Efter indgivelse af højdosis kemoterapi til behandling af kræft er det nødvendigt med infusion af stamceller for at sikre genoprettelse af knoglemarvsfunktionen og produktion af røde blodlegemer, hvide blodlegemer og blodplader. Historisk set blev stamcellerne høstet fra knoglemarven, men mange kræftcentre har for nylig indført en praksis med indsamling af stamceller fra perifert blod. Autologe stamceller skal indsamles eller høstes fra en patient før behandling med højdosis kemoterapi. De høstede stamceller fryses derefter ned og kan opbevares i mange år. Stamceller kan også behandles på måder, der fjerner kræftceller og/eller forsøger at aktivere immunceller i stamcellesamlingen med henblik på behandling af kræften.
Tagning af stamceller fra knoglemarv har været udført sikkert i over 30 år. En knoglemarvshøst er relativt enkel og foregår typisk på operationsstuen. Under en knoglemarvshøst får patienterne generel anæstesi. En kirurg fører derefter en stor nål direkte ind i knoglemarvshulen i knogler i lænderyggen, som er blevet steriliseret. Knoglemarven suges ud af knoglerne ved at stikke nålen ind i knoglen flere gange. En typisk knoglemarvshøst tager ca. to timer og omfatter fjernelse af en liter knoglemarv, der indeholder stamcellerne. Den vigtigste bivirkning ved denne procedure er ubehag på det sted, hvor knoglemarvshærvingen foretages. Komplikationer, der forekommer sjældent, omfatter blødning, infektion og nerveskader.
Det er lidt mere kompliceret at indsamle stamceller fra blodet end at indsamle dem fra knoglemarv. Denne procedure er blevet udført sikkert i over et årti. Indsamling af stamceller fra det perifere blod kan også have flere kliniske fordele i forhold til indsamling af stamceller fra knoglemarv. Den største fordel ved perifere blodstamceller i forhold til knoglemarv er, at der kan opsamles tilstrækkeligt mange perifere blodceller til at understøtte flere behandlinger med højdosis kemoterapi. Dette kan have betydelige fordele ved behandling af flere blodkræftformer samt solide tumorer som f.eks. brystkræft.
Stamceller cirkulerer normalt i blodet i meget små mængder og kan opsamles fra blodet gennem et lille kateter, der indsættes i en patientens blodåre. Antallet af cirkulerende stamceller i blodet er øget hos patienter, hvis knoglemarv er ved at komme sig efter kemoterapi. Cytokiner (blodcellevækstfaktorer), der gives til patienter efter myelosuppressiv kemoterapi, kan også medføre en 100-dobling af antallet af stamceller, der cirkulerer i blodet. Injektion af cytokiner stimulerer en øget produktion af umodne og modne stamceller fra knoglemarven og deres frigivelse i blodet. Når stamcellerne er frigivet i blodet, kan de opsamles. Cytokiner kan også indgives uden kemoterapi og medføre en væsentlig forøgelse af antallet af cirkulerende blodstamceller, der kan opsamles. Processen med at give et cytokin eller en vækstfaktor med eller uden myelosuppressiv kemoterapi med henblik på indsamling af stamceller kaldes stamcellemobilisering. To cytokiner, Neupogen® og Leukine®, stimulerer knoglemarvens produktion af stamceller og er godkendt af Food and Drug Administration til brug hos patienter med henblik på at øge antallet af cirkulerende stamceller. Flere andre cytokiner er under udvikling.
Under stamcellemobiliseringen får patienterne en injektion af en cytokin og evalueres dagligt. Processen med selve opsamlingen af stamcellerne fra blodet kaldes aferese – den begynder, når der cirkulerer tilstrækkeligt mange stamceller i blodet til opsamling. Stamcellerne opsamles med en aferesemaskine fra det blod, der strømmer gennem et kateter, som indføres i en vene. Blodet strømmer fra en vene gennem kateteret ind i aferesemaskinen, som adskiller stamcellerne fra resten af blodet og derefter returnerer blodet til patientens krop. Aferese udføres i flere dage, indtil der er indsamlet nok stamceller til at understøtte behandling med højdosis kemoterapi.
Stamceller kan identificeres pålideligt og måles nøjagtigt, fordi de har en specifik markør eller mærkning på stamcellens overflade. Denne markør kaldesCD34-antigenet. Det er vigtigt at måle antallet af CD34-antigen-positive stamceller, fordi lægerne nøjagtigt kan forudsige, hvor hurtigt knoglemarven genopretter sig efter indgivelse af højdosis kemoterapi på grundlag af antallet af CD34-positive stamceller, der infunderes. Daglig måling af indholdet af CD34+-stamceller i det perifere blod er også nyttig til at bestemme antallet af dage, hvor der skal udføres aferese.
Et optimalt antal stamceller til at understøtte hurtig genopretning af knoglemarven og blodcelleproduktion efter behandling med højdosis kemoterapi er ca. 5 millioner CD34+-celler/kg patientvægt. Infusion af over 5 millioner celler/kg resulterer i, at størstedelen af patienterne genvinder knoglemarvens blodcelleproduktion på kun ni til 10 dage. Det minimale antal stamceller, der er nødvendigt for at sikre en sikker genoprettelse af produktionen af blodceller fra knoglemarven, er i øjeblikket ukendt. Patienter, der ikke får høstet nok stamceller, kan gennemgå stamcellemobilisering en anden eller tredje gang. I de fleste tilfælde vil patienterne og have stamceller nok til at foretage en transplantation. Hvis perifere blodstamceller høstes tidligt i sygdomsforløbet, kan der indsamles tilstrækkeligt med stamceller til at understøtte flere behandlingsforløb.
I dag udføres stort set alle autologe stamcelletransplantationer med perifere blodstamceller, der er indsamlet efter mobilisering med kemoterapi og Neupogen® eller med Neupogen® alene. Dette skyldes, at perifere blodstamceller er nemmere at høste og resulterer i en hurtigere genoprettelse af blodcelletallet.
En typisk stamcelleindsamling er uændret og indeholder røde blodlegemer, immunceller og stamceller, når den behandles og opbevares. Stamcellesamlingen kan dog modificeres med henblik på at forbedre behandlingen af kræft. Læger har i mange år vidst, at stamcellesamlinger fra nogle patienter også indeholder kræftceller. Mange læger mener, at fjernelse af kræftcellerne fra stamcellesamlingen kan forbedre patientens chance for helbredelse ved hjælp af højdosis kemoterapi og autolog stamcelletransplantation. Enhver metode til at fjerne kræftceller fra stamcellesamlingen kræver, at der fjernes tilstrækkeligt mange kræftceller til at gøre en forskel, mens andre celler, der er vigtige for patientens knoglemarv eller immunforsvar, forbliver.
Purging: Kræftceller kan fjernes fra stamcellesamlingen fra knoglemarven eller det perifere blod ved hjælp af flere teknikker, som hver især anvender monoklonale antistoffer, der genkender og hæfter sig til antigener på kræftcellerne. Når antistoffet har sat sig fast på kræftcellerne, kan disse celler fjernes fra stamcelleproduktet på flere forskellige måder. I en af disse effektive teknikker er antistoffet knyttet til mikropartikler med høj tæthed, der indeholder tungmetallet nikkel. Når stamcellerne er blevet blandet med mikropartiklerne med høj tæthed, lægger de fastsiddende celler sig hurtigt i bunden af engangsbeholderen på grund af den større vægt. De kan derefter adskilles og kasseres, hvorved stamcellerne bevares, og den lettere fraktion efterlades med stort set alle de kræftceller, der er målgruppen.
CD34-selektion: Mekaniske teknikker til fjernelse af kræftceller fra stamcellesamlinger begyndte at blive udviklet i begyndelsen af 1990’erne. Mekaniske teknikker blev udviklet til kun at fjerne eller udvælge stamcellerne fra stamcellesamlingen. Det blev begrundet med, at det ville være lettere at fjerne nogle få stamceller, der var nødvendige for at understøtte højdosis kemoterapi, end at forsøge at dræbe eller fjerne alle kræftcellerne i en stamcellesamling. Når stamcellerne var fjernet, kunne de resterende celler, herunder kræftcellerne, kasseres.
For kun at kunne fjerne stamcellerne, skulle forskerne først kunne identificere stamcellerne på pålidelig vis. Når stamcellerne kunne identificeres, kunne der derefter udvikles teknikker til at fjerne stamcellerne fra de andre celler i stamcellesamlingen. Forskerne opdagede, at stamceller har visse markører (antigener) på deres overflade, som adskiller dem fra andre celler. Et af de vigtigste antigener på stamceller er CD34-antigenet. Positiv selektion er en teknik, der er udviklet til at adskille stamceller fra andre celler. Ved denne metode anvendes en anordning, der binder de CD34-positive stamceller og fjerner dem fra de andre celler i stamcellesamlingen. CD34-positive selektionsanordninger er blevet evalueret i kliniske forsøg. Selv om CD34-selektionsanordninger er i stand til at fjerne et stort antal kræftceller fra stamcelleproduktet, fjerner de også mange stamceller og immunceller.
I de sidste to årtier har mange læger arbejdet på måder at få små mængder knoglemarv til at vokse i et kultursystem uden for kroppen. Hvis små mængder stamceller kunne ekspanderes i et kultursystem, som de er i kroppen, kunne man undgå de komplikationer, der er forbundet med indsamling af stamceller fra knoglemarv eller blod. I årenes løb har lægerne opdaget de hormoner, der fortæller stamcellerne, at de skal dele sig og formere sig. De kan nu tilføje disse hormoner til et sterilt dyrkningssystem uden for kroppen. Dette dyrkningssystem har den ekstra fordel, at det ikke støtter væksten af kræftcellerne. Man kan således tage et lille antal stamceller, der indeholder kræftceller, placere disse celler i et kultursystem med de relevante hormoner og producere et betydeligt antal stamceller, der ikke indeholder kræft og er egnede til transplantation.
Læger ved tre amerikanske medicinske centre har i tidsskriftet Blood rapporteret om de første autologe transplantationer ved hjælp af udvidede stamceller. Under lokalbedøvelse udtog de små prøver af knoglemarv fra 19 patienter med brystkræft og placerede disse celler i et ekspansionssystem i 12 dage. Disse 19 patienter fik højdosis kemoterapi med cyclophosphamid, Paraplatin® og Thioplex® efterfulgt af infusion af de ekspanderede celler. Den gennemsnitlige tid til genoprettelse af blodtallet svarede til den tid, der blev observeret efter infusion af knoglemarv, men var langsommere end den tid, der er blevet observeret efter infusion af autologe perifere blodstamceller. Denne teknik er imidlertid forbundet med infusion af mere modne og funktionelle hvide blodlegemer, hvilket kan være en ekstra fordel for patienten i den første uge efter transplantationen med hensyn til forebyggelse af infektioner. En patient havde kræftceller i knoglemarven før behandlingen, men der blev ikke påvist kræftceller i de ekspanderede stamceller, der blev infunderet efter højdosis kemoterapi.
Dette kliniske forsøg viser klart potentialet for anvendelse af ekspanderede stamceller fra knoglemarven til autolog transplantation. På nuværende tidspunkt er det ikke klart, hvem der fortrinsvis ville have gavn af denne teknik, og hvem der ville være bedre tjent med at få en blodstamcelletransplantation. Det ville være en værdifuld teknik, hvis den kunne udføres med succes hos patienter, der har beskadiget knoglemarven som følge af kemoterapi eller strålebehandling og ikke har tilstrækkeligt med stamceller til at foretage en autolog transplantation. Patienter med kræft i knoglemarven ville have gavn af, hvis kræftcellerne konsekvent kunne elimineres ved hjælp af dyrkningsteknikken. Denne teknik kan også anvendes til at ekspandere navlestrengsblod, hvor antallet af stamceller fra denne kilde er utilstrækkeligt til allogen transplantation til voksne. Dette kliniske forsøg kan således være en meget vigtig udvikling inden for transplantationsområdet og blot begyndelsen på forskningen på dette område.