Na de toediening van hooggedoseerde chemotherapie voor de behandeling van kanker is infusie van stamcellen noodzakelijk om het herstel van de beenmergfunctie en de productie van rode bloedcellen, witte bloedcellen en bloedplaatjes te verzekeren. In het verleden werden stamcellen uit het beenmerg gewonnen, maar veel kankercentra zijn er onlangs toe overgegaan stamcellen uit perifeer bloed in te zamelen. Autologe stamcellen moeten worden verzameld, of geoogst, bij een patiënt vóór de behandeling met hooggedoseerde chemotherapie. De geoogste stamcellen worden vervolgens ingevroren en kunnen vele jaren worden bewaard. Stamcellen kunnen ook worden bewerkt op manieren waarbij kankercellen worden verwijderd en/of wordt getracht immuuncellen in de stamcelverzameling te activeren met het oog op de behandeling van de kanker.
Het verzamelen van stamcellen uit beenmerg wordt al meer dan 30 jaar veilig uitgevoerd. Een beenmergafname is relatief eenvoudig en vindt meestal plaats in de operatiekamer. Tijdens een beenmergafname worden patiënten onder algehele narcose gebracht. Een chirurg brengt dan een grote naald rechtstreeks in de beenmergholte van gesteriliseerde botten van de onderrug. Het beenmerg wordt uit de botten gezogen door de naald meerdere malen in het bot te steken. Een typische beenmergafname duurt ongeveer twee uur en omvat de verwijdering van een liter beenmerg dat de stamcellen bevat. De belangrijkste bijwerking van deze procedure is ongemak op de plaats van de beenmergafname. Minder vaak voorkomende complicaties zijn bloedingen, infecties en zenuwbeschadigingen.
Het verzamelen van stamcellen uit het bloed is iets gecompliceerder dan het verzamelen uit beenmerg. Deze procedure wordt al meer dan een decennium veilig uitgevoerd. Het verzamelen van stamcellen uit het perifere bloed kan ook verscheidene klinische voordelen hebben in vergelijking met het verzamelen uit het beenmerg. Het belangrijkste voordeel van stamcellen uit perifeer bloed ten opzichte van beenmerg is dat er voldoende stamcellen uit perifeer bloed kunnen worden verzameld voor meerdere chemotherapiekuren met een hoge dosis. Dit kan belangrijke voordelen hebben voor de behandeling van verschillende bloedkankers en ook van vaste tumoren zoals borstkanker.
Stamcellen circuleren normaal in zeer kleine hoeveelheden in het bloed en kunnen uit het bloed worden verzameld via een kleine katheter die in de ader van een patiënt wordt ingebracht. Het aantal circulerende stamcellen in het bloed is verhoogd bij patiënten van wie het beenmerg zich herstelt van chemotherapie. Cytokinen (groeifactoren voor bloedcellen) die na myelosuppressieve chemotherapie aan patiënten worden toegediend, kunnen eveneens een honderdvoudige toename van het aantal in het bloed circulerende stamcellen veroorzaken. Injectie van cytokinen stimuleert een verhoogde productie van onrijpe en rijpe beenmergstamcellen en hun afgifte aan het bloed. Eenmaal in het bloed vrijgegeven, kunnen de stamcellen worden verzameld. Cytokinen kunnen ook zonder chemotherapie worden toegediend en een aanzienlijke toename van het aantal circulerende bloedstamcellen voor afname veroorzaken. Het proces van toediening van een cytokine of groeifactor met of zonder myelosuppressieve chemotherapie met het oog op het verzamelen van stamcellen wordt stamcelmobilisatie genoemd. Twee cytokines, Neupogen® en Leukine®, stimuleren de productie van stamcellen in het beenmerg en zijn goedgekeurd door de Food and Drug Administration voor gebruik bij patiënten om het aantal circulerende stamcellen te verhogen. Verscheidene andere cytokinen zijn in ontwikkeling.
Tijdens stamcelmobilisatie krijgen patiënten een injectie met een cytokine en worden dagelijks geëvalueerd. Het proces van het daadwerkelijk verzamelen van de stamcellen uit het bloed wordt aferese genoemd – dit begint wanneer er voldoende stamcellen in het bloed circuleren voor verzameling. Stamcellen worden met een aferesemachine verzameld uit het bloed dat door een katheter stroomt, die in een ader wordt ingebracht. Het bloed stroomt vanuit een ader door de katheter in de aferesemachine, die de stamcellen scheidt van de rest van het bloed en het bloed vervolgens teruggeeft aan het lichaam van de patiënt. De aferese wordt gedurende een aantal dagen uitgevoerd, totdat voldoende stamcellen zijn verzameld om de behandeling met hooggedoseerde chemotherapie te ondersteunen.
Stamcellen kunnen betrouwbaar worden geïdentificeerd en nauwkeurig worden gemeten omdat zij een specifieke marker of label op het stamceloppervlak hebben. Deze marker wordt het CD34-antigeen genoemd. Het meten van het aantal CD34-antigeen-positieve stamcellen is belangrijk omdat artsen nauwkeurig kunnen voorspellen hoe snel het beenmerg herstelt na toediening van een hoge dosis chemotherapie op basis van het aantal CD34-positieve stamcellen dat is toegediend. Dagelijkse meting van het CD34+ stamcelgehalte in het perifere bloed is ook nuttig bij het bepalen van het aantal dagen om aferese uit te voeren.
Een optimaal aantal stamcellen ter ondersteuning van een snel herstel van het beenmerg en de productie van bloedcellen na behandeling met hooggedoseerde chemotherapie is ongeveer 5 miljoen CD34+ cellen/ kg gewicht van de patiënt. Infusie van meer dan 5 miljoen cellen/kg leidt bij de meerderheid van de patiënten tot herstel van de beenmergbloedcelproductie in slechts negen tot tien dagen. Het minimale aantal stamcellen dat nodig is voor een veilig herstel van de beenmergbloedcelproductie is momenteel onbekend. Patiënten bij wie niet voldoende stamcellen worden geoogst, kunnen een tweede of derde keer stamcelmobilisatie ondergaan. In de meeste gevallen zullen patiënten voldoende stamcellen hebben om een transplantatie uit te voeren. Als stamcellen uit perifeer bloed vroeg in het ziekteverloop worden afgenomen, kunnen voldoende stamcellen worden verzameld om meerdere behandelingskuren te ondersteunen.
Vandaag de dag worden vrijwel alle autologe stamceltransplantaties uitgevoerd met stamcellen uit perifeer bloed die zijn afgenomen na mobilisatie met chemotherapie en Neupogen® of met Neupogen® alleen. Dit komt omdat stamcellen uit perifeer bloed gemakkelijker te oogsten zijn en resulteren in een sneller herstel van het aantal bloedcellen.
Een typische stamcelverzameling is ongemodificeerd en bevat rode bloedcellen, immuuncellen en stamcellen wanneer deze wordt bewerkt en opgeslagen. De stamcelverzameling kan echter worden gewijzigd met de bedoeling de behandeling van kanker te verbeteren. Artsen weten al vele jaren dat stamcelcollecties van sommige patiënten ook kankercellen bevatten. Veel artsen zijn van mening dat verwijdering van de kankercellen uit de stamcelcollectie de kans op genezing van een patiënt met hooggedoseerde chemotherapie en autologe stamceltransplantatie kan verbeteren. Elke methode om kankercellen uit de stamcelcollectie te verwijderen vereist dat genoeg kankercellen worden verwijderd om een verschil te maken, terwijl andere cellen die belangrijk zijn voor het beenmerg of het immuunherstel van de patiënt blijven bestaan.
Purging: Kankercellen kunnen uit het beenmerg of de perifere bloedstamcelcollectie worden verwijderd met verschillende technieken, die elk gebruik maken van monoklonale antilichamen die antigenen op de kankercellen herkennen en zich daaraan hechten. Zodra het antilichaam zich aan de kankercellen heeft gehecht, zijn er een aantal manieren om deze cellen uit het stamcelproduct te verwijderen. Bij één van deze doeltreffende technieken wordt het antilichaam gehecht aan microdeeltjes met een hoge dichtheid die het zware metaal nikkel bevatten. Nadat de stamcellen zijn gemengd met de microdeeltjes met hoge dichtheid, zakken de aangehechte cellen door het grotere gewicht snel naar de bodem van de wegwerpcontainer. Ze kunnen dan worden gescheiden en weggegooid, waarbij de stamcellen behouden blijven en de lichtere fractie vrijwel alle beoogde kankercellen bevat.
CD34 Selection: Mechanische technieken voor het verwijderen van kankercellen uit stamcelcollecties begon de ontwikkeling in het begin van de jaren 1990. Mechanische technieken werden ontworpen om alleen de stamcellen uit de stamcelcollectie te verwijderen of te selecteren. Men redeneerde dat het gemakkelijker zou zijn om een paar stamcellen te verwijderen die nodig zijn om hoge doses chemotherapie te ondersteunen dan te proberen alle kankercellen in een stamcelcollectie te doden of te verwijderen. Zodra de stamcellen waren verwijderd, konden de resterende cellen, met inbegrip van de kankercellen, worden weggegooid.
Om alleen stamcellen te verwijderen, moesten wetenschappers eerst in staat zijn de stamcellen op betrouwbare wijze te identificeren. Zodra de stamcellen konden worden geïdentificeerd, konden technieken worden ontwikkeld om de stamcellen te verwijderen van de andere cellen in de stamcelcollectie. Wetenschappers ontdekten dat stamcellen bepaalde markers (antigenen) op hun oppervlak hebben die hen van andere cellen onderscheiden. Een van de belangrijkste antigenen op stamcellen is het CD34-antigeen. Positieve selectie is een techniek die is ontwikkeld voor de scheiding van stamcellen van andere cellen. Bij deze methode wordt gebruik gemaakt van een apparaat dat de CD34-positieve stamcellen bindt en ze van de andere cellen in de stamcelcollectie verwijdert. CD34-positieve selectieapparaten zijn in klinische proeven geëvalueerd. Hoewel CD34-selectieapparaten in staat zijn grote aantallen kankercellen uit het stamcelproduct te verwijderen, verwijderen zij ook veel stamcellen en immuuncellen.
In de afgelopen twee decennia hebben veel artsen gewerkt aan manieren om kleine hoeveelheden beenmerg te laten groeien in een kweeksysteem buiten het lichaam. Indien kleine hoeveelheden stamcellen in een kweeksysteem zouden kunnen worden geëxpandeerd zoals zij zich in het lichaam bevinden, dan zouden de complicaties van het verzamelen van stamcellen uit beenmerg of bloed kunnen worden vermeden. In de loop der jaren hebben artsen de hormonen ontdekt die stamcellen aanzetten tot deling en vermenigvuldiging. Zij kunnen deze hormonen nu toevoegen aan een steriel kweeksysteem buiten het lichaam. Dit kweeksysteem heeft als bijkomend voordeel dat het de groei van de kankercellen niet ondersteunt. Men kan dus kleine aantallen stamcellen nemen die kankercellen bevatten, deze cellen in een kweeksysteem met de juiste hormonen plaatsen en een aanzienlijk aantal stamcellen produceren die geen kanker bevatten en geschikt zijn voor transplantatie.
Dokters van drie Amerikaanse medische centra hebben in het tijdschrift Blood de eerste autologe transplantaties gemeld waarbij geëxpandeerde stamcellen zijn gebruikt. Onder plaatselijke verdoving verkregen zij kleine monsters beenmerg van 19 patiënten met borstkanker en plaatsten deze cellen gedurende 12 dagen in een expansiesysteem. Deze 19 patiënten kregen een hoge dosis chemotherapie met cyclofosfamide, Paraplatin® en Thioplex®, gevolgd door de infusie van de geëxpandeerde cellen. De gemiddelde tijd tot herstel van het bloedbeeld was vergelijkbaar met de tijd die werd waargenomen na beenmerginfusie, maar was langzamer dan is waargenomen na infusie van autologe stamcellen uit perifeer bloed. Deze techniek gaat echter gepaard met de infusie van rijpere en functionelere witte bloedcellen, wat voor de patiënt in de eerste week na de transplantatie een extra voordeel kan betekenen bij het voorkomen van infecties. Eén patiënt had kankercellen in het beenmerg vóór de behandeling, maar kankercellen werden niet gedetecteerd in de geëxpandeerde stamcellen die werden geïnfundeerd na hoge-dosis chemotherapie.
Deze klinische proef toont duidelijk het potentieel aan voor het gebruik van geëxpandeerde beenmergstamcellen voor autologe transplantatie. Momenteel is het niet duidelijk wie bij voorkeur baat zou hebben bij deze techniek en wie beter gediend zou zijn met een bloedstamceltransplantatie. Dit zou een waardevolle techniek zijn als deze met succes zou kunnen worden toegepast bij patiënten bij wie het beenmerg beschadigd is door chemotherapie of bestraling en die onvoldoende stamcellen hebben om een autologe transplantatie uit te voeren. Patiënten met kanker in het beenmerg zouden er baat bij hebben als de kankercellen door de kweektechniek consequent zouden kunnen worden geëlimineerd. Deze techniek kan ook worden gebruikt voor de expansie van navelstrengbloed wanneer de aantallen stamcellen die uit deze bron worden verkregen onvoldoende zijn voor allogene transplantatie bij volwassenen. Deze klinische proef zou dus een zeer belangrijke ontwikkeling op het gebied van transplantatie kunnen zijn en slechts het begin van onderzoek op dit gebied.