Immunforsvaret, kloning og kunstige stamceller

Celleterapi og immunforsvaret

Immunforsvaret beskytter os mod, at fremmede organismer som bakterier og vira kan leve i vores krop. Immunforsvaret består af en række celler med forskellige funktioner. Disse celler kan skelne fremmede celler fra kroppens egne, og sørge for at de fremmede celler bekæmpes.

Hvert menneske har sit eget unikke immunforsvar og sin egen vævstype. Det skyldes, at der på overfladen af samtlige celler i et menneske sidder en slags stregkode af proteiner, som er unik fra person til person. Denne stregkode kaldes en vævstype, og overfladeproteinerne kaldes antigener. Nært beslægtede personer har dog vævstyper, der ligner hinanden meget. Immunforsvaret genkender altså én stregkode som ”kroppens egen celle”, mens en celle fra en anden person har en anden stregkode og dermed opfattes som fremmed. Hvis der transplanteres betaceller fra én person til en anden, vil kroppens immunforsvar aktiveres, og forsøge at slå de indsprøjtede celler ihjel. Det gælder også, selv om de transplanterede celler er gode for patienten. Det samme problem kendes fra organtransplantationer, og den nuværende løsning er ikke optimal, om end den er brugbar: immunforsvaret dæmpes.

 

Immunforsvaret dæmpes

For at undgå at kroppen nedbryder de nye celler, der skal hjælpe den, gives såkaldte immunosuppressive stoffer. Disse stoffer dæmper funktionen af immunforsvaret, så de transplanterede celler eller organer ikke ødelægges.

Figur 25. Overordnet beskrivelse af immunforsvaret. En dendritisk celle scanner en fremmed celle og opdager et fremmed antigen på dens overflade. Den dendritiske celle modnes herefter, og aktiverer B-celler og T-dræberceller. B-cellerne producerer antistoffer, der er helt specifikke mod den fremmede celles antigener (stregkode). T-dræberceller og andre immunceller kan nu identificere den fremmede celle vha.de antistoffer, der binder sig til cellen, og dræbe den.

 

Det virker ret godt, men har den uheldige bivirkning, at patienten får et nedsat immunforsvar, og dermed højere risiko for at få infektioner samt på lang sigt en øget kræftrisiko. Når bakterier og vira kommer ind i kroppen på en patient behandlet med immunosuppressive stoffer, møder de langt mindre modstand end normalt, og kan derfor dele sig og inficere kroppen i større grad. Der forskes intensivt i at finde bedre immunosuppressive stoffer, der kun hæmmer specifikke dele af immunforsvaret. Det forsøges også at lave stoffer der gør at immunforsvaret reagerer i mindre grad mod netop de transplanterede celler. Men selv hvis det lykkes, vil denne metode stadig kræve livslang behandling.

Pga. den højere risiko for infektioner og kræft ved brug af immunosuppressive stoffer, forsøger forskerne at finde andre metoder, så de transplanterede terapeutiske celler ikke slås ihjel af immunforsvaret. Her gennemgås de mest lovende metoder: stamcellebanker, celleterapi med immunforsvarsceller og patientspecifikke terapeutiske celler.

Figur 26. Stamcellebank. Nogle forskere tror, at hvis man har nok forskellige stamceller i en stamcellebank, kan der altid findes én der har samme stregkode som en bestemt patients celler. Ud fra disse stamceller kan der laves terapeutiske celler, der ikke afstødes af patientens immunforsvar.

 

 

Stamcellebanker

Flere forskere har foreslået, at der bør oprettes stamcellebanker indeholdende en række stamcellekulturer, der alle har forskellige stregkoder. Når en patient skal behandles med celleterapi, udvælges derfor stamceller fra banken, der matcher patientens stregkode bedst muligt.

En del forskere argumenterer for, at hvis stamcellebanken er omfattende nok, vil det være muligt at lave terapeutiske celler med stregkoder, der matcher langt de fleste mennesker. Der er dog stor uenighed om, hvor mange stamcellelinjer en brugbar bank skal indeholde for at dække en tilstrækkelig stor del af de mulige stregkoder. Nogle forskere mener, at der skal bruges så mange, at hele projektet er urealistisk. Det er meget sandsynligt, at der skal være et næsten perfekt match, for at kroppen kan leve med fremmede celler i mange år uden at bruge immunsuppressive stoffer. Men jo tættere match, jo mildere immunsuppressive stoffer kan bruges, hvilket kan gøre en stor forskel for patienten.

Figur 27. En dendritisk celle scanner en anden celle. Stregkoden består af proteiner på cellens overflade. Disse proteiner kaldes antigener.

 

 

Celleterapi med immunforsvarsceller

I immunforsvaret er det bl.a. såkaldte dendritiske celler, der afgør, hvilke celler kroppen betegner som fremmede. Når en dendritisk celle møder en anden celle, aflæser den cellens stregkode og sammenligner den med sin egen. Hvis stregkoderne er forskellige, sættes resten af immunforsvaret i gang, men hvis de er ens, udskilles stoffer, der signalerer til andre immunforsvarsceller, at de ikke skal dræbe den transplanterede celle.

Forskerne prøver at lave dendritiske celler med samme stregkode som de transplanterede celler. De dendritiske celler vil derfor signalere til immunforsvaret, at de terapeutiske celler (der har samme stregkode) ikke skal dræbes. Musens immunforsvar vil til at starte med afstøde de transplanterede celler. Men hvis der indsprøjtes store mængder dendritiske celler, vil de efterhånden etablere sig og påvirke hele immunforsvaret, så både de oprindelige og indsprøjtede dendritiske celler bliver i kroppen. Der er herved etableret tolerance for alle celler med samme stregkode som de indsprøjtede dendritiske celler.

Det er lykkedes forskere, at lave stamceller om til umodne dendritiske celler, der indsprøjtes i blodet på mus. Herved etableres en tolerance, hvilket betyder, at celler med samme stregkode som de oprindelige stamceller ikke afstødes af immunforsvaret. Herefter laves de oprindelige stamceller om til terapeutiske celler, der transplanteres (se figur 28). Pga. den etablerede tolerance vil de terapeutiske celler ikke sætte immunforsvaret i gang, og de vil derfor i teorien kunne blive i patienten resten af levetiden. Forsøg er lykkedes rigtig godt i mus, og forskerne håber, at fremgangsmåden virker så godt i mennesker, at brugen af immunosuppressive stoffer kan undgås.

 

Figur 28. Tolerance etableres med dendritiske celler. Stamceller kan differentieres til umodne dendritiske celler og indsprøjtes i blodbanen på en patient. Fra den oprindelige stamcellekultur laves nu terapeutiske celler, der transplanteres til patienten. Når de dendritiske celler scanner de terapeutiske celler, vil de ikke blive betegnede som fremmede, fordi de har samme stregkode. De dendritiske celler vil derfor udskille stoffer, der signalerer, at den terapeutiske celle ikke skal dræbes. Kilde: Fairchild et al.: Embryonic stem cells and the challenge of transplantation tolerance. Trends in Immunology 25, 465–470 (2004).

 

 

Det er samtidig meget vigtigt, at der forskes i flere forskellige metoder til at løse problemerne, da det oftest virker rigtig godt at lave kombinationsbehandlinger. Hvis det lykkes at få immunforsvaret til at acceptere transplanterede celler, har det vidtrækkende konsekvenser for behandlingen af en lang række sygdomme. Det er et problem, der skal løses, før celleterapi med stamceller kan udfolde sit fulde potentiale: Fuldstændigt at helbrede mennesker for sygdomme som kræft, AIDS, Parkinsons sygdom og sukkersyge.

 

Terapeutisk kloning og ”risikoen” for  reproduktiv kloning

I de seneste år, har terapeutisk kloning været et meget debatteret emne. Teknikken har blandt andet været anvendt til at klone fåret Dolly. Terapeutisk kloning virker ved, at en cellekerne fra en hvilken som helst  celle (f.eks. en hudcelle) fra en patient overføres til et ubefrugtet æg, der har fået fjernet sin egen kerne. Ægget, der nu tror at det er befrugtet, indeholder arvemateriale fra patienten, som donerede kernen. Hvis dette æg indsættes i en livmoder, vil det kunne udvikles til en klon af patienten, hvilket var tilfældet med fåret Dolly (reproduktiv kloning). Det er dog ikke officielt blevet forsøgt på mennesker, da det af etiske årsager er forbudt at klone mennesker.

Idéen med terapeutisk kloning er at lade det dannede ’befrugtede æg’ udvikle sig til blastocyststadiet, hvorfra der isoleres embryonale stamceller. Stamcellerne har samme stregkode som patientens egne celler. Cellerne afstødes derfor ikke af patientens immunforsvar. Hvis disse stamceller differentieres til terapeutiske celler, kan de transplanteres til patienten, uden at afstødes.

Der er flere faktorer, der gør terapeutisk kloning problematisk. For det første skal der bruges ét ubefrugtet æg pr. behandling. Det er et stort indgreb at udtage æg fra en kvinde, da det involverer en kraftig hormonbehandling og en ikke ufarlig operation. Samtidig er der store etiske problemer ved metoden. Det kernetransplanterede æg har jo muligheden for at udvikle sig til et barn, som er en klon af patienten, hvilket i høj grad kan misbruges. Af disse årsager er der en stor chance for, at terapeutisk kloning vil blive udkonkurreret af såkaldte inducerede pluripotente stamceller, som beskrives her.

Figur 29. Terapeutisk kloning. Cellekernen fjernes fra en ægcelle og erstattes af kernen fra en patients kropscelle. Efter at ægcellen har fået den nye kerne, tror cellen. at den er befrugtet. Den vil derfor begynde at udvikle sig til en blastocyst. Fra blastocysten kan patientspecifikke embryonale stamceller nu isoleres. Disse celler har samme DNA som den oprindelige kropscelle.

 

Det er forskernes håb, at iPS-celler kan bruges til at lave patientspecifikke stamceller (ligesom ved terapeutisk kloning). Det vil i så fald være muligt at lave iPS-celler fra en patient og bruge de dannede celler til behandling af den samme patient. Da cellerne har samme stregkode af overfladeproteiner, vil de ikke blive afstødt af immunforsvaret. Denne behandling vil være ideel, da den supplerer kroppen med celler, der ligner dens egne fuldstændigt. Behandlingen ser ud til at være terapeutisk kloning overlegen på flere punkter. Der bruges ikke etisk kontroversielle æg fra kvinder, der er ikke risiko for at nogen anvender metoden til at klone et menneske, og samtidig er det en helt ufarlig procedure at fjerne hudceller fra en patient, i modsætning til at fjerne æg.

Der er dog en del komplikationer ved denne tankegang. For det første er det utrolig dyrt først at lave en patientspecifik iPS-celle, og derefter at udvikle den til en bestemt celletype (det samme gælder terapeutisk kloning). Når cellen skal bruges medicinsk, skal den igennem en stor mængde tests, der viser, at cellen ikke giver kræft, og at alt er, som det skal være. Det er dyrt, og vil på nuværende tidspunkt vare flere år pr. patient. Men et godt stykke ude i fremtiden kan det blive den ultimative behandling, hvis processerne fra hudcelle over stamcelle til terapeutisk celle kan udføres helt automatisk og sikkert. Det er dog vigtigt at understrege, at iPS-celler allerede på kort sigt har et stort potentiale til at erstatte embryonale stamceller (der ikke er patientspecifikke).

iPS-celler har altså et utrolig stort potentiale, og hvis det viser sig, at de fuldstændigt kan erstatte embryonale stamceller, vil det betyde en revolution inden for forskningsområdet. I artiklen om etik diskuteres etiske problemstillinger omkring embryonale stamceller, og hvordan iPS-celler måske kan være løsningen på disse problemstillinger. Derudover diskuteres de nye etiske dilemmaer, som dannelsen iPS-celler skaber.

Figur 30. En virus bruges til at overføre bestemte gener til en hudcelle. Det ses, hvordan hudcellen, efter at genet er indsat vha. virussen, laver en bestemt transkriptionsfaktor (protein). Når alle fire gener er indsat, bevirker de fire nydannede transkriptionsfaktorer, at cellen udtrykker mange nye gener, der omprogrammerer den til en celle, som i høj grad ligner en embryonal stamcelle.

 

 

Kunstige stamceller fra hudceller

Det er lykkedes forskere at lave såkaldte inducerede pluripotente stamceller (iPS-celler), og forsøgene er blevet gentaget flere steder over hele verden. iPS-celler er hudceller, der vha. gensplejsning omprogrammeres til celler, der i høj grad ligner embryonale stamceller. Dette kan lade sig gøre, fordi alle celler i kroppen (altså også hudceller) har det samme arvemateriale, men blot udtrykker forskellige gener. Det er forskernes håb, at de etiske problemer omkring embryonale stamceller (beskrevet i sidste artikel) herved kan undgås, samt at det bliver langt nemmere at lave pluripotente stamceller.

iPS-cellerne laves vha. en ret simpel procedure. Forskere har fundet frem til fire gener, der koder for bestemte transkriptionsfaktorer, der udtrykkes i embryonale stamceller. Disse fire gener indsættes i hudcellen vha. en modificeret virus. En virus virker ved at indsætte sine gener i en fremmed celle og overtage kontrollen over cellen. Det udnytter forskerne ved gennem gensplejsning at modificere en virus, så den indeholder et af de fire gener. De modificerede vira, bruges herefter til at indsætte de fire gener i hudcellen. Generne udtrykkes (transkripteres og translateres) herefter i hudcellen, hvorved den omprogrammeres, så den kommer til at ligne og opføre sig som en embryonal stamcelle. Der arbejdes i øjeblikket på at få indsat de fire gener på andre måder end med virus. Det skyldes, at generne kan blive indsat forkerte steder i DNAet, f.eks midt i gener der kontrollerer cellens vækst, hvilket kan fører til uhæmmet cellevækst og dermed kræft.

Figur 31. Dannelse af inducerede pluripotente stamceller (iPS-celler). Bestemte gener indsættes i hudceller, hvilket omprogrammerer dem til at blive til pluripotente stamceller. Den inducerede pluripotente stamcelle (iPS-celle) der dannes, udviser store ligheder med embryonale stamceller fra et foster.