Dopo la somministrazione di chemioterapia ad alte dosi per il trattamento del cancro, l’infusione di cellule staminali è necessaria per garantire il recupero della funzione del midollo osseo e la produzione di globuli rossi, globuli bianchi e piastrine. Storicamente, le cellule staminali venivano raccolte dal midollo osseo, tuttavia molti centri oncologici hanno recentemente adottato la pratica di raccogliere le cellule staminali dal sangue periferico. Le cellule staminali autologhe devono essere prelevate, o raccolte, da un paziente prima del trattamento con chemioterapia ad alte dosi. Le cellule staminali raccolte vengono poi congelate e possono essere conservate per molti anni. Le cellule staminali possono anche essere trattate in modi che rimuovono le cellule tumorali e/o tentano di attivare le cellule immunitarie nella raccolta di cellule staminali allo scopo di trattare il cancro.
La raccolta di cellule staminali dal midollo osseo è stata eseguita in sicurezza per oltre 30 anni. Un prelievo di midollo osseo è relativamente semplice e in genere avviene in sala operatoria. Durante un prelievo di midollo osseo, i pazienti ricevono un’anestesia generale. Un chirurgo inserisce poi un grande ago direttamente nella cavità del midollo osseo delle ossa della parte bassa della schiena, che è stata sterilizzata. Il midollo osseo viene aspirato, o succhiato, dalle ossa inserendo l’ago nell’osso più volte. Un tipico prelievo di midollo osseo dura circa due ore e comporta la rimozione di un litro di midollo osseo contenente le cellule staminali. Il principale effetto collaterale di questa procedura è il disagio nel sito del prelievo di midollo osseo. Complicazioni infrequenti includono emorragie, infezioni e danni ai nervi.
La raccolta di cellule staminali dal sangue è leggermente più complicata della raccolta dal midollo osseo. Questa procedura è stata eseguita in modo sicuro per oltre un decennio. La raccolta di cellule staminali dal sangue periferico può anche avere diversi vantaggi clinici rispetto alla raccolta dal midollo osseo. Il vantaggio principale delle cellule staminali del sangue periferico rispetto al midollo osseo è che si possono raccogliere abbastanza cellule del sangue periferico per sostenere diversi cicli di chemioterapia ad alte dosi. Questo può avere vantaggi significativi per il trattamento di diversi tumori del sangue e di tumori solidi come il cancro al seno.
Le cellule staminali normalmente circolano nel sangue in quantità molto piccole e possono essere raccolte dal sangue attraverso un piccolo catetere inserito in una vena del paziente. Il numero di cellule staminali circolanti nel sangue è aumentato nei pazienti il cui midollo osseo si sta riprendendo dalla chemioterapia. Le citochine (fattori di crescita delle cellule del sangue) somministrate ai pazienti dopo la chemioterapia mielosoppressiva possono anche causare un aumento di 100 volte del numero di cellule staminali circolanti nel sangue. L’iniezione di citochine stimola un aumento della produzione di cellule staminali immature e mature del midollo osseo e il loro rilascio nel sangue. Una volta rilasciate nel sangue, le cellule staminali possono essere raccolte. Le citochine possono anche essere somministrate senza chemioterapia e causare un aumento sostanziale del numero di cellule staminali del sangue circolanti per la raccolta. Il processo di somministrazione di una citochina o di un fattore di crescita con o senza chemioterapia mielosoppressiva allo scopo di raccogliere le cellule staminali viene definito mobilizzazione delle cellule staminali. Due citochine, Neupogen® e Leukine®, stimolano la produzione di cellule staminali da parte del midollo osseo e sono approvate dalla Food and Drug Administration per l’uso nei pazienti per aumentare il numero di cellule staminali in circolazione. Diverse altre citochine sono in fase di sviluppo.
Durante la mobilizzazione delle cellule staminali, i pazienti ricevono un’iniezione di una citochina e vengono valutati quotidianamente. Il processo di raccolta effettiva delle cellule staminali dal sangue è chiamato aferesi – questo inizia quando ci sono sufficienti cellule staminali in circolazione nel sangue per la raccolta. Le cellule staminali vengono raccolte con una macchina per aferesi dal sangue che scorre attraverso un catetere, che viene inserito in una vena. Il sangue scorre da una vena attraverso il catetere nella macchina per aferesi, che separa le cellule staminali dal resto del sangue e poi restituisce il sangue al corpo del paziente. L’aferesi viene eseguita per diversi giorni fino a quando non sono state raccolte abbastanza cellule staminali per sostenere il trattamento con chemioterapia ad alte dosi.
Le cellule staminali possono essere identificate in modo affidabile e misurate con precisione perché hanno un marcatore specifico o un’etichetta sulla superficie delle cellule staminali. Questo marcatore è chiamato antigene CD34. Misurare il numero di cellule staminali positive all’antigene CD34 è importante perché i medici possono prevedere con precisione quanto velocemente il midollo osseo si riprende dopo la somministrazione di chemioterapia ad alte dosi in base al numero di cellule staminali CD34-positive infuse. La misurazione giornaliera del contenuto di cellule staminali CD34+ del sangue periferico è utile anche per determinare il numero di giorni in cui eseguire l’aferesi.
Un numero ottimale di cellule staminali per sostenere un rapido recupero del midollo osseo e la produzione di cellule del sangue dopo il trattamento con chemioterapia ad alte dosi è di circa 5 milioni di cellule CD34+/kg di peso del paziente. L’infusione di oltre 5 milioni di cellule/kg ha come risultato che la maggior parte dei pazienti recupera la produzione di cellule ematiche del midollo osseo in soli 9-10 giorni. Il numero minimo di cellule staminali necessarie per garantire un recupero sicuro della produzione di cellule ematiche del midollo osseo è attualmente sconosciuto. I pazienti che non hanno abbastanza cellule staminali raccolte possono sottoporsi alla mobilitazione delle cellule staminali una seconda o terza volta. Nella maggior parte dei casi, i pazienti avranno e avranno abbastanza cellule staminali per eseguire un trapianto. Se le cellule staminali del sangue periferico vengono raccolte all’inizio del decorso della malattia, si possono raccogliere cellule staminali sufficienti per sostenere più cicli di trattamento.
Oggi, praticamente tutti i trapianti autologhi di cellule staminali vengono eseguiti con cellule staminali del sangue periferico raccolte dopo la mobilizzazione con chemioterapia e Neupogen® o solo con Neupogen®. Questo perché le cellule staminali del sangue periferico sono più facili da raccogliere e risultano in un recupero più rapido del numero di cellule del sangue.
Una tipica raccolta di cellule staminali non è modificata e contiene globuli rossi, cellule immunitarie e cellule staminali quando viene trattata e conservata. La collezione di cellule staminali, tuttavia, può essere modificata con l’intento di migliorare il trattamento del cancro. I medici sanno da molti anni che le collezioni di cellule staminali di alcuni pazienti contengono anche cellule tumorali. Molti medici credono che la rimozione delle cellule cancerose dalla collezione di cellule staminali potrebbe migliorare le possibilità di cura di un paziente con la chemioterapia ad alte dosi e il trapianto autologo di cellule staminali. Qualsiasi metodo di rimozione delle cellule tumorali dalla collezione di cellule staminali richiede che venga rimosso un numero sufficiente di cellule tumorali per fare la differenza, mentre altre cellule importanti per il midollo osseo o il recupero immunitario del paziente rimangono.
Purgo: Le cellule tumorali possono essere rimosse dal midollo osseo o dalla raccolta di cellule staminali del sangue periferico con diverse tecniche, ognuna delle quali utilizza anticorpi monoclonali che riconoscono e aderiscono agli antigeni sulle cellule tumorali. Una volta che l’anticorpo si attacca alle cellule tumorali, ci sono diversi modi per eliminare queste cellule dal prodotto delle cellule staminali. In una di queste tecniche efficaci, l’anticorpo è attaccato a microparticelle ad alta densità contenenti il metallo pesante nichel. Dopo che le cellule staminali vengono mescolate con le microparticelle ad alta densità, le cellule attaccate si depositano rapidamente sul fondo del contenitore monouso a causa del maggior peso. Possono quindi essere separate e scartate, preservando le cellule staminali e lasciando la frazione più leggera priva praticamente di tutte le cellule tumorali bersaglio.
Selezione CD34: Le tecniche meccaniche per rimuovere le cellule tumorali dalle collezioni di cellule staminali hanno iniziato a svilupparsi nei primi anni ’90. Le tecniche meccaniche sono state progettate per rimuovere o selezionare solo le cellule staminali dalla collezione di cellule staminali. Si pensava che sarebbe stato più facile rimuovere poche cellule staminali necessarie per sostenere la chemioterapia ad alte dosi, piuttosto che tentare di uccidere o rimuovere tutte le cellule tumorali in una collezione di cellule staminali. Una volta rimosse le cellule staminali, le cellule rimanenti, comprese le cellule tumorali, potrebbero essere scartate.
Per poter rimuovere solo le cellule staminali, gli scienziati dovevano prima essere in grado di identificare in modo affidabile le cellule staminali. Una volta che le cellule staminali potevano essere identificate, le tecniche potevano essere sviluppate per rimuovere le cellule staminali dalle altre cellule della collezione di cellule staminali. Gli scienziati hanno scoperto che le cellule staminali hanno certi marcatori (antigeni) sulla loro superficie che le distinguono dalle altre cellule. Uno dei principali antigeni sulle cellule staminali è l’antigene CD34. La selezione positiva è una tecnica sviluppata per la separazione delle cellule staminali da altre cellule. Questo metodo utilizza un dispositivo che lega le cellule staminali CD34-positive e le rimuove dalle altre cellule della collezione di cellule staminali. I dispositivi di selezione CD34-positivi sono stati valutati in studi clinici. Sebbene i dispositivi di selezione CD34 siano in grado di rimuovere un gran numero di cellule tumorali dal prodotto di cellule staminali, essi rimuovono anche molte cellule staminali e cellule immunitarie.
Negli ultimi due decenni, molti medici hanno lavorato su come far crescere piccole quantità di midollo osseo in un sistema di coltura fuori dal corpo. Se piccole quantità di cellule staminali potessero essere espanse in un sistema di coltura come se fossero nel corpo, allora le complicazioni della raccolta di cellule staminali dal midollo osseo o dal sangue potrebbero essere evitate. Nel corso degli anni, i medici hanno scoperto gli ormoni che dicono alle cellule staminali di dividersi e moltiplicarsi. Ora possono aggiungere questi ormoni a un sistema di coltura sterile fuori dal corpo. Questo sistema di coltura ha l’ulteriore vantaggio di non sostenere la crescita delle cellule tumorali. Così, si potrebbe prendere un piccolo numero di cellule staminali che contengono cellule tumorali, mettere queste cellule in un sistema di coltura con gli ormoni appropriati e produrre un numero significativo di cellule staminali che non contengono il cancro e sono adatte al trapianto.
I medici di tre centri medici statunitensi hanno riportato i primi trapianti autologhi utilizzando cellule staminali espanse nella rivista Blood. Con anestesia locale, hanno ottenuto piccoli campioni di midollo osseo da 19 pazienti con cancro al seno e hanno messo queste cellule in un sistema di espansione per 12 giorni. Questi 19 pazienti hanno ricevuto una chemioterapia ad alte dosi con ciclofosfamide, Paraplatin® e Thioplex® seguita dall’infusione delle cellule espanse. Il tempo medio di recupero della conta ematica è stato simile a quello osservato dopo l’infusione di midollo osseo, ma è stato più lento di quello osservato dopo l’infusione autologa di cellule staminali del sangue periferico. Tuttavia, questa tecnica è associata all’infusione di globuli bianchi più maturi e funzionali, che possono essere di ulteriore beneficio per il paziente nella prima settimana dopo il trapianto nella prevenzione delle infezioni. Un paziente aveva cellule tumorali nel midollo osseo prima del trattamento, ma le cellule tumorali non sono state rilevate nelle cellule staminali espanse che sono state infuse dopo la chemioterapia ad alte dosi.
Questo studio clinico dimostra chiaramente il potenziale per l’utilizzo di cellule staminali del midollo osseo espanse per il trapianto autologo. Attualmente, non è chiaro chi beneficerebbe in modo preferenziale di questa tecnica e chi sarebbe meglio con un trapianto di cellule staminali del sangue. Questa sarebbe una tecnica preziosa se potesse essere eseguita con successo in pazienti che hanno il midollo osseo danneggiato dalla chemioterapia o dalla radioterapia e che non hanno abbastanza cellule staminali per eseguire un trapianto autologo. I pazienti con cancro nel midollo osseo beneficerebbero se le cellule cancerose potessero essere eliminate in modo coerente dalla tecnica di coltura. Questa tecnica può anche essere usata per espandere il sangue del cordone ombelicale dove il numero di cellule staminali ottenute da questa fonte è inadeguato per il trapianto allogenico negli adulti. Quindi, questa sperimentazione clinica potrebbe essere uno sviluppo molto importante nel campo dei trapianti e solo l’inizio della ricerca in questo settore.