Informatie stamcelbank voor professionals

Samenvatting studie
Project hypothese
Project doel
Project opzet:

  1. proefpersonen
  2. materialen
  3. gegevens

Achtergrond
Gerelateerde trials

Samenvatting

Stamcellen lijken niet alleen bruikbaar voor hematopoietische repopulatie maar ook als therapie voor weefsel of orgaan regeneratie/ herstel. Het vastleggen van de precieze aard, het aantal en de functionaliteit van deze stamcellen in bloed en beenmerg staat echter nog in de kinderschoenen. Wel lijken met name bij patiënten met ziekten van het hart en de bloedvaten er kwantitatieve en kwalitatieve defecten in deze ook hart en bloedvat regenerende stam cellen mogelijk een modulerende factor bij hun ziekte beloop. Het huidige project heeft als hoofddoel om met materiaal uit beenmerg en perifeer bloed, systematisch observationeel onderzoek te doen op het gebied van stamcel/ beenmergcel gemedieerde weefselregeneratie capaciteit bij patiënten met hart en vaatziekten. Het project zal deze capaciteit bij patiënten correleren aan het klinische beloop van deze patiënten en vergelijken met controles zonder (evidente) hart- en vaatziekten. Gezien het feit dat kennis over deze weefselregenererende beenmergcellen een continue en stormachtige ontwikkeling doormaakt, wordt naast het doen van direct op deze cellen gericht onderzoek, ook beenmerg, perifeer bloed, gekweekte cellen, DNA, en serum van zowel patiënten als controles state of the art opgeslagen. Met deze zgn. stamcel bank wordt de infrastructurele basis gelegd voor toekomstig onderzoek met grote patiënten cohorten. Door beenmerg en perifeer bloed van patiënten en controles op te slaan, kunnen op een later moment hypothesen gebaseerd op nieuwe inzichten retrospectief onderzocht worden.

Project hypothese

Tegen de boven beschreven achtergrond heeft het voorliggende als centrale hypothese:

  1. de samenstelling van het beenmerg bevat informatie over de potentiële weefselregeneratiecapaciteit en
  2. het perifere bloed bevat informatie hoe en hoe effectief deze stamcel gemedieerde capaciteit gemobiliseerd wordt 

Project doel

Voortkomend uit de centrale hypothese, heeft het huidige project als hoofddoel om met materiaal uit beenmerg en perifeer bloed, systematisch observationeel onderzoek te doen op het gebied van stamcel-gemedieerde weefselregeneratie capaciteit bij patiënten met hart en vaatziekten. Hoewel zeker ook andere patiënten – bv. patiënten met ziekten van gewrichten en steunweefsel of patiënten met neurologische of zenuwziekten– baat kunnen hebben bij stamceltherapie, kiest het huidige project patiënten met hart en vaatziekten als eerste onderzoekscohort. Deze patiënten namelijk, zijn vanwege hun (nog slecht gedefinieerde) defecten in deze capaciteit de belangrijkste kandidaten voor de hierboven beschreven celtherapie. Het project zal deze capaciteit bij patiënten correleren aan het klinische beloop van deze patiënten en vergelijken met controles zonder (evidente) hart en vaatziekten. Gezien het feit dat kennis over deze weefselregenererende beenmergcellen een continue en stormachtige ontwikkeling doormaakt, wordt naast het doen van direct op deze cellen gericht onderzoek, ook beenmerg, perifeer bloed, gekweekte cellen, DNA, en serum van zowel patiënten als controles, state of the art wordt opgeslagen. Met deze zgn. stam cel bank wordt de infrastructurele basis gelegd voor toekomstig onderzoek met grote patienten cohorten. Door beenmerg en perifeer bloed van patienten en controles op te slaan, kunnen op een later moment hypothesen gebaseerd op nieuwe inzichten ook nog onderzocht worden. 

Uiteindelijk streeft het “SC-bank” project de volgende doelen na:

  1. Het door systematische opslag van materiaal, de beschikbaarheid van voldoende biologisch patiëntenmateriaal voor toekomstige (bv. celbiologische en DNA) onderzoeken op grotere patienten cohorten garanderen
  2. Het door systemische opslag van materiaal van zowel cardiovasculaire patiënten als van niet cardiovasculaire patiënten als controles en het vastleggen van klinische follow up data van patienten, correlaties leggen van onderzoeksdata met klinische parameters
  3. Het identificeren van (stoornissen in) regulerende factoren van natuurlijke cellulaire reparatiemechanismen bij patiënten met hart en vaatziekten
  4. Het identificeren van patiënten met deficiënties in weefselregenerende cellen, die dus het best gebaat zijn bij celtherapie. Uitdrukkelijk is het afgenomen materiaal niet voor celtherapie geschikt / bruikbaar
  5. Het identificeren van manieren waarop autologe celtherapie bij patiënten het best geoptimaliseerd kan worden
  6. De infrastructuur en ervaringen van deze stamcelbank studie bij patiënten met hart en vaatziekten zal verder gebruikt kunnen worden bij andere ziekten waarbij weefselregeneratie via stamcellen een rol zal kunnen spelen vb. artrose, spieratrofie

Project opzet

A. proefpersonen

Er zal een bank van stamcellen, perifere bloedcellen maar ook van serum, plasma, DNA, RNA opgezet worden, met materiaal van patiënten met hart en vaatziekten, maar ook van controle individuen ( zonder klinische hart en vaatziekten) worden opgeslagen. Het materiaal wordt 20 jaar opgeslagen.

De te includeren patiënten

  1. Patiënten met coronarialijden met indicatie voor een CABG
  2. Patiënten met perifeer vasculair vaatlijden met indicatie voor een femoro-popliteale bypass operatie
  3. Orthopedische patiënten met een operatie indicatie, die dienen als controle groep
  4. Zowel patiënten met terminaal nierfalen die een niertransplantatie ondergaan (hierbij horen zowel diabetische nefropathien als cardiovasculaire patiënten als controles met nierinsufficiëntie maar nierfalen obv. niet cardiovasculaire ziekten zoals cystenieren). Ook zullen de levende familiedonoren die in dit kader een nier afstaan als controles worden benaderd 

B. materialen

Al het materiaal van een patiënt of controle wordt met een uniek studienummer per patiënt gecodeerd en state of the art opgeslagen (GLP). Een accrediteerbare database voor de opgeslagen materialen behoort hiertoe. Dit maakt een zo groot mogelijke onderzoeksflexibiliteit nu en in de toekomst mogelijk. De materialen in deze bank zijn alleen bedoeld voor onderzoek en dus uitdrukkelijk niet bedoeld of te gebruiken voor directe (cel-) therapie. 

C. gegevens

Per patient zal een Case Record Form (CRF) in electronische form onder het unieke studienummer worden aangelegd. Er zal nagestreefd worden dit zo snel mogelijk en zeker voor de cardiovasculaire patienten een afgeleide te laten zijn van het in het LUMC zich ontwikkelende electronisch patienten dosier.
Hierin worden klinische data (ook follow up data vanuit periodieke enquetes) en onderzoeksresultaten verzameld. Een en ander is essentieel om de basis hypothese van de stamcelbank voor cardiovasculaire patiënten te testen en de correlatie tussen kliniek en onderzoeksresultaten te kunnen leggen. De CRF’s worden door onafhankelijk datamanagement beheerd (de hoofdonderzoekers Zwaginga en Fibbe, beide hematologen en werkzaam bij de afdeling IH-B van het LUMC als hoofdonderzoekers zijn eindverantwoordelijk voor het beheer van de CRF’s en geven leiding aan het datamanagement).

Patiëntidentificerende gegevens zoals de naam, het LUMC patiëntnummer en de volledige geboortedatum zijn niet in het CRF opgenomen. Hiervoor in de plaats zijn alle data in het CRF gekoppeld aan een uniek studienummer. De versleutelcode tussen dit unieke studienummer en bv. het LUMC nummer is alleen bekend bij het datamanagement en de versleutelende instantie (de afdeling Biostatistiek). De aldus gecodeerde CRF’s en het beheer ervan door onafhankelijk datamanagement, garanderen effectief onderzoek van de onderzoeksuitkomsten en klinische data met behoud van privacy van de patient.

De klinische follow up van de patiënten wordt gedaan door middel van jaarlijkse vragenlijsten. Het datamanagement van de stamcelbank verzorgt de versturing van deze vragenlijsten en dragen zorg voor de verdere invoering van de gegevens in het CRF opnieuw versleuteld onder het unieke studienummer. 

Achtergrond

De hematopoietische stamceltransplantatie wordt al meer dan 30 jaar succesvol toegepast bij de behandeling van hematologische ziekten. De laatste jaren is duidelijk geworden dat stamceltherapie ook kan worden toegepast bij niet-hematologische aandoeningen in het kader van orgaan- en weefselherstel. Dit hangt samen met het besef dat zich in het beenmerg naast hematopoietische stamcellen (HSC) ook andere stamcellen bevinden zoals endotheel voorloper cellen (EPC) en mesenchymale stamcellen (MSC). Ze zijn onder andere betrokken bij natuurlijke regeneratieprocessen van het vaatstelsel, ook wel vasculogenese genoemd, en kunnen worden ingezet ter behandeling van vaatlijden en aandoeningen van het bewegingsapparaat (spier, bot en kraakbeen).

Naast de hematopoietische stamceltherapie (HST) is het bevorderen van vasculogenese de meest veelbelovende niet-hematopoietische toepassing van stamceltherapie. In een gerandomiseerd onderzoek is de werkzaamheid van stamceltherapie ter behandeling van perifeer vaatlijden overtuigend aangetoond1,2. Zeer recent is de werkzaamheid van stamceltherapie ook gemeld bij patiënten met coronairlijden3,4,5. Deze revascularisatie-fasciliterende cellen zitten in beenmerg maar sommige van deze cellen mn. de EPCs kunnen door lichamelijke inspanning6 en analoog aan G-CSF en GM-CSF gemedieerde mobilisatie van HSC ook in het perifere bloed verschijnen. Mogelijk dat meer specifieke mobilisatie van EPC gebeurt door groeifactoren die vrijkomen bij hypoxie of ischemie zoals EPO 7 en VEGF 8. De effectiviteit van alleen groeifactor therapie om vasculogenese te bevorderen is echter behalve in diermodellen 9,10 tot nu toe voor humane toepassingen waarschijnlijk (te) beperkt. Isolatie van stamcellen uit beenmerg of uit bloed (bv. na in vivo mobilisatie door genoemde groeifactoren), eventueel gecombineerd met expansie wordt tegenwoordig in klinische protocollen het meest toegepast. Het voordeel van deze aanpak is, dat de cellen dan ook op een specifiek moment (bv. enige tijd na stentplaatsing) en op een specifieke plaats (bv. intracoronair, intramyocardiaal of rond ander ischemisch weefsel) terug te geven zijn. 

Gerelateerde trials

In het LUMC zijn diverse CME goedgekeurde protocollen met weefsel regenererende of bijzondere stamcel therapie actief:

  1. Injection of Autologous Bone Marrow Cells into Damaged Myocardium of No-option Patients with Refractory Angina Pectoris and Ischemia A two-phased study of safety, feasibility and efficacy (P02.051). Uitvoerders: D.E. Atsma, Prof. W. E. Fibbe, M.J. Schalij
  2. Autologous bone marrow-derived mononuclear cells for therapeutic arteriogenesis in patients with limb ischemia A two-phased study of safety and feasibility (P03.149). Uitvoerders: J.H.N. Lindeman, Prof. W. Fibbe, Prof. JH van Bockel
  3. Autologous bone marrow-derived mononuclear cell transplantation to enhance muscle force of partially denervated muscles. A study of safety and feasibility (P05.157). Principal investigators: Prof. R.G.H.H. Nelissen, Prof. W.E. Fibbe, S.Hogendoorn
  4. Injection of autologous bone marrow cells into the atrio-ventricular node region in patients with complete atrio-venticular node block and a pacemaker to restore atrio-venticular conduction. (P04.106). Uitvoerders: D.E. Atsma, Prof. W.E. Fibbe, Prof. M.J. Schalij
  5. Injection of autologous bone marrow cells into damaged myocardium of no-option patients with ischemic heart failure. (P04.086). Uitvoerders: D.E. Atsma, Prof. W.E. Fibbe, Prof. M.J. Schalij
  6. Co-transplantation of Haplo identical bone marrow-derived mesenchymal stem cells and cytokine-mobilized peripheral blood stem cells in children. A feasibility study (P04.058). Prinicipal investigators: L.M.Ball, R.M. Egeler, A.C.Lankester, Prof. W.E. Fibbe
  7. Intracoronary infusion of autologous bone marrow cells to repair damaged myocardium of patients with an acute myocardial infarction, after successful primary PTCA. A randomized, placebo- controlled, double blind study (P04.087). Principal investigators: D.E. Atsma Prof. W. E. Fibbe, Prof. M.J. Schalij
  8. Autologous bone marrow-derived ex vivo expanded mesenchymal stem cell transplantation in patients with an acute myocardial infarction treated by successful primary percutaneous transluminal coronary angioplasty. A safety and feasibility study (P05.179). Uitvoerders: D.E. Atsma, Prof. W. E. Fibbe Prof. M.J. Schalij
  9. Efficacy assessment of intramyocardial injection of autologous bone marrow cells in no-option patients with refractory angina pectoris and documented ischemia. A randomized, double blind, placebo controlled trial (a phase III trial). (P05.025) D.E. Atsma, Prof. W.E. Fibbe, Prof. M.J. Schalij
  10. Autologous bone marrow-derived mononuclear cell transplantation for shoulder function improvement in shoulder prosthesis patients. A study of safety and feasibility. (P05.090) Uitvoerders: Prof R.G.H.H. Nelissen, Prof. W.E. Fibbe , S. Hogendoorn
  11. Autologous bone marrow-derived mononuclear cells for therapeutic arteriogenesis in patients with limb ischemia. A double blind, placebo controlled, study in diabetic and non-diabetic patients. Uitvoerders: J.H.N. Lindeman, Prof. W. Fibbe, Prof. JH van Bockel, Prof JF Hamming (CCMO goedgekeurd)

Ondanks de lopende trials, zijn de precieze mechanismen die ten grondslag liggen aan de reeds geobserveerde therapeutische effecten waarschijnlijk multifactorieel en hierdoor niet goed geïdentificeerd. Meerdere celtypen lijken hierbij een rol te spelen. Het is echter niet duidelijk in welke mate en welke cellen direct bijdragen aan het herstel dan wel indirect via de plaatselijke productie van bv. groeifactoren.

Voor bloedvatregenererende capaciteit is dit probleem van meerdere betrokken cellen heel evident. De aanwezigheid in perifeer bloed of in een transplantaat van CD34+ of CD133+_(stamcel merkers) en KDR (de VEGF receptor) positieve cellen 11 lijkt in dit opzicht het meest duidelijk geassocieerd met vaatregeneratie. Zo verbetert perifeer vaatlijden door CD34+/ KDR+ cellen in muizen beter dan met CD34+/ KDR- cellen 12. Zeer belangrijk bleek dat in patiënten met coronairvernauwing, de aanwezigheid van een hoger aantal circulerende CD34+, KDR+ cellen geassocieerd was met een betere prognose 13. De absolute hoeveelheid van deze cellen die in het perifere bloed aanwezig is, is echter zeer gering (0.8% van de perifere bloed MNC).
Deze observatie heeft geleid tot ex vivo expansie en differentiatie van CD34+ of CD133+ stamcellen met als opzet het percentage van KDR+ cellen en dus van vasculogene cellen te verhogen. Ook CD14+ monocytaire cellen kunnen bloedvatregeneratie echter beïnvloeden. Hier is additionele KDR positiviteit (eventueel door kweek opgereguleerd) mogelijk ook discriminerend voor directe inbouw in de endotheliale vaatwand bekleding (‘endotheliale mimickry’). Hoewel in vitro deze cellen een zeer beperkte proliferatiecapaciteit tonen, zijn deze monocytaire cellen zeker indirect betrokken bij de zgn. arteriogenese waar zij hechtend in kleine collaterale arteriolen door metalloproteinasen de vaatwand remodelleren en verwijding van deze collateralen mogelijk maken. Ook faciliteren monocytaire cellen middels paracriene invloeden de uitgroei van de bovenstaande meer stamcelachtige cellen tot endotheel. De situatie nog verder complicerend, zijn de onlangs gemelde maar zeer zeldzame CD14+ en met gevoelige technieken ook CD34+/CD14+ dubbel positieve cellen die een opmerkelijke expansie en differentiatie capaciteit tonen.
Tevens weten we al langer dat navelstrengbloed en misschien in zeer geringe mate perifeer bloed, (pro-) monocytaire cellen (zgn. attaching cells) bevatten, die in vitro met bijzondere groeifactor combinaties (bv. die aanwezig in hypofyseextract) al na enkele dagen tot endotheliaalachtige proliferatie komen. Als laatste en ook zeer laag frequent in volbloed voorkomend ( obv. te kweken colonies 1-4/ 10e7 leucocyten) en meer in navelstrengbloed kunnen we de early outgrowth endotheel voorloper cellen (EOC) identificeren. Na langdurige kweken (3 weken) in aanwezigheid van angiogene factoren leveren ze hoog proliferatieve endotheelcellen op. Ze blijken in vivo weefselherstel actief te stimuleren 14 en zijn ook te gebruiken voor virale gentransfectie (bijvoorbeeld door eNOS knock-in) waardoor ze extra functionaliteit kunnen verkrijgen 15,16.
De oorsprong van deze EOC’s zou enerzijds een stamcel kunnen zijn. Anderzijds kan het hier ook gaan om van de vaatwand afkomstig endotheel met een nog hoge proliferatie capaciteit ook wel Ingram endotheel genoemd 17. De relaties en interacties tussen de EOC, “het Ingram-endotheel”, de CD34/CD14 dubbelpositieve cellen en de ‘attaching’ cellen, zijn nog onduidelijk. Meer basaal onderzoek om de weefselregenererende cellen te identificeren is dus essentieel. Dit kan niet alleen helpen bij de diagnostiek, dus om patiënten te herkennen die minder of niet goed functionerende van deze cellen hebben. Ook is het identificeren van weefselregenerende cellen essentieel om betere celtherapie te creëren zowel in effectiviteit als in het vermijden van mogelijke bijwerkingen.