Dr. Arnold Caplan: MSC nie sú kmeňové bunky

Rozhovor s priekopníkom bunkovej terapie Dr. Arnoldom Caplanom

Dr. Anthony Atala – Stem Cells Translational Medicine

Úvod

Nové technológie vznikajú pomaly v procese, ktorý má mnoho iterácií. V každej iterácii je vedeckou komunitou stanovená a overená nová pravda alebo skutočnosť. Dogmy z doby pred 60 rokmi boli postupne testované a nové fakty a nové technológie zabezpečujú proces vedeckého pokroku. Vedci, ktorí zaviedli nové logiky, sú často nazývaní priekopníkmi. Títo jednotlivci však nesú ťažké bremeno, pretože pravdivosť ich pôvodných zistení a dlhodobá realita danej technológie sa často líšia. Zdravá a čilá výmena názorov medzi odporcami, ktorí o novej pravde pochybujú, a pôvodcami, priekopníkmi, je zdravý a užitočný proces. Z dlhodobého hľadiska vyvíjame vo vede nové technológie, ktoré majú podstatný vedecký dopad na staré aj nové problémy. Priekopníci často zakopnú a sú skrvavení, ale ich vytrvalosť má vedecké, lekárske a spoločenské výhody. Tento rozhovor poukazuje na detaily a zložité „vedecké pravdy“, ktoré sa vyvinuli na vedeckých cestách jedného človeka. Arnold Caplan je profesorom biológie a riaditeľom Centra pre výskum skeletu na Case Western University v Clevelande v štáte Ohio a skutočným priekopníkom v našom odbore. Dr. Caplan je tiež držiteľom ceny „Lifetime Achievement“, ktorú v roku 2022 udelila Nadácia pre regeneratívnu medicínu (Stem Cell and Regenerative Medicine Action) za významný prínos v oblasti podpory vedeckých objavov s cieľom zlepšiť zdravie a priniesť lieky.

Anthony Atala: Na stretnutiach, kde vystupujete, ste často predstavovaný ako priekopník v oblasti bunkovej terapie a ako „otec“ mezenchymálnych kmeňových buniek (MSC). Ako reagujete na tieto prívlastky?

Arnold Caplan: Prívlastok priekopníka je pre tých z nás, ktorí sa venujú vedeckému výskumu, veľkým bremenom, pretože hovorí, že sme prerazili novú cestu a vytvorili určité precedenty a inovácie v rámci pokroku biologických/medicínskych vied založeného na poznatkoch. Nové myšlienky sa rodia ťažko a veľmi často nie sú ľahko prijateľné ani v rozumnom časovom horizonte. Rovnako sú nové myšlienky niekedy chybné, ale slúžia na podnecovanie energických pokusov o ich vyvrátenie a niekedy sa z tejto vyvracajúcej činnosti vyvinú nové prístupy k starším myšlienkam.

Toto bremeno som si uvedomil už na začiatku svojej kariéry, keď som bol postgraduálnym študentom v laboratóriu Alberta Lehningera na Lekárskej fakulte Johnsa Hopkinsa. V roku 1965 som profesorovi Lehningerovi (ktorý bol v tom čase mimo laboratória na študijnom voľne) poslal návrh svojho vôbec prvého rukopisu, ktorý mal byť publikovaný. V časti Diskusia návrhu rukopisu som formuloval špekulatívnu interpretáciu založenú na údajoch, ktoré som zhromaždil. Táto špekulatívna interpretácia sa týkala spôsobu, akým boli vápenaté ióny transportované do mitochondriálnych medzistien, ktoré prechádzali z vonkajšieho prostredia dovnútra, prípadne cez vnútornú membránu. Navrhol som, že transport vápnika nemá vôbec nič spoločné s reťazcom oxidatívnej fosforylácie, ale že prebieha skôr prostredníctvom transportéra, ktorý sa náhodou nachádza v membráne, v ktorej je umiestnený systém produkcie energie a prenosu elektrónov. To bolo nielen v rozpore s dogmou Lehningerovej laboratória, ale aj v rozpore s jeho publikovaným výkladom, ktorý uvádzal, že k transportu vápnika do medzihrudí mitochondrií dochádza prostredníctvom fungovania samotného elektrónového transportného reťazca.

V tom čase, bez môjho vedomia, vyslovil profesor Peter Mitchell v Anglii inú hypotézu, podľa ktorej neexistuje žiadny elektrónový transportný reťazec ako taký, ale skôr rozdiel elektrických potenciálov medzi vnútornou a vonkajšou stranou vnútornej mitochondriálnej membrány, ktorý je riadený transportom vodíkových iónov cez túto membránu. Lehninger bol v silnej opozícii voči Mitchellovej teórii, ktorá bola nakoniec biochemickou komunitou prijatá, a Peter Mitchell za svoju prácu o úlohe membránových potenciálov pri produkcii energie skutočne obdržal Nobelovu cenu [Nobelova cena za chémiu 1978 bola udelená Petrovi D. Mitchellovi „za jeho prínos k pochopeniu biologického prenosu energie prostredníctvom formulácie chemiosmotickej teórie.“].

Poučenie pre mňa bolo, že môj výklad bol skutočne správny, ale že miestne dogmy nepripúšťali alternatívnu hypotézu. Táto Lehningerova facka, ktorá ma prinútila zmeniť slovosled môjho prvého návrhu publikácie, bola pre mňa nielen ranou pre moju hrdosť, ale nakoniec aj blokom, ktorý bránil inovatívnemu mysleniu a potenciálnemu pokroku v tejto oblasti štúdia. Ďalším poznatkom, ktorý si z tejto skúsenosti odnášam, je to, že zmeniť štandardné, uznávané vysvetlenie, dogmu doby, bude v rámci vedeckého kontextu vyžadovať obrovské množstvo času a energie.

Anthony Atala: Ako by sme mali vo vede zosúladiť dogmy dnešnej doby s vedeckou pravdou?

Arnold Caplan: Označenie Lehningerovho názoru za „dogmu laboratória“ je zaujatý popis. Dochádza k tomu, že naša vedecká „pravda“ (dogma) daného okamihu môže byť založená na skladaní pozorovaní spôsobom, ktorý v danom okamihu dáva zmysel, ale keď sú poskytnuté ďalšie informácie, musí byť táto pravda pozmenená, aby poskytla novú pravdu tohto nového okamihu. To, čo dnes považujeme za „fakt“, nemusí byť zajtra správne, a to je obrovské bremeno priekopníka, ktorý musí predložiť pravdu tak, ako ju v danom okamihu pozná, ale musí byť pripravený vykonať zmeny, ktoré si vyžiada prístup k novým informáciám alebo použitie nových technológií.

Vedecké fakty sú postavené na kvalite a prenikavosti pozorovaní v danom okamihu: nová technológia poskytuje nový pohľad na rovnaký systém a často poskytuje nový vhľad, ktorý umožňuje pozmenené pravdy tohto nového okamihu.

Anthony Atala: Ako ste sa dostali k práci s mezenchymálnymi kmeňovými bunkami (MSC)?

Arnold Caplan: To je dlhý príbeh, ktorý zahŕňa proces inovácie, ktorý ma vyviedol z mitochondrií do úplne inej oblasti štúdia. Po odchode z Lekárskej fakulty Univerzity Johnsa Hopkinsa, kde som v roku 1966 získal doktorát zo štúdia vnútorných a vonkajších mitochondriálnych membrán, som prijal postdoktorandské miesto u profesora Nathana O. Kaplana, PhD, na Brandeisovej univerzite na katedre biochémie, kde bol vedúcim. S profesorom Kaplanom sme sa dohodli na projekte, ktorý sa týkal izoforiem enzýmu LDH a ich zmien vo vyvíjajúcom sa a obnovujúcom sa svale pri inervácii, alebo v prípade môjho projektu pri reinervácii. Keď som sa začal pokúšať pripraviť svoj experiment, bol som z tohto projektu veľmi nešťastný, a tak som sa zahrabal v knižnici a lovil náhradný projekt, ktorý by bol zaujímavý pre mňa aj pre doktora Kaplana. Profesor Kaplan už skôr publikoval účinky nikotinamidu a jeho analógov a tvorbu a fungovanie NAD/NADH. V literatúre som našiel ďalšie publikácie, v ktorých analógy nikotinamidu spôsobovali teratológiu u vyvíjajúcich sa kuracích embryí: jedna skupina molekúl spôsobovala svalové defekty a iná skupina molekúl defekty kostí a chrupaviek. Moja naivná myšlienka bola spočiatku založiť kultúru vyvíjajúcich sa embryonálnych buniek kostrového svalu kurčiat, ako ju v 60. rokoch opísal Irwin R. Konigsberg a spolupracovníci, a vystaviť tieto bunky pôsobeniu teratogénov a odhaliť biochemický mechanizmus účinku v procese myogénneho vývoja v bunkovej kultúre.

Pre dosiahnutie týchto experimentálnych cieľov ma Nate Kaplan zoznámil s úžasným pánom, profesorom Edgarom Zwillingom z katedry biológie, ktorý súhlasil, že môžem pracovať v jeho laboratóriu a vytvoriť tento kultivačný systém a vykonávať svoje experimenty. Zwillinga som nepoznal ani z diaľky a nikdy som nečítal žiadnu z jeho klasických prác z polovice päťdesiatych rokov minulého storočia, ktoré sa týkali vývoja embryonálnych zárodkov končatín kurčiat.

Po nástupe do Zwillingovej laboratória v roku 1967 som pomohol vyvinúť technológiu izolácie nediferencovaných mezodermálnych buniek z vyvíjajúcich sa embryonálnych zárodkov končatín kurčiat. Tento systém mi umožnil študovať diferenciáciu chrupavky, kosti a svalu odvodených z týchto predpokladaných multipotentných buniek embryonálnych zárodkov končatín v kultúre, čo sme publikovali v roku 1968 v časopise Science. Projekt, na ktorom som pracoval ako postdok (1967–1969), sa teda týkal embryonálneho vývoja chrupavky, kosti a svalu z vyvíjajúceho sa mezenchýmu, ktorý ukázal, že vonkajšia koncentrácia nikotinamidu v bunkovej kultúre riadi cytoplazmatickú koncentráciu NAD, čo sa nakoniec podieľa na polyADP-ribosylácii histónov pri diferenciácii buniek. Táto skúsenosť mi pomohla odlíšiť sa z vyštudovaného biochemika na vývojového biológa, ktorý bol v roku 1969 prijatý na katedru biológie Case Western Reserve University, aby s využitím mojich novo nadobudnutých odborných znalostí vyučoval ich dlhoročné kurzy vývojovej biológie a embryológie (ďakujem ti, Ed Zwilling).

Anthony Atala: Ako ste sa rozhodli pomenovať bunky, ktoré ste prvýkrát publikovali v roku 1991, „mezenchymálne kmeňové bunky“ (MSC)?

Arnold Caplan: Koncom 70. rokov som sa zúčastnil Gordonovej konferencie a bol som fascinovaný prednáškou profesora Marshalla Urista, MD, o účinkoch demineralizovanej kosti a tvorbe novej kosti de novo vo svalovom vaku dospelých myší. Marshall Urist bol ortopedický chirurg na Kalifornskej univerzite s inovatívnou a zvedavou mysľou. Opísal demineralizovanú kosť z rôznych zdrojov a opísal, ako možno po odobratí kúska tejto demineralizovanej kosti a jej umiestnení do svalového vaku dospelej myši po 6 až 8 týždňoch pozorovať v tomto abnormálnom mieste vznik novej kosti. Dr. Urist z toho vyvodil, že sa z demineralizovanej kosti museli vyplaviť indukčné molekuly a stimulovať progenitorové bunky k tvorbe kosti v tomto abnormálnom mieste. Tieto faktory pomenoval kostné morfogenetické proteíny alebo BMP a mnoho rokov sa snažil tieto molekuly z demineralizovanej kosti vyčistiť.

V rámci snahy o purifikáciu týchto „BMP“ som sa zapojil do závodu a vyvinul test na molekuly, ktoré sa nachádzajú v extrakte demineralizovanej kosti s vysokým obsahom soli. Extrahované faktory boli umiestnené do média, v ktorom sa kúpali kultúry nediferencovaných embryonálnych buniek končatinových zárodkov; tieto extrakty spôsobili, že bunky vytvorili chrupavku za podmienok, za ktorých sa chrupavka zvyčajne nikdy nevytváral (štúdia, ktorú sme publikovali v časopise Developmental Biology v roku 1985). Moje laboratórium sa potom snažilo tieto molekuly purifikovať a skutočne sme boli konkurentmi a závodili sme s mojím dobrým priateľom Marshallom Uristom.

Koncom 80. rokov 20. storočia doktor John Wozney a jeho kolegovia zo spoločnosti Genetics Institute v Cambridge vyčistili gény, ktoré tieto proteíny kódujú. Toto úspešné úsilie nielen potvrdilo platnosť celej práce Marshalla Urista, ale tiež identifikovalo celú rodinu silných, indukčných molekúl z rodiny TGF-B.

Potom, čo sa mi nepodarilo vyhrať závod s BMP, ma zaujalo pôvodné Uristovo pozorovanie a predstava, že v dospelom myšacom svale musia existovať receptívne bunky, ktoré reagujú na BMP. So Stevenom Haynesworthom, PhD (postdoktorandom v mojej laboratóriu), sme začali purifikovať kultivačne adherentné bunky z čerstvých vzoriek ľudskej kostnej drene (o ktorých je známe, že obsahujú osteochondrálne progenitory), ktoré bolo možné v kultúre expandovať a indukovať do línie chrupavky a kosti. Jedinečným trikom tejto novej technológie bolo použitie optimalizovaného kultivačného média (vybrané šarže fetálneho teľacieho séra), ktoré bolo predtým použité u bunkových kultúr embryonálnych zárodkov kurčiat. Vzhľadom na mezodermálny pôvod buniek embryonálnych kuracích zárodkov končatín som tieto adherentné bunky ľudskej drene nazval mezenchymálnymi kmeňovými bunkami (MSC), pretože sme ich mohli v kultúre prinútiť k diferenciácii na mezenchymálne fenotypy, a tento termín som zaviedol v publikácii v časopise Journal of Orthopedic Research v roku 1991.

Anthony Atala: Viem z našich mnohých diskusií a verejných prednášok, že ste zmenili svoj názor na MSC a vytvorili tak v podstate novú vedeckú „pravdu“.

Arnold Caplan: To súvisí s naším dobrodružstvom na prelome 80. a 90. rokov v MSC svete, o ktorom som sa vtedy domnieval, že nám dalo nahliadnuť do toho, ako sa mezodermálne tkanivá vo vnútri tela obmieňajú a omladzoujú. Vtedajším dogmom bolo, že „čo ste videli v kultúre“, to sa deje v tele. Toto dogma je dnes úplne nesprávne, a preto bolo označenie týchto buniek za kmeňové bunky mojou chybou, ktorú som sa pokúsil napraviť v roku 2010 v publikácii v časopise Tissue Engineering. Chybou bolo agresívne šírenie tohto konceptu, že MSC v kultúre predstavujú multipotentné bunky, ktoré sú vo vnútri tela a predstavujú novo vytvorenú náhradnú tkaninu počas normálneho obratu a procesov reakcie na zranenie v tele.

Dnes vieme, že každé tkanivo v tele bez výnimky má vlastné, tkanivovo špecifické progenitory, ktorých diferenciačná schopnosť je obmedzená. Tak srdcové progenitory môžu tvoriť iba srdcové myocyty, obličkové progenitory môžu tvoriť iba bunky obličiek a progenitor krvných buniek, ktorý bol nazvaný hemopoetickou kmeňovou bunkou, nebol kmeňovou bunkou, ale mohol tvoriť iba mnohonásobné fenotypy, ktoré sa vyskytujú v krvi.

MSC sú navyše odvodené z perivaskulárnych buniek, a preto ich možno izolovať z akéhokoľvek vaskularizovaného tkaniva. Je zrejmé, že MSC nie sú kmeňovými bunkami ani neobvyklými multipotentne viazanými progenitormi. Tieto bunky sú strážcami pre monitorovanie lokálneho mikroprostredia v okolí poranených alebo zapálených ciev. Ako strážcovia sú ochrancami proti prehnanej reakcii imunitného systému a infiltrácii iných mikroorganizmov, najmä baktérií a vírusových častíc. Toto rozlíšenie teda definuje MSC ako jedinečný angažovaný fenotyp, ktorý funguje ako pre analytický prieskum mikroprostredia, tak pre reakciu na stres a dysfunkčné a potenciálne deštruktívne lokálne udalosti.

Je dôležité zdôrazniť, že keď sú tieto MSC kultivačne rozšírené na viacero pasáží, ich genómy sú derepresované, a preto reagujú na silné indukčné látky umiestnené v mikroprostredí bunkovej kultúry. Fenotypová diferenciácia, ku ktorej dochádza po takomto snímaní kultivačného mikroprostredia, má „strážcovskú aktivitu“ úplne odlišnú od autentickej pluri- alebo multipotentnej kmeňovej bunky.

Anthony Atala: V podstate teda vďaka novým vedeckým poznatkom musíme zmeniť paradigmu, pokiaľ ide o náš pohľad na funkčnosť MSC?

Arnold Caplan: Správne, MSC nie sú kmeňové bunky. Hoci som mylne predpokladal, že MSC budú a môžu poskytovať náhradné bunky za tie bunky, ktoré sú na miestach poranenia alebo na miestach, kde zrelé bunky prirodzene vyhasli, je jasné, že MSC nie sú multipotentné a nemôžu sa v tele diferencovať do mezenchymálnych fenotypov. Okrem toho je teraz známe, že akonáhle sú MSC v kultúre a sú expandované, je ovplyvnená ich funkčnosť. Zdá sa, že proces kultivácie dereponuje genóm takým spôsobom, že exogénne pridané veľmi silné indukčné látky môžu stimulovať tieto kultivované bunky k vstupu do fenotypových línií a ich postupu. To umožňuje in vitro oddelene pozorovať fenotypy chrupavky, tuku a kosti, keď sú kultivačne rozšírené bunky vystavené špecifickému silnému indukčnému mikroprostrediu, ktoré poskytuje transkripčný prístup k rôznym mezenchymálnym fenotypom.

Rovnako predpoklad, že multipotencia pozorovaná in vitro zodpovedá tomu, čo sa vyskytuje v tele, je zjavne nesprávny, pretože táto multipotencia nie je súčasťou normálnych funkcií MSC, ktoré sa vyskytujú v rôznych tkanivách. A nakoniec, ako vo vedeckej komunite rástla popularita štúdia MSC, bolo zrejmé, že MSC možno získať z rôznych tkanív. Moderná technológia jednobuňkovej RNAseq ukazuje, že pri porovnaní kultivovaných MSC z ľudského tuku alebo MSC z kostnej drene existuje viac ako 17 000 spoločných transkriptov, zatiaľ čo každý typ MSC z tkaniva má 1400 až 1600 tkanivovo špecifických sekvencií, ktoré charakterizujú MSC získané z týchto tkanív. Navyše teraz vieme, že MSC vylučujú do živného média obrovské množstvo cytokínov a rastových faktorov, a hoci to bolo pôvodne v publikácii v Journal of Cell Physiology v roku 1996 prehliadnuté, tieto pozorovania zdôrazňujú, že táto sekréčná schopnosť predstavuje primárnu funkciu týchto buniek.

Anthony Atala: Ako by ste dnes definovali hlavnú úlohu MSC?

Arnold Caplan: MSC sú liečivé; MSC pochádzajú z perivaskulárnych buniek, ktoré sa nachádzajú mimo každej cievy v tele a na nej. Keď je cieva porušená alebo zapálená, perivaskulárna bunka, pericyt, sa uvoľní a niektoré z týchto uvoľnených buniek sa diferencujú na MSC. MSC možno izolovať na základe ich priľnutia ku kultivačnej miske a v takýchto kultúrach rozšíriť ich počet. Takto kultivačne rozšírené MSC môžu byť infundované alebo dodané späť do tela, kde cirkulujú a zakotvia na miestach poranenia alebo zápalu. Tieto novo zakotvené MSC sú schopné skúmať a vnímať mikroprostredie, v ktorom sa nachádzajú, a majú naprogramovaný profil odpovede sekréčnej aktivity pre dané mikroprostredie. Ak je mikroprostredie zápalové, MSC produkujú protizápalové molekuly. Ak je v mikroprostredí obrovské množstvo baktérií, MSC vylučujú zápalové molekuly, aby pritiahli monocyty a makrofágy do blízkosti týchto inváznych baktérií a pokúsili sa systém a tkanivo zbaviť týchto infiltrujúcich votrelcov. MSC sú teda miestne regulované multidávkovače, ktoré fungujú na miestach poranenia. Keď sa do krvného systému zvieraťa alebo človeka pridajú MSC expandované v kultúre, pridané MSC vyhľadávajú miesta poškodenia tkaniva a zápalu, zakotvia na týchto miestach poškodenia, skúmajú toto miesto a poskytujú spektrum sekréčných molekúl ako odpoveď na túto detekčnú aktivitu. Hovorím, že MSC sú lekárňami pre miesta poškodenia a zápalu.

Anthony Atala: Môžete sa s nami podeliť o svoje poznatky o súčasnom klinickom využití MSC?

Arnold Caplan: Keď človek navštívi webové stránky clinicaltrials.gov a zadá do vyhľadávača mezenchymálne kmeňové bunky, nájde tam viac ako 1000 klinických štúdií, ktoré sú uvedené pre najrôznejšie klinické príznaky. Medzi tieto klinické príznaky patria napríklad Crohnova choroba, choroba štepu proti hostiteľovi, roztrúsená skleróza, ALS, transplantácia obličiek, akútny infarkt myokardu, srdcové zlyhanie, reumatoidná artritída, lupus, autizmus, sepsa a ďalšie. V mnohých prípadoch štúdie fázy 1 a 2 zamerané na konkrétnu klinickú situáciu ukazujú, že MSC sú vysoko účinné. Bolo vykonaných iba niekoľko pokusov o štúdie fázy 3, ale v Spojených štátoch doteraz neexistujú žiadne produkty MSC schválené FDA. Vo svete je schválených 12 produktov MSC a ďalšie štúdie fázy 3 sú teraz v hre pre klinické problémy, ako je mozgová mŕtvica, bolesti chrbta a osteoartróza. Z výsledkov týchto klinických štúdií je zrejmé, že MSC fungujú ako továrne na vylučovanie cytokínov a rastových faktorov, nie ako kmeňové bunky.

Anthony Atala: Nedávne publikácie ukazujú prínos pre pacientov s COVID liečených MSC. Aký je váš celkový názor na MSC a COVID?

Arnold Caplan: MSC môžu byť liečivé pre COVID-19. MSC boli použité vo viac ako 135 klinických štúdiách na liečbu pacientov s COVID-19 (clinicaltrials.gov). Literatúra jasne dokumentuje, že MSC môžu zvládnuť „cytokínovú búrku“ imunitného systému u pacientov nakazených SARS-CoV-2; MSC môžu uľahčiť regeneráciu tkanív, vrátane pľúc a ciev; môžu produkovať molekuly, ktoré môžu zabíjať baktérie masívne infikujúce pľúca pacientov nakazených COVID-19; a že MSC boli použité pri liečbe bolesti. Vírus SARS-CoV-2 má vonkajší proteín, nazývaný Spike proteín, ktorý sa viaže na receptor na povrchu buniek, nazývaný AEC-2. Po vstupe do bunky sa vírus replikuje a nakoniec bunku usmrtí a prenikne von, čím spôsobí defekt tkaniva. Ak k tomu dôjde v pľúcnom cievnom riečisku, možno pochopiť, ako môžu vznikať nebezpečné zrazeniny. MSC produkujú molekuly, ktoré sa môžu viazať na proteíny Spike a/alebo receptory AEC-2, alebo na oba tieto proteíny; takéto MSC produkované proteíny môžu vyradiť častice vírusu z ich agresívneho replikačného cyklu.

V čínskom Pekingu v nemocnici YouAn bolo od 23. januára do 16. februára 2020 (dlho predtým, ako sme sa dozvedeli, že vírus SARS-CoV-2 je už v USA) hodnotených sedem kriticky chorých pacientov s COVID-19 po dobu 14 dní po infúzii allogénnych MSC získaných z drene a rozšírených kultúr. Táto infúzia MSC vyliečila alebo významne zlepšila funkčné výsledky týchto siedmich ťažko infikovaných pacientov bez akýchkoľvek nežiaducich príhod. Pľúcna funkcia a symptómy sa významne zlepšili do 2 dní po transplantácii MSC. Po liečbe sa zvýšil počet periférnych lymfocytov, znížil sa obsah C-reaktívnych proteínov a za 3–6 dní vymizli nadmerne aktivované imunitné bunky vylučujúce cytokíny CXCR3+CD4+ T-bunky, CXCR3+CD8+ T-bunky a CXCR3+ NK-bunky. Okrem toho sa dramaticky zvýšila skupina CD14+CD11c+CD11bmid regulačných dendritických buniek (DC). Medzitým sa u pacientov liečených MSC v porovnaní so skupinou s placebom významne znížila hladina TNF-alfa, zatiaľ čo IL-10 sa zvýšil. Ide o prvú zdokumentovanú terapeutickú aplikáciu allogénnych, kultivačne expandovaných MSC u pacientov s COVID-19. Pozitívne terapeutické účinky MSC v ďalších klinických štúdiách fázy 1 a 2 pri liečbe pacientov s COVID-19 boli nedávno publikované ako metaanalýza W. Qu et al.

Anthony Atala: Podieľali ste sa na výskume týkajúcom sa MSC a COVID?

Arnold Caplan: Pretože aminokyselinová sekvencia proteínu Spike a antivirálnych proteínov, ktoré sú produkované MSC, je známa, vykonali sme s kolegami počítačové simulácie väzby a mohli sme dokumentovať, že antibakteriálny/antivirálny proteín LL-37 sa môže silno a špeciálne viazať na proteín Spike a na receptor AEC-2. Okrem toho bol v roku 2021 v časopise ACS Infectious Diseases publikovaný rukopis ďalších bádateľov dokumentujúci rovnaké pozorovania, ktorý napísali Wang et al. Z vyššie uvedeného možno tvrdiť, že allogénne, kultivačne expandované MSC majú schopnosť byť liečebným prostriedkom pre pacientov s ťažkou infekciou COVID-19.

Anthony Atala: Ako by ste zhrnuli svoje myšlienky v tejto oblasti na základe všetkých súčasných dostupných údajov o využití MSC pre toľko rôznych aplikácií?

Arnold Caplan: Musím povedať, že MSC nie sú kmeňové bunky, ale majú prirodzene hlbokú funkčnosť ako strážcovia poranenia a tkanivovej dysbalansie. Existuje hodne cez 70 000 publikácií o MSC (PubMed, mesenchymal stem cells) a v poslednej dobe sa v týchto publikáciách zdôrazňuje liečebná schopnosť MSC. Tieto nové údaje a využitie nových technológií, ako je single-cell RNAseq, sa zamerali na rozdiely aj spoločné rysy MSC. Z biologického hľadiska dáva dokonalý zmysel, že kultivované MSC z jedného zdroja, ako je tuk alebo kostná dreň, sú heterogénne populácie. Pericyty z cievneho riečiska hlboko vo vnútri tukovej tkaniny a tie z vonkajšieho prostredia pochádzajú z rôznych mikroprostreí a tieto rôzne prostredia poskytujú bunkám, ktoré sa z týchto tkanivových miest uvoľňujú, odlišnú povrchovú chémiu. Ktoré z týchto rôznych MSC sú terapeutické, alebo sú všetky potrebné na dosiahnutie terapeutického cieľa? MSC navyše nezostávajú na mieste tkaniva príliš dlho po tom, čo boli pridané do tela, ale terapeutické účinky možno pozorovať mnoho mesiacov po počiatočnom pôsobení MSC. Je zrejmé, že MSC môžu byť inštruktívne pre monocyty a makrofágy a môžu spôsobiť vznik T-regulačných buniek, ktoré zostávajú na mieste tkaniva niekoľko rokov. Dôležité je, že napríklad bunky CAR-T, ktoré boli exogénne manipulované a potom znovu zavedené do tela darcu, možno nájsť u pacientov bez rakoviny aj po uplynutí 10 rokov, ako nedávno publikovala v časopise Nature skupina Carla Juna. Bunková terapia, ako je CAR-T, môže byť liečivá u niektorých druhov rakoviny a MSC môžu byť liečivé u ťažkých infekcií COVID-19 vďaka molekulárnym mechanizmom, ktoré boli opísané. Ani CAR-T, ani MSC nie sú kmeňové bunky, ale skôr liečivé bunky, ktoré vytvárajú terapeutické látky alebo stimulujú produkciu terapeutických buniek na správnom mieste v správny čas.

Anthony Atala: Nejaké múdrosti na záver pre našich čitateľov?

Arnold Caplan: My, ktorí sme sa podieľali na jej výchove, sme sa zmierili s tým, že budeme meniť naše vedecké pravdy, akonáhle budú k dispozícii ďalšie informácie. Odporcovia bunkovej terapie preukázali lekárskej profesii a pacientom veľkú službu tým, že nás podnietili k ďalšiemu zdokonaľovaniu týchto účinných terapeutík, ako som nedávno upozornil v roku 2019 v časopise Tissue Engineering. To umožnilo upraviť vtedajšie dogmy tak, aby umožnili účinnejšie využitie terapií založených na bunkách.

Zdroj: https://academic.oup.com/stcltm/advance-article/doi/10.1093/stcltm/szac026/6585262