A rák kezelésére alkalmazott nagy dózisú kemoterápia után az őssejtek infúziójára van szükség a csontvelőfunkció és a vörösvértestek, fehérvérsejtek és vérlemezkék termelésének helyreállításához. Történelmileg az őssejteket csontvelőből nyerték, azonban számos rákközpont az utóbbi időben átállt a perifériás vérből történő őssejtgyűjtés gyakorlatára. Az autológ őssejteket a nagy dózisú kemoterápiás kezelést megelőzően kell a betegtől begyűjteni, illetve begyűjteni. A begyűjtött őssejteket ezután lefagyasztják, és hosszú évekig tárolhatók. Az őssejteket olyan módon is fel lehet dolgozni, hogy eltávolítják a rákos sejteket és/vagy megkísérlik aktiválni az őssejtgyűjtésben lévő immunsejteket a rák kezelése céljából.
A csontvelőből történő őssejtgyűjtést már több mint 30 éve biztonságosan végzik. A csontvelő begyűjtése viszonylag egyszerű, és általában a műtőben történik. A csontvelőgyűjtés során a betegek általános érzéstelenítésben részesülnek. A sebész ezután egy nagy tűt vezet be közvetlenül a hát alsó részén lévő csontok csontvelőüregébe, amelyet sterilizáltak. A csontvelőt a tűnek a csontba történő többszöri behelyezésével szívják ki a csontokból. Egy tipikus csontvelővétel körülbelül két órát vesz igénybe, és egy liter, őssejteket tartalmazó csontvelő eltávolítását jelenti. Az eljárás fő mellékhatása a csontvelő-eltávolítás helyén jelentkező kellemetlen érzés. A ritkán előforduló szövődmények közé tartozik a vérzés, a fertőzés és az idegkárosodás.
A vérből történő őssejtgyűjtés valamivel bonyolultabb, mint a csontvelőből történő gyűjtés. Ezt az eljárást már több mint egy évtizede biztonságosan végzik. A perifériás vérből történő őssejtgyűjtésnek számos klinikai előnye is lehet a csontvelőből történő gyűjtéshez képest. A perifériás vérből származó őssejtek fő előnye a csontvelővel szemben az, hogy elegendő perifériás vérsejtet lehet gyűjteni több nagy dózisú kemoterápiás kezeléshez. Ez jelentős előnyökkel járhat számos vérrák, valamint szolid tumor, például emlőrák kezelésében.
Az őssejtek általában nagyon kis mennyiségben keringenek a vérben, és a beteg vénájába bevezetett kis katéteren keresztül gyűjthetők a vérből. A vérben keringő őssejtek száma megnövekszik azoknál a betegeknél, akiknek a csontvelője a kemoterápiából lábadozik. A myeloszuppresszív kemoterápia után a betegeknek beadott citokinek (vérsejt-növekedési faktorok) szintén 100-szorosára növelhetik a vérben keringő őssejtek számát. A citokinek beadása serkenti az éretlen és érett csontvelői őssejtek fokozott termelését és vérbe jutását. Miután a vérbe kerültek, az őssejtek összegyűjthetők. A citokinek kemoterápia nélkül is beadhatók, és a vérben keringő, gyűjtésre alkalmas őssejtek számának jelentős növekedését okozzák. A citokin vagy növekedési faktor myeloszuppresszív kemoterápiával vagy anélkül történő adagolását őssejtgyűjtés céljából őssejtmobilizációnak nevezik. Két citokin, a Neupogen® és a Leukine® serkenti a csontvelő őssejttermelését, és az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal engedélyezte a betegeknél a keringő őssejtek számának növelése céljából történő alkalmazását. Több más citokin is fejlesztés alatt áll.
Az őssejtmobilizáció során a betegek egy citokin injekciót kapnak, és naponta értékelik őket. Az őssejtek vérből történő tényleges gyűjtésének folyamatát apherézisnek nevezik – ez akkor kezdődik, amikor a vérben elegendő őssejt kering a gyűjtéshez. Az őssejteket egy afereziskészülékkel gyűjtik a vénába bevezetett katéteren keresztül áramló vérből. A vér a vénából a katéteren keresztül az afereziskészülékbe áramlik, amely elválasztja az őssejteket a vér többi részétől, majd a vért visszajuttatja a beteg szervezetébe. Az aferezist több napon keresztül végzik, amíg elegendő őssejtet gyűjtenek a nagy dózisú kemoterápiás kezelés támogatásához.
Az őssejtek megbízhatóan azonosíthatók és pontosan mérhetők, mivel az őssejtek felszínén specifikus markerrel vagy címkével rendelkeznek. Ezt a markertCD34 antigénnek nevezik. A CD34 antigén-pozitív őssejtek számának mérése azért fontos, mert az orvosok a beadott CD34-pozitív őssejtek száma alapján pontosan meg tudják jósolni, hogy a csontvelő milyen gyorsan regenerálódik a nagy dózisú kemoterápia beadása után. A CD34+ perifériás vér őssejt-tartalmának napi mérése az apherézis elvégzéséhez szükséges napok számának meghatározásához is hasznos.
A nagy dózisú kemoterápiás kezelést követően a csontvelő gyors felépülését és a vérsejttermelést támogató őssejtek optimális száma körülbelül 5 millió CD34+ sejt/kg betegsúly. Az 5 millió sejt/kg feletti infúzió hatására a betegek többségénél a csontvelő vérsejttermelése mindössze kilenc-tíz nap alatt helyreáll. A csontvelői vérsejttermelés biztonságos helyreállításához szükséges őssejtek minimális száma jelenleg nem ismert. Azoknál a betegeknél, akiknél nem nyertek elegendő őssejtet, másodszor vagy harmadszor is elvégezhető az őssejtmobilizáció. Az esetek többségében a betegek elegendő őssejttel rendelkeznek a transzplantáció elvégzéséhez. Ha a perifériás vér őssejtjeit a betegség lefolyásának korai szakaszában gyűjtik, elegendő őssejtet lehet gyűjteni a több kezeléshez.
Ma gyakorlatilag minden autológ őssejtátültetést kemoterápiával és Neupogen®-sel vagy csak Neupogen®-sel történő mobilizációt követően gyűjtött perifériás vér őssejtekkel végeznek. Ennek oka, hogy a perifériás vér őssejtjeit könnyebb begyűjteni, és gyorsabb vérsejtszám helyreállást eredményez.
A tipikus őssejtgyűjtemény feldolgozása és tárolása során változatlanul vörösvértesteket, immunsejteket és őssejteket tartalmaz. Az őssejtgyűjtés azonban módosítható a rák kezelésének javítása céljából. Az orvosok már évek óta tudják, hogy az egyes betegektől származó őssejtgyűjtemények rákos sejteket is tartalmaznak. Sok orvos úgy véli, hogy a rákos sejtek eltávolítása az őssejtgyűjteményből javíthatja a beteg gyógyulási esélyeit nagy dózisú kemoterápiával és autológ őssejt-transzplantációval. A rákos sejtek őssejtgyűjteményből való eltávolításának bármelyik módszere megköveteli, hogy elegendő rákos sejtet távolítsanak el ahhoz, hogy változás álljon be, miközben a beteg csontvelő- vagy immunrendszerének helyreállítása szempontjából fontos egyéb sejtek megmaradnak.
Tisztítás: A rákos sejteket többféle technikával lehet eltávolítani a csontvelő- vagy perifériás vér őssejtgyűjteményből, amelyek mindegyike monoklonális antitesteket használ, amelyek felismerik a rákos sejteken lévő antigéneket, és azokhoz tapadnak. Miután az antitest a rákos sejtekhez kötődik, ezeket a sejteket többféle módon lehet eltávolítani az őssejtkészítményből. Az egyik ilyen hatékony technikában az antitestet nagy sűrűségű, nikkel nehézfémet tartalmazó mikrorészecskékhez kötik. Miután az őssejteket összekeverik a nagy sűrűségű mikrorészecskékkel, a nagyobb súly miatt a csatolt sejtek gyorsan leülepednek az eldobható tartály aljára. Ezután leválaszthatók és eldobhatók, megőrizve az őssejteket, és meghagyva a könnyebb frakciót, amely gyakorlatilag az összes célzott rákos sejtet tartalmazza.
CD34 szelekció: Az őssejtgyűjteményekből a rákos sejtek eltávolítására szolgáló mechanikus technikák fejlesztése az 1990-es évek elején kezdődött. A mechanikus technikákat úgy tervezték, hogy csak az őssejteket távolítsák el vagy szelektálják az őssejtgyűjteményből. Azzal érveltek, hogy könnyebb eltávolítani néhány, a nagy dózisú kemoterápia támogatásához szükséges őssejtet, mint megpróbálni elpusztítani vagy eltávolítani az őssejtgyűjtemény összes rákos sejtjét. Miután az őssejteket eltávolították, a többi sejtet, beleértve a rákos sejteket is, el lehetett dobni.
Az őssejtek kizárólagos eltávolításához a tudósoknak először is megbízhatóan azonosítaniuk kellett az őssejteket. Miután az őssejteket azonosítani tudták, ki lehetett dolgozni olyan technikákat, amelyekkel az őssejteket el lehetett távolítani az őssejtgyűjtemény többi sejtjétől. A tudósok felfedezték, hogy az őssejtek felszínén bizonyos markerek (antigének) vannak, amelyek megkülönböztetik őket más sejtektől. Az őssejtek egyik fő antigénje a CD34 antigén. A pozitív szelekció az őssejtek más sejtektől való elkülönítésére kifejlesztett egyik technika. Ez a módszer olyan eszközt használ, amely megköti a CD34-pozitív őssejteket, és eltávolítja őket az őssejtgyűjtemény többi sejtjétől. A CD34-pozitív szelekciós eszközöket klinikai vizsgálatokban értékelték. Bár a CD34-szelekciós eszközök képesek nagyszámú rákos sejtet eltávolítani az őssejtkészítményből, sok őssejtet és immunsejtet is eltávolítanak.
Az elmúlt két évtizedben sok orvos dolgozott azon, hogyan lehet kis mennyiségű csontvelőt a testen kívüli tenyésztési rendszerben növekedésre bírni. Ha az őssejtek kis mennyiségeit ugyanolyan tenyésztőrendszerben lehetne növelni, mint a testben, akkor elkerülhetők lennének az őssejtek csontvelőből vagy vérből történő gyűjtésével járó komplikációk. Az évek során az orvosok felfedezték azokat a hormonokat, amelyek az őssejteket osztódásra és szaporodásra késztetik. Ezeket a hormonokat most már a testen kívüli steril tenyésztőrendszerhez is hozzá tudják adni. Ennek a tenyésztési rendszernek további előnye, hogy nem támogatja a rákos sejtek növekedését. Így kis számú, rákos sejteket tartalmazó őssejtet lehetne venni, ezeket a sejteket a megfelelő hormonokat tartalmazó tenyésztőrendszerbe helyezni, és jelentős számú, rákot nem tartalmazó, transzplantációra alkalmas őssejtet előállítani.
Három amerikai orvosi központ orvosai a Blood című folyóiratban számoltak be az első olyan autológ transzplantációról, amelyben kiterjesztett őssejteket használtak. Helyi érzéstelenítéssel 19 mellrákos beteg csontvelőjéből vettek kis mintákat, és ezeket a sejteket 12 napra egy expanziós rendszerbe helyezték. Ez a 19 beteg ciklofoszfamidot, Paraplatin®-t és Thioplex®-et tartalmazó nagy dózisú kemoterápiában részesült, amelyet a kiterjesztett sejtek infúziója követett. A vérkép helyreállásáig eltelt átlagos idő hasonló volt a csontvelőinfúzió után megfigyelthez, de lassabb volt, mint az autológ perifériás vér őssejt-infúzió után megfigyelt. Ez a technika azonban az érettebb és funkcionálisabb fehérvérsejtek infúziójával jár együtt, ami a transzplantációt követő első héten további előnyökkel járhat a beteg számára a fertőzések megelőzésében. Az egyik beteg csontvelőjében a kezelés előtt rákos sejtek voltak, de a nagy dózisú kemoterápiát követően infúzióba adott bővített őssejtekben nem mutattak ki rákos sejteket.
Ez a klinikai vizsgálat egyértelműen bizonyítja a bővített csontvelői őssejtek autológ transzplantációban való felhasználásának lehetőségét. Jelenleg nem világos, hogy ki részesülne előnyben ebből a technikából, és kinek lenne jobb a vér őssejt-transzplantáció. Ez egy értékes technika lenne, ha sikeresen lehetne alkalmazni olyan betegeknél, akiknek a csontvelője kemoterápia vagy sugárkezelés következtében károsodott, és nincs elegendő őssejtjük az autológ transzplantáció elvégzéséhez. A csontvelőben lévő rákos betegek számára előnyös lenne, ha a tenyésztési technikával a rákos sejteket következetesen el lehetne távolítani. Ez a technika alkalmazható a köldökzsinórvér bővítésére is, amennyiben az ebből a forrásból nyert őssejtek száma nem elegendő a felnőtteknél végzett allogén transzplantációhoz. Így ez a klinikai vizsgálat nagyon fontos fejlemény lehet a transzplantáció területén, és csak a kezdete az e területen végzett kutatásoknak.