Po podání vysokých dávek chemoterapie pro léčbu rakoviny je nutná infuze kmenových buněk, aby se zajistila obnova funkce kostní dřeně a produkce červených krvinek, bílých krvinek a krevních destiček. Historicky se kmenové buňky získávaly z kostní dřeně, nicméně mnoho onkologických center si v poslední době osvojilo praxi získávání kmenových buněk z periferní krve. Autologní kmenové buňky musí být pacientovi odebrány neboli sklizeny před léčbou vysokými dávkami chemoterapie. Odebrané kmenové buňky se poté zmrazí a mohou být skladovány po mnoho let. Kmenové buňky mohou být také zpracovány způsobem, který odstraní nádorové buňky a/nebo se pokusí aktivovat imunitní buňky ve sbírce kmenových buněk za účelem léčby rakoviny.
Sběr kmenových buněk z kostní dřeně se bezpečně provádí již více než 30 let. Odběr kostní dřeně je relativně jednoduchý a obvykle probíhá na operačním sále. Během odběru kostní dřeně je pacientům podána celková anestezie. Chirurg poté zavede velkou jehlu přímo do dutiny kostní dřeně kostí dolní části zad, která byla sterilizována. Kostní dřeň je odsávána neboli nasávána z kostí několikanásobným zavedením jehly do kosti. Typický odběr kostní dřeně trvá přibližně dvě hodiny a zahrnuje odběr jednoho litru kostní dřeně obsahující kmenové buňky. Hlavním vedlejším účinkem tohoto zákroku je nepříjemný pocit v místě odběru kostní dřeně. Mezi vzácné komplikace patří krvácení, infekce a poškození nervů.
Odběr kmenových buněk z krve je o něco složitější než odběr z kostní dřeně. Tento postup se bezpečně provádí již více než deset let. Odběr kmenových buněk z periferní krve může mít také několik klinických výhod ve srovnání s odběrem z kostní dřeně. Hlavní výhodou kmenových buněk z periferní krve oproti kostní dřeni je, že lze odebrat dostatečné množství buněk z periferní krve na podporu několika cyklů vysokodávkované chemoterapie. To může mít významné výhody při léčbě několika druhů rakoviny krve i solidních nádorů, jako je například rakovina prsu.
Kmenové buňky normálně kolují v krvi ve velmi malém množství a lze je z krve odebrat malým katétrem zavedeným do žíly pacienta. Počet cirkulujících kmenových buněk v krvi se zvyšuje u pacientů, jejichž kostní dřeň se zotavuje po chemoterapii. Cytokiny (růstové faktory krevních buněk) podávané pacientům po myelosupresivní chemoterapii mohou rovněž způsobit stonásobné zvýšení počtu kmenových buněk cirkulujících v krvi. Injekce cytokinů stimuluje zvýšenou produkci nezralých a zralých kmenových buněk kostní dřeně a jejich uvolňování do krve. Po uvolnění do krve lze kmenové buňky odebírat. Cytokiny mohou být podávány i bez chemoterapie a způsobit podstatné zvýšení počtu cirkulujících kmenových buněk v krvi pro odběr. Proces podávání cytokinu nebo růstového faktoru s myelosupresivní chemoterapií nebo bez ní za účelem sběru kmenových buněk se označuje jako mobilizace kmenových buněk. Dva cytokiny, Neupogen® a Leukine®, stimulují produkci kmenových buněk v kostní dřeni a jsou schváleny Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv pro použití u pacientů za účelem zvýšení počtu cirkulujících kmenových buněk. Několik dalších cytokinů je ve vývoji.
Při mobilizaci kmenových buněk dostávají pacienti injekci cytokinu a jsou denně vyhodnocováni. Proces skutečného sběru kmenových buněk z krve se nazývá aferéza – ten začíná, když v krvi cirkuluje dostatečné množství kmenových buněk pro sběr. Kmenové buňky se sbírají pomocí aferézního přístroje z krve protékající katétrem, který se zavádí do žíly. Krev proudí ze žíly přes katétr do aferézního přístroje, který oddělí kmenové buňky od zbytku krve a poté krev vrátí do těla pacienta. Aferéza se provádí několik dní, dokud se neshromáždí dostatečné množství kmenových buněk pro podporu léčby vysokými dávkami chemoterapie.
Kmenové buňky lze spolehlivě identifikovat a přesně měřit, protože mají na povrchu kmenových buněk specifický marker nebo značku. Tento marker se označuje jako antigenCD34. Měření počtu kmenových buněk pozitivních na antigen CD34 je důležité, protože na základě počtu infundovaných kmenových buněk pozitivních na antigen CD34 mohou lékaři přesně předpovědět, jak rychle se kostní dřeň po podání vysoké dávky chemoterapie zotaví. Denní měření obsahu CD34+ kmenových buněk periferní krve je také užitečné pro určení počtu dnů pro provedení aferézy.
Optimální počet kmenových buněk pro podporu rychlé obnovy kostní dřeně a tvorby krvinek po léčbě vysokodávkovanou chemoterapií je přibližně 5 milionů CD34+ buněk/kg hmotnosti pacienta. Infuze více než 5 milionů buněk/kg vede u většiny pacientů k obnovení produkce krvinek v kostní dřeni již za 9 až 10 dní. Minimální počet kmenových buněk potřebný k zajištění bezpečného obnovení produkce krvinek kostní dřeně není v současné době znám. Pacienti, kteří nemají dostatečný počet odebraných kmenových buněk, mohou podstoupit mobilizaci kmenových buněk podruhé nebo potřetí. Ve většině případů budou mít pacienti a dostatek kmenových buněk k provedení transplantace. Pokud jsou kmenové buňky periferní krve odebrány na počátku onemocnění, lze získat dostatečné množství kmenových buněk pro podporu více léčebných cyklů.
Dnes se prakticky všechny autologní transplantace kmenových buněk provádějí s kmenovými buňkami periferní krve odebranými po mobilizaci chemoterapií a přípravkem Neupogen® nebo samotným přípravkem Neupogen®. Je to proto, že kmenové buňky periferní krve se snáze získávají a vedou k rychlejšímu obnovení počtu krevních buněk.
Běžný odběr kmenových buněk je nemodifikovaný a při zpracování a skladování obsahuje červené krvinky, imunitní buňky a kmenové buňky. Kolekce kmenových buněk však může být upravena se záměrem zlepšit léčbu rakoviny. Lékaři již mnoho let vědí, že kolekce kmenových buněk od některých pacientů obsahují také rakovinné buňky. Mnozí lékaři se domnívají, že odstranění rakovinných buněk z kolekce kmenových buněk by mohlo zlepšit šanci pacienta na vyléčení pomocí vysokých dávek chemoterapie a autologní transplantace kmenových buněk. Jakákoli metoda odstranění rakovinných buněk z kolekce kmenových buněk vyžaduje, aby bylo odstraněno dostatečné množství rakovinných buněk, aby to mělo význam, zatímco ostatní buňky důležité pro obnovu kostní dřeně nebo imunitního systému pacienta zůstanou zachovány.
Purging: Rakovinné buňky lze z kolekce kmenových buněk kostní dřeně nebo periferní krve odstranit několika technikami, z nichž každá využívá monoklonální protilátky, které rozpoznávají antigeny na rakovinných buňkách a přilnou k nim. Jakmile se protilátka naváže na nádorové buňky, existuje řada způsobů, jak tyto buňky z produktu kmenových buněk odstranit. Při jedné takové účinné technice se protilátka naváže na mikročástice s vysokou hustotou obsahující těžký kov nikl. Po smíchání kmenových buněk s mikročásticemi o vysoké hustotě se navázané buňky díky větší hmotnosti rychle usadí na dně jednorázové nádoby. Poté je lze oddělit a zlikvidovat, čímž se zachovají kmenové buňky a lehčí frakce zůstane zbavena prakticky všech cílových nádorových buněk.
Selekce CD34: Mechanické techniky pro odstraňování nádorových buněk ze sbírek kmenových buněk se začaly vyvíjet počátkem 90. let 20. století. Mechanické techniky byly navrženy tak, aby z kolekce kmenových buněk odstraňovaly nebo vybíraly pouze kmenové buňky. Bylo zdůvodněno, že bude snazší odstranit několik kmenových buněk nezbytných pro podporu vysokodávkované chemoterapie, než se pokoušet zabít nebo odstranit všechny nádorové buňky v kolekci kmenových buněk. Jakmile byly kmenové buňky odstraněny, mohly být zbývající buňky, včetně rakovinných buněk, zlikvidovány.
Aby bylo možné odstranit pouze kmenové buňky, museli být vědci nejprve schopni spolehlivě identifikovat kmenové buňky. Jakmile by se podařilo kmenové buňky identifikovat, bylo by možné vyvinout techniky pro odstranění kmenových buněk z ostatních buněk v souboru kmenových buněk. Vědci zjistili, že kmenové buňky mají na svém povrchu určité markery (antigeny), které je odlišují od ostatních buněk. Jedním z hlavních antigenů na kmenových buňkách je antigen CD34. Pozitivní selekce je jednou z technik vyvinutých pro oddělení kmenových buněk od ostatních buněk. Tato metoda využívá zařízení, které váže CD34 pozitivní kmenové buňky a odděluje je od ostatních buněk v kolekci kmenových buněk. Zařízení pro pozitivní selekci CD34 byla hodnocena v klinických studiích. Ačkoli jsou zařízení pro selekci CD34 schopna odstranit z produktu kmenových buněk velké množství nádorových buněk, odstraňují také mnoho kmenových a imunitních buněk.
V posledních dvou desetiletích se mnoho lékařů zabývalo způsoby, jak získat malé množství kostní dřeně pro růst v kultivačním systému mimo tělo. Pokud by bylo možné malé množství kmenových buněk expandovat v kultivačním systému stejně jako v těle, bylo by možné se vyhnout komplikacím spojeným s odběrem kmenových buněk z kostní dřeně nebo krve. V průběhu let lékaři objevili hormony, které říkají kmenovým buňkám, aby se dělily a množily. Nyní mohou tyto hormony přidávat do sterilního kultivačního systému mimo tělo. Tento kultivační systém má navíc tu výhodu, že nepodporuje růst nádorových buněk. Lze tedy odebrat malé množství kmenových buněk, které obsahovaly rakovinné buňky, umístit tyto buňky do kultivačního systému s příslušnými hormony a získat značné množství kmenových buněk, které neobsahují rakovinu a jsou vhodné k transplantaci.
Lékaři ze tří amerických lékařských center v časopise Blood informovali o prvních autologních transplantacích s použitím expandovaných kmenových buněk. V lokální anestezii získali malé vzorky kostní dřeně od 19 pacientů s rakovinou prsu a tyto buňky umístili na 12 dní do expanzního systému. Těmto 19 pacientům byla podána vysokodávkovaná chemoterapie cyklofosfamidem, Paraplatinem® a Thioplexem®, po níž následovala infuze expandovaných buněk. Průměrná doba do obnovení krevního obrazu byla podobná době pozorované po infuzi kostní dřeně, ale byla pomalejší, než bylo pozorováno po infuzi autologních kmenových buněk periferní krve. Tato technika je však spojena s infuzí zralejších a funkčnějších bílých krvinek, což může mít pro pacienta v prvním týdnu po transplantaci další přínos v prevenci infekce. Jeden pacient měl před léčbou v kostní dřeni nádorové buňky, ale v expandovaných kmenových buňkách, které byly infundovány po vysokodávkované chemoterapii, nebyly nádorové buňky zjištěny.
Tato klinická studie jasně ukazuje možnosti použití expandovaných kmenových buněk kostní dřeně pro autologní transplantaci. V současné době není jasné, kdo by měl z této techniky přednostní prospěch a komu by lépe prospěla transplantace krevních kmenových buněk. Tato technika by byla cenná, pokud by ji bylo možné úspěšně provádět u pacientů, kteří mají poškozenou kostní dřeň chemoterapií nebo radioterapií a nemají dostatek kmenových buněk pro provedení autologní transplantace. Pacientům s rakovinou v kostní dřeni by prospělo, kdyby se touto kultivační technikou podařilo důsledně eliminovat nádorové buňky. Tuto techniku lze také použít k expanzi pupečníkové krve v případech, kdy je počet kmenových buněk získaných z tohoto zdroje nedostatečný pro alogenní transplantaci dospělým. Tato klinická studie by tedy mohla být velmi důležitým pokrokem v oblasti transplantací a teprve začátkem výzkumu v této oblasti.