα από ινοβλάστες (Fibroblast induced to Pluripotent Stem ips- cells) Σε πρόσφατες έρευνες διαπιστώθηκε η δυνατότητα διαφοροποίησης σωµατικών κυττάρων σε πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα µε συνέπεια να καθίσταται εφικτή ακόµα και η αυτόλογη µεταµόσχευση (67). Ντοπαµινεργικοί νευρώνες παρήχθησαν αρχικά από πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα επαγόµενα από ινοβλάστες ποντικών σε καλλιέργειες υπό την επίδραση τεσσάρων µεταγραφικών παραγόντων (Oct3/4, Sox2, c-myc και Klf4) και τη χρήση ρετροϊικών φορέων (retroviral vectors) (68). Η ίδια ερευνητική οµάδα µε την ίδια µεθοδολογία κατάφερε να δηµιουργήσει ανθρώπινα πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα επαγόµενα δηλαδή από ανθρώπινους ινοβλάστες. Σε πειραµατικό µοντέλο της νόσου µε 6-OHDA πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα επαγόµενα από ινοβλάστες µεταµοσχεύθηκαν στο ραβδωτό σώµα επίµυων και παρουσίασαν ώριµους ντοπαµινεργικούς δείκτες (TH, DAT, VMAT2) µε βελτίωση

12 της κλινικής εικόνας (69). Σε σηµαντικό ποσοστό των επιµύων αναπτύχθηκαν τερατώµατα. Εγινε προσπάθεια περιορισµού ανάπτυξης των τερατωµάτων µε φθορισµο-ενεργοποιούµενο διαχωριστή κυττάρων. Με αυτή την επεξεργασία διαπιστώθηκε ότι σε 4 επίµυες δεν σχηµατίστηκε κάποιο τεράτωµα κατά την παρακολούθηση 8 εβδοµάδων µετά τη µεταµόσχευση. Αν και αρχικά υποστηρίχθηκε ότι η χρήση τους µελλοντικά µπορεί να υπερτερεί των ΕΑΚ, η εξαιρετικά περιορισµένη ανάπτυξη αποικιών πολυδύναµων κυττάρων από τους αρχικούς ινοβλάστες και η παραµονή του κινδύνου εµφάνισης κακοήθειας καθιστούν την εφαρµογή τους ακόµα αρκετά αµφίβολη. 5.Διαµόρφωση ενδογενών αρχεγόνων ή πολυδύναµων κυττάρων Είναι γεγονός ότι µέχρι αρκετά πρόσφατα ήταν αποδεκτό µε τη µορφή δόγµατος ότι δεν υπάρχει κυτταρική αναγέννηση στο ενήλικο Κ.Ν.Σ.. Την τελευταία δεκαετία ωστόσο η έρευνα πάνω στα αρχέγονα κύτταρα έχει υποδείξει διαδικασίες νευρογένεσης τόσο στον εγκέφαλο υγιών ατόµων όσο και σε ασθενείς. Ήδη έχουν αναφερθεί οι ανατοµικές περιοχές που έχει αποδειχθεί η παρουσία τους (SZV και SGZ) (52,53), ενώ έχει µελετηθεί η µετανάστευση τους από την SZV στον οσφρητικό βολβό και η διαφοροποίησή τους σε GABAεργικούς και ντοπαµινεργικούς νευρώνες. Τόσο σε πειραµατόζωα όσο και σε παρκινσονικούς ασθενείς διαπιστώθηκε ότι η απουσία της ντοπαµίνης δρα ανασταλτικά στην ενδογενή νευρογένεση, µειώνοντας των πολλαπλασιασµό και την διαφοροποίηση των κυττάρων στην υποκοιλιακή ζώνη (subventricular zone SVZ) και στην υποκοκκκιωµατώδη ζώνη (subgranular zone SGZ) της οδοντωτής έλικας του ιππόκαµπου (70). Ο πολλαπλασιασµός και η διαφοροποίηση των πολυδύναµων κυττάρων αποκαθίσταται µε τη χορήγηση αγωνιστών των D2L (D2 like) υποδοχέων (70). Υπό φυσιολογικές συνθήκες σε έναν υγιή εγκέφαλο πειραµατόζωων ή ανθρώπου µέσα στο ραβδωτό σώµα υπάρχουν λίγοι ΤΗ+ νευρώνες οι οποίοι επίσης εκφράζουν διάφορους νευρωνικούς δείκτες, µεταφορείς ντοπαµίνης και τον µεταγραφικό παράγοντα Nurr1 (71). Σε αντίστοιχα παρκινσονικά µοντέλα παρατηρήθηκε αύξηση αυτών των ΤΗ+ νευρώνων χωρίς ωστόσο να αποδειχθεί ότι πρόκειται για µετανάστευση αρχέγονων κυττάρων ή για ενδογενή µηχανισµό αποκατάστασης (81).

13 Σε πρόσφατη µελέτη στον άνθρωπο διαπιστώθηκε η µετανάστευση και η διαφοροποίηση των πολυδύναµων κυττάρων στον οσφρητικό βολβό (72). Κατά συνέπεια υπάρχουν υποθέσεις ότι υπό την επίδραση των κατάλληλων νευροτροφικών παραγόντων in vivo µπορεί να προκύψει η επιθυµητή διαφοροποίησή τους σε ντοπαµινεργικά κύτταρα σε ασθενείς µε νόσο Parkinson. Ένα ερώτηµα που παραµένει αναπάντητο είναι το κατά πόσο µπορεί να πραγµατοποιηθεί νευρογένεση µέσα στην ίδια τη µέλαινα ουσία. Τα αποτελέσµατα των υπάρχουσων ερευνών είναι µέχρι στιγµής αποθαρρυντικά (73,74), ωστόσο υπάρχει η σκέψη ότι ίσως µε τις υπάρχουσες δυνατότητες να µην είναι δυνατό να ανιχνευθούν πολυδύναµα κύτταρα σε συγκεκριµένες ανατοµικές θέσεις. 6.Συζήτηση Συµπεράσµατα Η θεραπευτική προσέγγιση της νόσου Parkinson βασισµένη σε µεταµόσχευση κυττάρων δίνει για πρώτη φορά την δυνατότητα µιας επανορθωτικής θεραπείας της νόσου. Στον Πίνακα 1 φαίνονται συνοπτικά όλες οι κυτταρικές θεραπείες που έχουν δοκιµασθεί σε πειραµατόζωα και στον άνθρωπο. Ο τρόπος µε τον οποίο λειτουργούν µέσα στο νευρωνικό κύκλωµα των βασικών γαγγλίων τα κύτταρα που µεταµοσχεύονται δεν είναι πάντοτε σαφής. Συγκεκριµένα στην περίπτωση των εµβρυικών κοιλιακών µεσεγκεφαλικών µοσχευµάτων σε πειραµατόζωα τα µεταµοσχευθέντα κύτταρα επιβιώνουν, συνθέτουν και απελευθερώνουν ντοπαµίνη, σχηµατίζουν συνάψεις µε τα κύτταρα του απονευρωµένου ραβδωτού σώµατος συµβάλλοντας στην επανανευρωσή του (34,75). Επίσης τα εµβρυονικά αρχέγονα κύτταρα και τα προγονικά εµβρυικά νευρικά κύτταρα µεταµοσχεύονται αφού διαφοροποιηθούν σε κύτταρα µε ντοπαµινεργικό φαινότυπο. Αντίθετα κατά την µεταµόσχευση άλλων κυτταρικών πληθυσµών, όπως των µεσεγχυµατικών κυττάρων, είναι πιθανόν να µην αναπληρώθηκαν τα κύτταρα που είχαν εκφυλισθεί, δηλαδή να µην υπήρξε in vivo διαφοροποίηση σε ντοπαµινεργικούς νευρώνες αλλά τα µεταµοσχευθέντα κύτταρα να έδρασαν έµµεσα είτε υποστηρίζοντας τους εγγενείς διορθωτικούς µηχανισµούς και την απελευθέρωση τροφικών παραγόντων είτε επιδεικνύοντας αντιφλεγµονώδη δράση (65).

14 Τα σηµείο εµφύτευσης του µοσχεύµατος έχει επίσης ιδιαίτερη σηµασία, έχοντας υπόψη ότι κάθε ασθενής εµφανίζει ένα µοναδικό προφίλ απονεύρωσης του ραβδωτού σώµατος. Το µόσχευµα τοποθετείται στο ραβδωτό σώµα το οποίο είναι ο στόχος των ντοπαµινεργικών νευρώνων και το µέρος όπου η ντοπαµίνη ασκεί την δράση της. Αυτή η έκτοπη τοποθέτηση είναι απαραίτητη για την εκτεταµένη επανανεύρωση του ραβδωτού σώµατος από τον µεταµοσχευθέντα ιστό (32,42). Στις µεταµοσχεύσεις εµβρυικών κοιλιακών µεσεγκεφαλικών µοσχευµάτων διάφορες τεχνικές χρησιµοποιήθηκαν για να κατευθύνουν τα µοσχεύµατα προς το κέλυφος. Ενδιαφέρον είναι το γεγονός ότι οι οβελιαίες στερεοτακτικές εµφυτεύσεις κατά µήκος του επιµήκους άξονα του κελύφους επιφέρουν διαφορετικό τύπο επανανεύρωσης από ότι οι πολλαπλές προσθιοπίσθιες εµφυτεύσεις µέσα στο µετασυνδεσµιακό (postcommissural) τµήµα του κελύφους ή οι εµφυτεύσεις σε µεγαλύτερη έκταση (32). Μία άλλη παράµετρος που επηρεάζει το κλινικό αποτέλεσµα είναι η παρουσία ή µη πιο διάχυτης απονεύρωσης, π.χ. στο κοιλιακό τµήµα του ραβδωτού σώµατος ή στον φλοιό, ώστε να µπορούν τα µοσχεύµατα να φτάσουν στην απονευρωµένη περιοχή (75). Οποιαδήποτε κυτταρική θεραπεία αποκατάστασης της µελαινοραβδωτής ντοπαµινεργικής οδού θα πρέπει να επιτύχει µακροχρόνια επιβίωση των µεταµοσχευθέντων κυττάρων, διαφοροποίηση των µεταµοσχευθέντων κυττάρων σε ντοπαµινεργικούς νευρώνες που απελευθερώνουν ντοπαµίνη, κλινική βελτίωση των ασθενών και αποφυγή παρενεργειών. Προκειµένου να υπάρξει ενδεχόµενη χρησιµοποίηση των αρχέγονων κυττάρων στη θεραπεία της νόσου Parkinson ή και σε άλλες παθήσεις κατ αρχήν πρέπει να αποδειχθεί ότι η δράση τους είναι τουλάχιστον ισάξια µε τα ήδη υπάρχοντα φάρµακα, καθώς και να επιβεβαιωθεί η ασφαλής χορήγησή τους. Στις µελέτες που θα ακολουθήσουν αποµένει επίσης να αποδειχθεί η επιθυµητή διάρκεια της ορθής λειτουργίας και της σταθερής απελευθέρωσης ντοπαµίνης από τα µεταµοσχευθέντα κύτταρα. Οι παρατηρήσεις βέβαια δεν πρέπει να περιορίζονται µόνο στην παρατήρηση των παθολογοανατοµικών παρασκευασµάτων, αλλά και στη σταθερή κλινική απάντηση των ασθενών ακόµα και αν δεν αφορά στο σύνολο των κλινικών συµπτωµάτων της νόσου. Ο κίνδυνος εξαλλαγής τους σε κακοήθη κύτταρα παραµένει ένα σηµαντικό ερώτηµα, αν και η in vitro προδιαφοροποίηση τους µε συγκεκριµένους δείκτες δείχνει ότι µπορεί να συµβάλλει στην ασφαλή χορήγησή τους. Σε αυτό έρχεται να προστεθεί

15 και το γεγονός ότι τα ανθρώπινα αρχέγονα κύτταρα θεωρείται ότι έχουν µικρότερη ογκογενετική δυναµική συγκριτικά µε εκείνα των διάφορων πειραµατικών µοντέλων. Η εµφάνιση σοβαρών ανεπιθύµητων αποτελεσµάτων από τη µεταµόσχευση, όπως η εµφάνιση επίµονων δυσκινησιών, αποδεικνύει ότι η θεραπευτική παρέµβαση µε τη µεταµόσχευση αρχέγονων κυττάρων στη νόσο Parkinson αποτελεί µία εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση. Επιπλέον η εµφάνιση σωµατίων του Lewy στα µεταµοσχευθέντα κύτταρα µας κάνει επιφυλακτικούς ως προς το µέλλον των µεταµοσχεύσεων. Τέλος πρέπει να τονισθεί το γεγονός ότι οι κυτταρικές θεραπείες αποβλέπουν στην αποκατάσταση της µελαινοραβδωτής οδού και στη βελτίωση των κινητικών συµπτωµάτων της νόσου. Η νόσος όµως εµφανίζει και µία πληθώρα µη κινητικών συµπτωµάτων, τα οποία επιφέρουν σοβαρή αναπηρία και τα οποία οφείλονται στην εκφύλιση άλλων περιοχών του εγκεφάλου πέραν της µελαινοραβδωτής οδού, στα οποία οι σύγχρονες κυτταρικές θεραπείες δεν επιφέρουν καµµία βελτίωση. Οι µελλοντικές κυτταρικές θεραπείες για τη νόσο του Parkinson θα πρέπει να στρέφονται όχι µόνο στην βελτίωση των κινητικών συµπτωµάτων αλλά στην αντιµετώπιση της µη κινητικής σηµειολογίας και στη νευροπροστασία. Βιβλιογραφία 1. Jankovic J. Parkinson s disease: clinical features and diagnosis. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2008; 79: Lim S, Fox S, Lang A. Overview of the extranigral aspects of Parkinson disease. Arch Neurol 2009; 66: Luo Υ, Kuang S, Hoffer B. How useful are stem cells in PD therapy? Parkinsonism Relat Disord 2009 ;15S3 : S171 S Wijeyekoon R, Barker R. Cell replacement therapy for Parkinson's disease. Biochim Biophys Acta 2009 ;1792 : Lindvall O, Kokaia Z. Prospects of stem cell therapy for replacing dopamine neurons in Parkinson s disease. Trends Pharmacol Sci. 2009;30(5):260-7

16 6. Ren Z, Zhang Y. Cells therapy for Parkinson s disease so close and so far away. Sci China Ser C-Life Sci 2009; 52(7): Wang Y, Chen S, Yang D, Le W. Stem Cell Transplantation: A Promising Therapy for Parkinson s Disease. J Neuroimmune Pharmacol 2007; 2: Pluchino S, Zanotti L, Deleidi M, Martino G. Neural stem cells and their use as therapeutic tool in neurological disorders. Brain Res Rev 2005; 48: Laguna Goya R, Tyers P, Barker R. The search for a curative cell therapy in Parkinson's disease J Neurol Sci 2008; 265: Madrazo I, Drucker-Colín R,Diaz V et al. Open microsurgical autograft of adrenal medulla to the right caudate nucleus in two patients with intractable Parkinson s disease. N Engl J Med 1987; 316: Goetz C, Klawans H, Koller W. United Parkinson Foundation Neurotranplantation Registry on adrenal medullary transplants: presurgical, and 1- and 2- year follow up. Neurology 1991; 41: Freed W, Poltorak M, Becker J. Intracerebral adrenal medulla grafts: a review. Exp Neurol 1990; 110: Kompoliti K, Chu Y, Shannon K, Kordower J. Neuropathological study 16 years after autologous adrenal medullary transplantation in a Parkinson s disease patient. Mov Disord 2007;22; Toledo-Aral J, Mendez-Ferrer S, Pardal R et al. Trophic restoration of the nigrostriatal dopaminergic pathway in long-term carotid body-grafted parkinsonian rats. J Neurosci 2003; 23: Luquin M, Montoro R, Guillen J et al. Recovery of chronic parkinsonian monkeys by autotransplants of carotid body cell aggregates into putamen, Neuron 1999; 22: Minguez-Castellanos A, Escamilla-Sevilla F, Hotton G et al. Carotid body autotransplantation in Parkinson disease: a clinical and positron emission tomography study. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2007; 78: Nakao N, Shintani-Mizushima A, Kakishita K, Itakura T. Transplantation of autologous sympathetic neurons as potential strategy to restore metabolic functions of the damaged nigrostriatal dopamine nerve terminals in Parkinson s disease. Brain Res Rev 2006; 52:

17 18. Horvath M, Pasztor E, Palkovits M et al. Autotransplantation of superior cervical ganglion to the caudate nucleus in three patients with Parkinson's disease (preliminary report). Neurosurg Rev 1990; 13: Watts R, Raiser C, Stover N et al. Stereotaxic intrastriatal implantation of human retinal pigment epithelial (hrpe) cells attached to gelatine microcarriers: a potential new cell therapy for Parkinson s disease. J Neural Transm Suppl 2003; 65: Farag E, Vinters H, Bronstein J. Pathologic findings in retinal pigment epithelial cell implantation for Parkinson disease. Neurology 2009; 73: Freund T, Bolam J, Bjorklund A et al. Efferent synaptic connections of grafted dopaminergic neurons reinnervating the host neostriatum: a tyrosine hydroxylase immunocytochemical study. J Neurosci 1985; 5: Dunnett S, Bjorklund A, Schmidt R et al. Intracerebral grafting of neuronal cell suspensions. IV. Behavioural recovery in rats with unilateral 6-OHDA lesions following implantation of nigral cell suspensions in different forebrain sites. Acta Physiol Scand 1983; 522(suppl): Barker R, Dunnett S. Nigral grafts in Animal Models of Parkinson's Disease, Neural Repair, Transplantation and Rehabilitation. Psychology Press 1999: Annett L, Martel F, Rogers D et al. Behavioral assessment of the effects of embryonic nigral grafts in marmosets with unilateral 6-OHDA lesions of the nigrostriatal pathway, Exp. Neurol. 1994; 125: Brundin P, Nilsson O, Strecker R et al. Behavioural effects of human fetal dopamine neurons grafted in a rat model of Parkinson's disease. Exp Brain Res 1986; 65: Madrazo I, Leon V, Torres C et al. Transplantation of fetal substantia nigra and adrenal medulla to the caudate nucleus in two patients with Parkinson's disease. N Engl J Med 1988; 318: Freed C, Breeze R, Rosenberg N et al. Survival of implanted fetal dopamine cells and neurologic improvement 12 to 46 months after transplantation for Parkinson's disease. N Engl J Med 1992; 327: Wenning G, Odin P, Morrish P et al. Short- and long-term survival and function of unilateral intrastriatal dopaminergic grafts in Parkinson's disease. Ann. Neurol 1997; 42: Piccini P, Brooks D, Bjorklund A et al. Dopamine release from nigral transplants visualized in vivo in a Parkinson's patient. Nat Neurosci 1999; 2:

18 30. Kordower J, Rosenstein J, Collier T et al. Functional fetal nigral grafts in a patient with Parkinson's disease: chemoanatomic, ultrastructural, and metabolic studies. J Comp Neurol 1996; 370: Freed C, Greene P, Breeze R et al. Transplantation of embryonic dopamine neurons for severe Parkinson's disease. N Engl J Med 2001; 344: Bjorklund A, Dunnett S, Brundin P et al. Neural transplantation for the treatment of Parkinson's disease. Lancet Neurol 2003; 2: Herzog J, Pogarell O, Pinsker M et al. Deep brain stimulation in Parkinson s disease following fetal nigral transplantation. Mov Disord 2008;23: Olanow C, Goetz C, Kordower J et al. A double-blind controlled trial of bilateral fetal nigral transplantation in Parkinson's disease. Ann Neurol 2003; 54: Kordower J, Chu Y, Hauser R et al. Lewy body-like pathology in long-term embryonic nigral transplants in Parkinson s disease. Nat Med 2008; 14: Li J, Englund E, Holton J et al. Lewy bodies in grafted neurons in subjects with Parkinson s disease suggest host-to-graft disease propagation. Nat Med 2008; 14: Kordower J, Chu Y, Hauser R et al. Transplanted dopaminergic neurons develop PD pathologic changes: a second case report. Mov Disord 2008; 23: Brundin P, Li J, Hotton J et al. Research in motion: the enigma of Parkinson s disease pathology spread. Nat Rev Neurosci 2008; 9: Mendez I, Vinuela A, Astradsson A et al. Dopamine neurons implanted into people with Parkinson s disease survive without pathology. Nat Med 2008;14: Evans M, Kaufman M. Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 1981; 292: Reubinoff B, Pera M, Fong C et al. Embryonic stem cell lines from human blastocysts: somatic differentiation in vitro. Nat Biotechnol 2000; 18: Bjorklund L, Sanchez-Pernaute R, Chung S et al. Embryonic stem cells develop into functional dopaminergic neurons after transplantation in a Parkinson rat model. Proc Natl Acad Sci 2002; 99: Erdo F, Buhrle C, Blunk J et al. Host dependent tumorigenesis of embryonic stem cell transplantation in experimental stroke. J Cereb Blood Flow Metab 2003; 23:

19 44. Lee S, Lumelsky N, Studer L et al. Efficient generation of midbrain and hindbrain neurons from mouse embryonic stem cells. Nat Biotechnol 2000; 18: Takagi Y, Takahashi J, Saiki H et al. Dopaminergic neurons generated from monkey embryonic stem cells function in a Parkinson primate model. J Clin Invest 2005; 115: Schulz T, Noggle S, Palmarini G et al. Differentiation of human embryonic stem cells to dopaminergic neurons in serum-free suspension culture. Stem Cells 2004; 22: Kim D. Efficient induction of dopaminergic neurons from embryonic stem cells for application to Parkinson s disease. Yonsei Med J 2004; 45(Suppl): S23 S27 48 Zetterstrom R, Solomin L, Jansson L et al.dopamine neuron agenesis in Nurr1- deficient mice. Science 1997; 276: Kim J, Auerbach J, Rodriguez-Gomez I et al. Dopamine neurons derived from embryonic stem cells function in an animal model of Parkinson s disease. Nature 2002;418: Cho M, Lee Y, Kim J et al. Highly efficient and large-scale generation of functional dopamine neurons from human embryonic stem cells. Proc Natl Acad Sci 2008; 105: Paul G, Christophersen N, Raymon H et al. Tyrosine hydroxylase expression is unstable in a human immortalized mesencephalic cellline-studies in vitro and after intracerebral grafting in vivo. Mol Cell Neurosci 2007; 34: Gould E. How widespread is adult neurogenesis in mammals? Nat Rev Neurosci 2007; 8 : Doetsch F, Caille I, Lim D et al. Subventricular zone astrocytes are neural stem cells in the adult mammalian brain. Cell 1999; 97: Eriksson P, Perfilieva E, Bjork-Eriksson T et al. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat Med 1998; 4: Reynolds B, Weiss S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system. Science 1992; 255: Armstrong R, Hurelbrink C, Tyers P et al. The potential for circuit reconstruction by expanded neural precursor cells explored through porcine xenografts in a rat model of Parkinson s disease. Exp Neurol 2002; 175:

20 57. Harrower T, Tyers P, Hooks Y, Barker R Long-term survival and integration of porcine expanded neural precursor cell grafts in a rat model of Parkinson s disease. Exp Neurol 2006; 197: Kim T, Lee H, Lee Y et al. Sonic hedgehog and FGF8 collaborate to induce dopaminergic phenotypes in the Nurr1-overexpressing neural stem cell. Biochem Biophys Res Commun 2003; 305: Storch A, Paul G, Csete M et al. Longterm proliferation and dopaminergic differentiation of human mesencephalic neural precursor cells. Exp Neurol 2001; 170: Yang M, Donaldson A, Marshall C et al. Studies on the differentiation of dopaminergic traits in human neural progenitor cells in vitro and in vivo. Cell Transplant 2004; 13: Christophersen N, Meijer X, Jorgensen J et al. Induction of dopaminergic neurons from growth factor expanded neural stem/progenitor cell cultures derived from human first trimester forebrain. Brain Res Bull 2006; 70: Levesque M, Neuman T, Rezak M. Therapeutic microinjection of autologous adult human neural stem cells and differentiated neurons for Parkinson s disease: Five-year post-operative outcome. Open Stem Cell J 2009; 1: Guo L, Yin F, Meng H et al. Differentiation of mesenchymal stem cells into dopaminergic neuron-like cells in vitro. Biomed Environ Sci 2005; 18: Li Y, Chen J, Wang L et al. Intracerebral transplantation of bone marrow stromal cells in a 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine mouse model of Parkinson s disease. Neurosci Lett 2001; 316: Coyne T, Marcus A, Woodbury D, Black I. Marrow stromal cells transplanted to the adult brain are rejected by an inflammatory response and transfer donor labels to host neurons and glia. Stem Cells 2006; 24: Venkataramana N, Kumar S, Balaraju S et al. Open-labeled study of unilateral autologous bone-marrow-derived mesenchymal stem cells transplantation in Parkinson s disease. Transl Res 2010;155: Preynat-Seauve O, Burkhard P, Villard J, et al. Pluripotent stem cells as new drugs? The example of Parkinson s disease. Int J Pharm 2009; 381: Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M et al. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007; 131(5):

21 69. Wernig M, Zhao JP, Pruszak J et al. Neurons derived from reprogrammed fibroblasts functionally integrate into the fetal brain and improve symptoms of rats with Parkinson s disease. Proc Natl Acad Sci 2008; 105: Hoglinger G, Rizk P, Muriel M et al. Dopamine depletion impairs precursor cell proliferation in Parkinson disease. Nat Neurosci 2004; 7: Huot P, Parent A. Dopaminergic neurons intrinsic to the striatum. J Neurochem 2007; 101: Curtis M, Kam M, Nannmark U et al. Human neuroblasts migrate to the olfactory bulb via a lateral ventricular extension. Science 2007; 315: Zhao M, Momma S, Delfani K et al. Evidence for neurogenesis in the adult mammalian substantia nigra. Proc Natl Acad Sci 2003; 100: Frielingsdorf H, Schwarz K, Brundin P, Mohapel P. No evidence for new dopaminergic neurons in the adult mammalian substantia nigra. Proc Natl Acad Sci 2004; 101: Piccini P, Pavese N, Hagell P et al. Factors affecting the clinical outcome after neural transplantation in Parkinson s disease. Brain 2005; 128:

22 Εικόνα 1. Τύποι κυττάρων που έχουν χρησιµοποιηθεί σε πειραµατικά µοντέλα και ασθενείς µε νόσο Parkinson

23 Κύτταρα Πειραµατικά µοντέλα Οµάδες ασθενών Τερατογένεση Αυτόλογη µεταµόσχευση Μυελός επινεφριδίων (10-13) Ενθαρρυντικά αποτελέσµατα Μέτρια βελτίωση, Όχι Ναι (σύνθεση ντοπαµίνης;) αυξηµένη θνησιµότητα. Καρωτιδικός βολβός Σύνθεση ντοπαµίνης, βελτίωση της Βελτίωση στο κινητικό Όχι Ναι (14-16) κινητικής λειτουργίας µέρος της UPDRS, χωρίς αύξηση στη πρόσληψη 18 FDP στο PET Συµπαθητικά γάγγλια(17,18) Σύνθεση ντοπαµίνης Χωρίς αλλαγή στη UPDRS Όχι Ναι Μελάγχρουν επιθήλιο (19,20) Σύνθεση ντοπαµίνης, κινητική βελτίωση, αυξηµένη απορρόφηση 18F-dopa στο ΡΕΤ Διπλή τυφλή µελέτη Αναµένονται αποτελέσµατα Όχι Όχι Εµβρυικά κοιλιακά Σύνθεση ντοπαµίνης, νευράξονες Διπλές τυφλές µελέτες Όχι Όχι µεσεγκεφαλικά µοσχεύµατα ανέπτυξαν πυκνές τελικές συνάψεις, Επιβίωση µοσχεύµατος, (21-34) κλινική βελτίωση κλινική βελτίωση σε υποοµάδες Βλαστοκύτταρα (42-51) Σύνθεση ντοπαµίνης, ιστολογική Δεν υπάρχουν δεδοµένα Ναι Όχι αποκατάσταση, κλινική βελτίωση Προγονικά εµβρυικά νευρικά Σύνθεση ντοπαµίνης, ιστολογική Δεν υπάρχουν δεδοµένα Όχι Όχι κύτταρα (52-61) αποκατάσταση, κλινική βελτίωση Προγονικά νευρικά κύτταρα Δεν υπάρχουν δεδοµένα Σε έναν ασθενή κινητική Όχι Ναι ενηλίκου (62) βελτίωση, αυξηµένη πρόσληψη F-dopa στο PET Προγονικά µεσεγχυµατικά Σύνθεση ντοπαµίνης, ιστολογική Σε 3 από 7 ασθενείς κλινική Όχι Ναι κύτταρα (64,66) αποκατάσταση, κλινική βελτίωση βελτίωση Πολυδύναµα αρχέγονα Σύνθεση ντοπαµίνης, ιστολογική Δεν υπάρχουν δεδοµένα Ναι Είναι συµβατή, κύτταρα επαγόµενα από αποκατάσταση, κλινική βελτίωση αλλά δεν έχει ινοβλάστες (69) πραγµατοποιηθεί µέχρι σήµερα στον άνθρωπο Πινακας 1. Συνοπτικά τα διάφορα είδη κυτταρικής θεραπείας στη νόσο Parkinson

24 Περίληψη Η νόσος Parkinson αποτελεί µία συχνή νευροεκφυλιστική νόσο που προσβάλλει το 1 2 % του πληθυσµού άνω των 65 ετών. Tα προβλήµατα της συµπτωµατικής θεραπείας της νόσου έστρεψαν την έρευνα στην αναζήτηση κυτταρικών πηγών οι οποίες θα µπορούσαν να αντικαταστήσουν τους εκφυλισµένους ντοπαµινεργικούς νευρώνες της µέλαινας ουσίας Στις πιθανές πηγές κυττάρων για µεταµόσχευση περιλαµβάνονται κύτταρα που λαµβάνονται από τον ίδιο τον ασθενή και παράγουν ντοπαµίνη (µυελός επινεφριδίων, κύτταρα καρωτιδικού βολβού,νευρώνες συµπαθητικών γαγγλίων), κύτταρα µελάχροου επιθηλίου αµφιβληστροειδούς εµβρυικά κοιλιακά µεσεγκεφαλικά κύτταρα και στελεχιαία κύτταρα. Εχουν γίνει µεταµοσχεύσεις τόσο εξωγενών αρχεγόνων κυττάρων (βλαστοκύτταρα και προγονικά εµβρυικά νευρικά κύτταρα ) όσο και ενδογενών αρχεγόνων κυττάρων (προγονικά νευρικά κύτταρα ενήλικος, µεσεγχυµατικά προγονικά κύτταρα και πολυδύναµα αρχέγονα κύτταρα επαγόµενα από ινοβλάστες). Οι πληθυσµοί αυτών των κυττάρων επιπλέον µπορούν να υποστούν µερική επεξεργασία in vitro και in vivo προκειµένου να επιτευχθεί η επιθυµητή διαφοροποίησή τους σε ντοπαµινεργικά κύτταρα. Σε διάφορα πειραµατικά µοντέλα έχει διαπιστωθεί η ευεργετική δράση τους µε ικανότητα σύνθεσης ντοπαµίνης και βελτίωση της συµπτωµατολογίας. Οι κλινικές µελέτες σε ανθρώπους όµως είναι περιορισµένες και τα αποτελέσµατα αµφίβολα. Επιπλέον ο κίνδυνος ανάπτυξης τερατωµάτων, η εµφάνιση δυσκινησιών, καθώς και η παρουσία σωµατίων Lewy στα µεταµοσχευθέντα κύτταρα υποδηλώνουν ότι για την εφαρµογή της κυτταρικής θεραπείας στη νόσο Parkinson είναι απαραίτητο να λυθούν πολλά κλινικά και δεοντολογικά προβλήµατα. Λέξεις κλειδιά: Νόσος του Parkinson, κυτταρική θεραπεία, στελεχιαία κύτταρα

25 Αbstract Cell therapy in the treatment of Parkinson s disease Charalampos Karakasis 1, Dimitra Milioni 2, Zoe Katsarou 3, Sevasti Bostantjopoulou 2 1 Department of Neurology, Papageorgiou Hospital, Thessaloniki 2 3 rd Department of Neurology, Aristotle University of Thessaloniki, G.Papanikolaou Hospital 3 Department of Neurology, Ippokration Hospital, Thessaloniki Parkinson s disease (PD) is a common neurodegenerative disease affecting almost 1-2% of the population over 65 years old. The major side effects of the current treatment and the failure to alter the natural history of the disease has led to the search for more effective therapies. The rational for cell therapy in PD is to replace the lost dopaminergic neurons with neural grafts. Possible cell sources for replacement range from autografted tissue (adrenal medulla, carotid body, sympathetic ganglion nerves) to allografted tissue (retinal pigment epithelium, fetal ventral mesencephalic neurons) ant to stem cells. Stem cells have been transplanted as allografts (embryonic stem cells, fetal neural precursor cells) or as autografts (endogenous neural precursor cells in the adults, mesenchymal stem cells, fibroblast induced to plutipotent stem-ipscells). These types of cells can be differentiated in vitro to dopaminergic cells. In animal models transplanted cells survive and reverse behavioral deficits. However clinical trials in patients with PD are limited and none of them showed satisfactory outcomes that warrant wide application. Furthermore the risk of tumor formation (especially teratomas), the development of severe dyskinesias and the propagation of pathology into the graft with the presence of Lewy body inclusions in the grafts are major concerns. Therefore cell therapy remains a promising treatment for PD but there are still many scientific, clinical and ethical issues that need to be resolved before further cell-based approaches can be undertaken in patients with PD. Key words: Parkinson s diseases, cell therapy, stem cells