Efter högdos kemoterapi för behandling av cancer är infusion av stamceller nödvändig för att säkerställa återhämtning av benmärgens funktion och produktion av röda blodkroppar, vita blodkroppar och trombocyter. Historiskt sett har stamcellerna tagits från benmärgen, men många cancercentra har nyligen infört praxis att samla in stamceller från perifert blod. Autologa stamceller måste samlas in, eller skördas, från en patient före behandling med högdos kemoterapi. De insamlade stamcellerna fryses sedan ner och kan förvaras i många år. Stamceller kan också bearbetas på ett sätt som avlägsnar cancerceller och/eller försöker aktivera immunceller i stamcellssamlingen i syfte att behandla cancern.
Samlingen av stamceller från benmärg har utförts på ett säkert sätt i över 30 år. En benmärgshämtning är relativt enkel och sker vanligtvis i operationssalen. Under en benmärgshämtning får patienterna allmänbedövning. En kirurg för sedan in en stor nål direkt i benmärgshålan i ben i nedre delen av ryggen, som har steriliserats. Benmärgen sugs ut ur benen genom att nålen förs in i benet flera gånger. En typisk benmärgshämtning tar ungefär två timmar och innebär att man tar ut en liter benmärg som innehåller stamcellerna. Den viktigaste biverkningen av detta förfarande är obehag på platsen för benmärgsuttaget. Ovanliga komplikationer är blödning, infektion och nervskador.
Hämtning av stamceller från blodet är något mer komplicerat än hämtade från benmärg. Detta förfarande har utförts på ett säkert sätt i över ett decennium. Insamling av stamceller från det perifera blodet kan också ha flera kliniska fördelar jämfört med insamling från benmärg. Den största fördelen med stamceller från perifert blod jämfört med benmärg är att tillräckligt många perifera blodceller kan samlas in för att stödja flera kurser av högdos kemoterapi. Detta kan ha betydande fördelar för behandling av flera blodcancerformer samt solida tumörer som bröstcancer.
Stamceller cirkulerar normalt i blodet i mycket små mängder och kan samlas in från blodet genom en liten kateter som förs in i en patientens ven. Antalet cirkulerande stamceller i blodet ökar hos patienter vars benmärg återhämtar sig från kemoterapi. Cytokiner (tillväxtfaktorer för blodceller) som ges till patienter efter myelosuppressiv kemoterapi kan också orsaka en 100-faldig ökning av antalet stamceller som cirkulerar i blodet. Injektion av cytokiner stimulerar ökad produktion av omogna och mogna stamceller från benmärgen och deras frisättning i blodet. När stamcellerna har släppts ut i blodet kan de samlas in. Cytokiner kan också administreras utan kemoterapi och orsaka en betydande ökning av antalet cirkulerande blodstamceller för insamling. Processen att ge ett cytokin eller en tillväxtfaktor med eller utan myelosuppressiv kemoterapi i syfte att samla in stamceller kallas stamcellsmobilisering. Två cytokiner, Neupogen® och Leukine®, stimulerar benmärgens produktion av stamceller och är godkända av Food and Drug Administration för användning hos patienter för att öka antalet cirkulerande stamceller. Flera andra cytokiner är under utveckling.
Under stamcellsmobiliseringen får patienterna en injektion av en cytokin och utvärderas dagligen. Processen att faktiskt samla in stamcellerna från blodet kallas aferes – den börjar när det finns tillräckligt med stamceller som cirkulerar i blodet för att kunna samlas in. Stamcellerna samlas in med en aferesmaskin från blodet som strömmar genom en kateter som förs in i en ven. Blodet strömmar från en ven genom katetern in i aferesmaskinen, som separerar stamcellerna från resten av blodet och sedan återför blodet till patientens kropp. Aferes utförs i flera dagar tills tillräckligt många stamceller har samlats in för att stödja behandling med högdos kemoterapi.
Stamceller kan identifieras på ett tillförlitligt sätt och mätas exakt eftersom de har en specifik markör eller etikett på stamcellens yta. Denna markör kallasCD34-antigen. Att mäta antalet CD34-antigen-positiva stamceller är viktigt eftersom läkarna exakt kan förutsäga hur snabbt benmärgen återhämtar sig efter administrering av högdos kemoterapi baserat på antalet CD34-positiva stamceller som infunderas. Daglig mätning av CD34+ stamcellsinnehållet i perifert blod är också användbart för att bestämma antalet dagar för att utföra aferes.
Ett optimalt antal stamceller för att stödja snabb benmärgsrekonstruktion och blodcellsproduktion efter behandling med högdos kemoterapi är cirka 5 miljoner CD34+ celler/kg patientvikt. Infusion av över 5 miljoner celler/kg resulterar i att majoriteten av patienterna återfår benmärgens blodcellsproduktion på endast nio till tio dagar. Det minsta antalet stamceller som krävs för att säkerställa en säker återhämtning av benmärgens blodcellsproduktion är för närvarande okänt. Patienter som inte får tillräckligt många stamceller uttagna kan genomgå stamcellsmobilisering en andra eller tredje gång. I de flesta fall kommer patienterna och ha tillräckligt med stamceller för att genomföra en transplantation. Om perifera blodstamceller skördas tidigt i sjukdomsförloppet kan tillräckligt med stamceller samlas in för att stödja flera behandlingskurser.
I dag utförs praktiskt taget alla autologa stamcellstransplantationer med perifera blodstamceller som samlats in efter mobilisering med kemoterapi och Neupogen® eller med enbart Neupogen®. Detta beror på att perifera blodstamceller är lättare att skörda och resulterar i en snabbare återhämtning av blodcellsantalet.
En typisk stamcellsinsamling är oförändrad och innehåller röda blodkroppar, immunceller och stamceller när den bearbetas och lagras. Stamcellssamlingen kan dock modifieras i syfte att förbättra behandlingen av cancer. Läkare har i många år vetat att stamcellssamlingar från vissa patienter också innehåller cancerceller. Många läkare anser att avlägsnande av cancercellerna från stamcellssamlingen skulle kunna förbättra patientens chans att bli botad med högdos kemoterapi och autolog stamcellstransplantation. Alla metoder för att avlägsna cancerceller från stamcellssamlingen kräver att tillräckligt många cancerceller avlägsnas för att göra skillnad, medan andra celler som är viktiga för patientens benmärg eller immunförsvarets återhämtning finns kvar.
Purging: Cancerceller kan avlägsnas från benmärgen eller samlingen av stamceller från det perifera blodet med hjälp av flera olika tekniker som alla använder monoklonala antikroppar som känner igen och fäster sig vid antigener på cancercellerna. När antikroppen väl har fäst sig vid cancercellerna finns det ett antal sätt att eliminera dessa celler från stamcellsprodukten. I en sådan effektiv teknik fästs antikroppen vid mikropartiklar med hög densitet som innehåller tungmetallen nickel. När stamcellerna har blandats med mikropartiklarna med hög densitet lägger sig de fastsatta cellerna snabbt på botten av engångsbehållaren på grund av den högre vikten. De kan sedan separeras och kasseras, varvid stamcellerna bevaras och den lättare fraktionen blir tömd på praktiskt taget alla målinriktade cancerceller.
CD34-urval: Mekaniska tekniker för att avlägsna cancerceller från stamcellssamlingar började utvecklas i början av 1990-talet. Mekaniska tekniker utformades för att avlägsna eller selektera endast stamcellerna från stamcellssamlingen. Man resonerade att det skulle vara lättare att ta bort ett fåtal stamceller som är nödvändiga för att stödja högdos kemoterapi än att försöka döda eller ta bort alla cancerceller i en stamcellssamling. När stamcellerna väl hade avlägsnats kunde de återstående cellerna, inklusive cancercellerna, kasseras.
För att endast ta bort stamceller måste forskarna först kunna identifiera stamcellerna på ett tillförlitligt sätt. När stamcellerna väl kunde identifieras kunde man sedan utveckla tekniker för att ta bort stamcellerna från de andra cellerna i stamcellssamlingen. Forskarna upptäckte att stamceller har vissa markörer (antigener) på sin yta som skiljer dem från andra celler. En av de viktigaste antigenerna på stamceller är CD34-antigenet. Positiv selektion är en teknik som utvecklats för att separera stamceller från andra celler. Vid denna metod används en anordning som binder de CD34-positiva stamcellerna och avlägsnar dem från de andra cellerna i stamcellssamlingen. Anordningar för CD34-positivt urval har utvärderats i kliniska prövningar. Även om CD34-selektionsanordningar kan ta bort ett stort antal cancerceller från stamcellsprodukten, tar de också bort många stamceller och immunceller.
Under de senaste två decennierna har många läkare arbetat med att hitta sätt att få små mängder benmärg att växa i ett kultursystem utanför kroppen. Om små mängder stamceller skulle kunna expanderas i ett kultursystem på samma sätt som de finns i kroppen, skulle man kunna undvika komplikationerna med att samla in stamceller från benmärg eller blod. Under årens lopp har läkarna upptäckt de hormoner som talar om för stamcellerna att dela sig och föröka sig. De kan nu tillsätta dessa hormoner i ett sterilt odlingssystem utanför kroppen. Detta odlingssystem har dessutom den fördelen att det inte stöder cancercellernas tillväxt. Man skulle alltså kunna ta ett litet antal stamceller som innehöll cancerceller, placera dessa celler i ett odlingssystem med lämpliga hormoner och producera ett betydande antal stamceller som inte innehåller cancer och som är lämpliga för transplantation.
Läkare vid tre amerikanska medicinska centra har rapporterat om de första autologa transplantationerna med hjälp av expanderade stamceller i tidskriften Blood. Med lokalbedövning tog de små prover av benmärg från 19 patienter med bröstcancer och placerade dessa celler i ett expansionssystem i 12 dagar. Dessa 19 patienter fick högdos kemoterapi med cyklofosfamid, Paraplatin® och Thioplex® följt av infusion av de expanderade cellerna. Den genomsnittliga tiden för återhämtning av blodvärdena liknade den som observerades efter infusion av benmärg, men var långsammare än vad som har observerats efter infusion av autologa perifera blodstamceller. Denna teknik är dock förknippad med infusion av mer mogna och funktionella vita blodkroppar, vilket kan vara till extra nytta för patienten under den första veckan efter transplantationen för att förebygga infektioner. En patient hade cancerceller i benmärgen före behandlingen, men cancerceller upptäcktes inte i de expanderade stamcellerna som infunderades efter högdos kemoterapi.
Denna kliniska prövning visar tydligt på potentialen för användning av expanderade benmärgsstamceller för autolog transplantation. För närvarande är det inte klart vem som företrädesvis skulle gynnas av denna teknik och vem som skulle vara bättre betjänt av en blodstamcellstransplantation. Detta skulle vara en värdefull teknik om den kunde genomföras med framgång hos patienter som har skadad benmärg till följd av kemoterapi eller strålbehandling och som inte har tillräckligt med stamceller för att utföra en autolog transplantation. Patienter med cancer i benmärgen skulle gynnas om cancercellerna konsekvent kunde elimineras genom odlingstekniken. Denna teknik kan också användas för att expandera navelsträngsblod när antalet stamceller från denna källa är otillräckligt för allogen transplantation till vuxna. Denna kliniska prövning kan således vara en mycket viktig utveckling inom transplantationsområdet och bara början på forskningen på detta område.