![]() |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
(Foetale) stress durante partu en de kwaliteit van navelstrengbloed voor transplantatie doeleinden. |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dr Sicco Scherjon, afdeling Verloskunde LUMC | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
mede namens Drs Frans Lim, Prof Dr
Humphrey Kanhai, afdeling Verloskunde LUMC, en Dr Wim Fibbe en Prof Dr
Fred Falkenburg afdeling Hematologie LUMC
Introductie Hematopoietische stamcellen (HSC) zijn de voorlopers van alle circulerende bloed cellen. Naast de rode cellen en bloedplaatjes zijn ook de witte bloedcellen, zoals weefselmacrofagen en lymphoïde cellen afkomstig van dezelfde voorlopers. HSC aanwezig in onder meer het beenmerg worden gekenmerkt door een bepaald "cellulair differentiatie" (CD) antigeen op de celmembraan, het CD34+ antigeen. Deze CD34+ cellen kunnen behalve in beenmerg, ook worden aangetroffen in het perifere bloed (al dan niet na stimulatie) en in navelstreng bloed. Foetaal bloed en dus navelstreng bloed heeft evenveel CD34+ cellen -ongeveer 1%- als gevonden in beenmerg van een volwassenen1. Voorloper cellen van verschillende hematologische cellijnen verkregen uit navelstrengbloed kunnen gekweekt worden. Na deze ontwikkeling werden in het diermodel de eerste transplantaties gerealiseerd. De eerste humane transplantatie met behulp van uit navelstreng verkregen stamcellen (HSC-UCB) werd in 1988 uitgevoerd1,2. HSC verkregen uit navelstreng bloed en placenta blijken goed gebruikt te kunnen worden voor allogene stamceltransplantatie zowel bij kinderen als bij volwassenen6,7. In het algemeen betreft de indicatie voor HSC-UCB vooral (maligne) hematologische ziekten, zoals acute leukemie, maar ook hemoglobinopathieën, zoals thalassemia major 3 en sikkelcel ziekte, vormen een toekomstig indicatie gebied4. In tabel 1 wordt een opsomming van de mogelijke indicatie voor stamcel transplantaties gegeven. Beenmergtransplantaties met behulp van stamcellen verkregen uit navelstreng bloed zijn recentelijk wereldwijd in frequentie duidelijk toegenomen. Via het Eurocord Register zijn meer dan 250 transplantaties geregistreerd, terwijl bijvoorbeeld via de New York Cord Blood Bank al meer dan 500 patiënten getransplanteerd zijn 5,6. Op dit moment zijn er wereldwijd meer dan 20.000 eenheden navelstreng bloed ingevroren, die via het Netcord network gematched kunnen worden met een geschikte te transplanteren patiënt. Eurocord, het Europese samenwerkingsverband dat vanuit Leiden wordt gecoördineerd, heeft zich ondermeer toegelegd op het standaardiseren van afname en opslag, het verrichten van onderzoek en het uitwisselen van transplantaten. Ook wordt de klinische evaluatie van uitgevoerde transplantaties van hieruit gecoördineerd. De enorme recente belangstelling voor navelstrengbloed voor zowel autologe en recent ook allogene transplantatie is ook gelegen in het gegeven dat een UCB een lage immunogeniteit vertoont.
Tabel 1
Aanvankelijk werd voor transplantaties met navelstreng bloed (UCB) gebruikt van HLA identieke broertjes of zusjes. Later bleek ook UCB van HLA niet-identieke broertjes of zusjes of zelfs een UCB transplantatie met niet gerelateerde, wel HLA gematched UCB zeer geschikt voor transplantatie8. De overleving bij het gebruik van familiare donoren is tweemaal hoger (63%) dan indien er gebruik gemaakt wordt van ongerelateerde donoren (29%-48%)4,5. Engraftment is de term voor het aanslaan van het transplantaat. Hiervoor wordt overigens geen verschil gevonden tussen familiaire en niet-familiaire donoren, respectievelijk 79% en 87%5. Sommige centra bereiken een engraftment van 95 % (CI 78- 96%)6. Een belangrijke factor die het succes van een transplantatie (zowel voor engraftment als ook voor overleving) mede bepaald is het aantal kernhoudende cellen in het transplantaat. In het algemeen wordt gestreefd om tenminste 1-5.107 kernhoudende cellen/kg lichaamsgewicht voor het transplantaat te gebruiken6. Dit bevat ongeveer 2-5 x 105/kg CD 34+ cellen8. Daarnaast wordt de kans op "engraftment" van het transplaat mede verhoogd door een sterkere HLA gelijkenis tussen transplantaat ontvanger en donor en de leeftijd van de ontvanger -hoe jonger, des te betere "engraftment". Een verdere belangrijke variabele is het optreden van een chronische "graft versus host disease (GVHD)- reactie, een ziekte waarbij de ontvanger van het transplantaat ziek wordt op basis van het transplantaat dat door een onvoldoende match op HLA niveau een afstotingsreactie (door immunocompetente T-cellen) ontstaat. Dit komt minder vaak voor bij het gebruik maken van een navelstrengtransplantaat. Deze kans is verminderd door de relatieve onrijpheid van de (foetale) UCB cellen waardoor een chronische GVHD minder vaak voorkomt na een UCB stamcel donatie dan na een beenmerg stamcel transplantatie of na transplantatie van cellen verkregen uit perifeer bloed na mobilisatie van deze cellen uit (volwassen) beenmerg4,7. Er zou ook een groter verschil in HLA tussen donor en ontvanger getolereerd kunnen worden. Dit kan echter onvoldoende verklaard worden door verschillen in cytotoxische and T-helper cellen aangezien deze even frequent voorkomen in bloed van volwassen in vergelijking tot UCB14. Er zijn aanwijzingen dat in navelstreng bloed meer naïeve, niet volledig functionele T-cellen (CD 45 RA +) voorkomen (ten opzichte van de meer rijpere T-cellen (CD 45 RO+). Ook een toegenomen activiteit van CD8+ suppressor cellen zou de gedeeltelijk verminderde alloreactiviteit van navelstreng bloed kunnen verklaren6.
Samenvattend is er een groot belang, naast het verkrijgen van een voldoende volume aan UCB, om ook te streven naar een zo hoog mogelijk aantal voorloper cellen in het transplantaat. Daarnaast is een groot voordeel van een UCB dat het relatief makkelijk te verkrijgen is. Leids onderzoek, uitgevoerd in samenwerking met de afdelingen hematologie en verloskunde van het LUMC bekijkt de variabelen van invloed op de kwaliteit van het navelstreng bloed10.
Het verkrijgen van stamcellen uit een UCB Er zijn twee methoden van UCB afname, een met de placenta nog in utero; bij de andere methode wordt het bloed afgenomen in een aparte ruimte naast de verloskamer. Bij de laatste methode zou de opbrengst ietsje minder zijn ±80cc in vergelijking tot ±100cc bij de eerste methode2. Opmerkelijk is afnavelen met de baby op de buik het volume van de UCB meer dan verdubbeld (108cc versus 43cc) en daarmee het absolute CD34+ cel aantal vergroot in vergelijking met afnavelen waarbij het kind lager werd gehouden11. Daarnaast wordt er gebruik gemaakt van zogenaamde gesloten of open systemen, waarbij de laatste als mogelijk nadeel kan hebben dat er bacteriële contaminatie optreedt. Het verkregen volume lijkt niet afhankelijk te zijn of de bevalling vaginaal is geweest of per sectio6. Om zo veel mogelijk kernhoudende cellen te behouden zijn er bloedbanken die de gehele UCB donatie invriezen. Andere bloedbanken verwijderen binnen 24 uur de erytrocyten en vriezen daarmee een veel kleinere hoeveelheid in (bij -196° C). Normale proliferatieve eigenschappen van de stamcellen blijken dan meer dan 10 jaar aanwezig te blijven Er is verder een duidelijke relatie tussen enerzijds placenta gewicht, interval van afnavelen, snelheid van verwerking van het transplantaat, het verzamelde volume en anderzijds het aantal stamcellen. Gemiddeld wordt ongeveer 100 cc navelstrengbloed verkregen (37-360 cc) met een mediaan kernhoudende cellen aantal van 10.8x108 (1.3-58), waarvan dan weer 3.8 X 106 cellen zg CD 34+ zijn5. Er wordt naast virologisch en bacteriologisch onderzoek ook een HLA typering van het UCB verricht. Voor deze onderzoeken is toestemming van de moeder vereist, iets wat in Nederland lang voor de verwachte bevallingsdatum wordt gevraagd.
Stamcelbiologie Erytropoiesis vindt in de humane situatie allereerst plaats in de dooierzak en later dorsale aorta, waarna het voornamelijk plaats vindt in de lever en het beenmerg12. Primitieve erytroïde cellen worden al aangetroffen in de dooierzak op de 18e postconceptionele dag. Vanaf de 4e week neemt de foetale lever deze taak langzaam over. In het tweede trimester (vanaf 20 weken) wordt het beenmerg het belangrijkste orgaan voor de hematopoiesis, waarbij de lever uiteindelijk rondom de geboorte geen bijdrage meer heeft aan de erytropoiesis. In navelstreng bloed wordt een hoge frequentie gevonden van immature (pluripotente) hematopoeitische voorloper en/of stamcellen, gekenmerkt door het CD34+ cel oppervlakte antigeen. Stamcellen verkregen uit een UCB hebben mogelijke (grote) voordelen ten opzichte van volwassen stamcellen, met name proliferatieve voordelen13, wat zich weerspiegelt in een kortere cel cyclus, het vinden van meer kolonies na het kweken van een UCB13, een grotere productie van groeifactoren door het transplantaat zelf en er worden daarnaast ook langere telomeren gevonden. De capaciteit van een stamcel om zich in een andere omgeving te "repopulariseren" is afhankelijk van het aantal celdelingen dat deze ondergaan heeft: hoe jonger de cel hoe groter dit vermogen. Deze factoren duiden allen op een grotere proliferatieve capaciteit van het UCB transplantaat en zijn daardoor van invloed op de engraftment. Daarbij heeft een UCB verkregen na een korte zwangerschapsduur (17-24 weken) een bijna 10 maal grotere kolonie vormend vermogen (na maximale stimulatie) dan een UCB verkregen na een partus à terme13. Vanaf 17 weken tot 41 weken wordt er een geleidelijke afname gezien (met een factor 5) van hematopoeitische voorloper cellen en CD 34+ stamcellen. Daarnaast bevat foetaal bloed verkregen bij een zwangerschapsduur van 16 weken een 35 maal hogere frequentie van burst-forming units erytroid (BFU-E), als maat voor proliferatie dan gevonden in volwassen perifeer bloed13.
Ethische overwegingen Met name het testen van de UCBs en het private en vertrouwelijke karakter van deze test resultaten, vormen naast bijvoorbeeld eigendomsoverwegingen belangrijke punten in de ethische discussie rondom HSC-UCB15. Om de veiligheid van het transplantaat te waarborgen moet zowel het transplantaat als de moeder getest worden op infectieuze ziekten. Daarnaast moet er een betrouwbare anamnese zowel van de moeder, maar ook van haar familie worden afgenomen, ondermeer ook ten aanzien van genetische problemen in de familie. Moet de moeder op de hoogte gebracht worden van de uitslag van de HIV test en wat te doen als nader onderzoek een genetische afwijking aan het licht komt (bijvoorbeeld een G6PD deficiëntie). Mag er DNA onderzoek gedaan worden op een UCB? En moet de familie op de hoogte gebracht worden indien er aanwijzingen van een genetisch dragerschap? Zelfs HLA typering kan soms leiden tot problemen, zoals vragen omtrent het biologische vaderschap.
Stamcelmobilisatie De voorloper van alle "progenitor-cellen" is de embryonale stam cel (ES). In het laboratorium is het gelukt om deze cellen te laten uitgroeien tot hematopoeitische stamcellen. Cytokinen ("growth factors", "interleukins" en "colony-stimulating factors", maar ook erythropoetine) reguleren de ontwikkeling van de hemapoietische voorloper cellen. Interleukines worden geproduceerd o.m. door geactiveerde macrofagen en leukocyten en zijn non-enzymatische eiwitten vooral betrokken bij immuno-inflammatoire processen. Daarbij zijn het belangrijke communicators tussen het neuro-endocriene en het immunologische systeem. Het ter beschikking komen van recombinant cytokines en gezuiverde populaties van vroege hematopoietische voorloper cellen heeft het inzicht in de regulatie van de hematopoiesis sterk uitgebreid. In tabel 2 worden de belangrijkste cytokines genoemd die een effect hebben op de vroege voorloper cellen. Tabel 2. Belangrijke cytokines met effecten op vroege voorlopercellen
Er is echter nog zeer veel onbekend, waarbij het zelfs de vraag is of combinaties van cytokines zoals nu gebruikt in vitro wel een weerspiegeling vormen van de stam cell differentiatie in vivo16. Er is sprake van een regulerend netwerk van interacterende cytokines en groeifactoren die gecombineerd met stroma-, endotheel cellen en extracellulaire matrix (opgebouwd onder meer uit fibronectine en glycosaminoglycanen) essentieel zijn voor proliferatie, differentiatie maar ook voor "self-renewal" van de stamcel. Voor iedere cellijn is die combinatie weer uniek, sommige vereisen wel stromale cellen andere -zoals de CD34+ stamcel uit een UCB- weer niet. Er worden echter ook inhiberende factoren verondersteld, zoals TGF-b en TNF-a , waarbij ook neuropeptiden als substance P een remmende werking hebben op stromale cel. Daarbij zijn de meeste regulators niet specifiek, wat hun naam, zoals bijvoorbeeld thrombopoietin, wel doet vermoeden; ze hebben hun werking op multipotente cellen, maar ook op andere cellijnen. Samengevat lijkt het er nog het meest op dat de hematopoeisis indirect en zeer gevoelig wordt gereguleerd via vele factoren die van invloed zijn op de cytokine productie van stromale cellen. Indien stamcellen worden gemobiliseerd -bijvoorbeeld door G-CSF of GM-CSF- is er een toename van deze voorloper (CD34+) cellen in het perifere bloed, waarbij een hoeveelheid CD 34+ cellen wordt gevonden overeenkomstig de CD34+ content van een UCB. Nog steeds een punt van discussie blijft of er een voldoende hoeveelheid stamcellen en/ of voorlopercellen in een UCB aanwezig voor "engraftment" in volwassen ontvangers. Het is bekend dat CD 34 + cellen verkregen uit een UCB zich beter laat stimuleren, door middel van interleukines (3 en 11) en G-CSF, dan dezelfde cellen verkregen uit volwassen beenmerg6.
Stress tijdens de partus en UCB kwaliteit In het algemeen is het gebruikelijk om alleen dan over te gaan tot verkrijgen van een UCB als het een à terme zwangerschap betreft, de bevalling ongestoord is en korter dan 24 uur geduurd heeft, terwijl de baby een geboorte gewicht heeft van meer dan 2500 gram, geen congenitale afwijkingen heeft en Apgar score heeft van 8 of meer. Stamcellen worden gekarakteriseerd door hun vermogen tot lymphomyeloide reconstructie indien getransplanteerd bij een bestraald individu. De zogenaamde "Colony-froming-unit-granulocut, monocyt (CFU-GM) is een maat voor het aantal hematopoietische voorloper cellen (HPC) en zowel het HPC aantal als het gehalte aan CD34+ zijn beide een kwaliteitsmaat voor (het aantal) stamcellen in een UCB. Het gehalte aan witte bloed cellen en de frequentie van circulerende aantal HPCs is relatief constant tijdens de zwangerschap, waarbij er echter voor de geboorte een duidelijke stijging van het aantal stamcellen wordt gevonden, waarna er direct na de partus er zich weer een snelle daling voordoet. Aangezien zowel lichamelijke inspanning als stress beiden leiden tot een stijging van circulerende cytokines (zie ook verder) werd in Leiden onderzoek gestart naar de relatie tussen (stress)factoren rondom de partus en UCB kwaliteit. De hypothese was dat stress, zoals ontsluitingsduur, positief geassocieerd zou zijn met meer HPCs in een UCB. In het onderzoek, uitgevoerd door Frans Lim en zojuist ingezonden voor publicatie17 werden 300 UCB beoordeeld op stress factoren rondom de partus en bijvoorbeeld cel aantallen in de UCB, inclusief fenotypische analyse (FACS-analyse), terwijl ook celkweken werden vervaardigd, waaronder CFU-GM, maar ook andere, waarbij naar de totale som werd genomen voor het berekenen van de HPC. Uitgangspunt was dat het alle normale zwangerschappen betrof. Het bleek dat name stress factoren optredend in een relatief kort interval voor de partus, zoals een langer durende uitdrijving en een lagere arteriële navelstreng pH en een lagere Apgar score positief correleerde met ondermeer het aantal CD34+ cellen en HPCs in de UCB. (Tabel 3). Langer werkende stress factoren als langdurig gebroken zijn van de vliezen correleerde niet met de UCB kwaliteit.
Tabel 3. Stress factoren tijdens de partus en het effect op voorlopercellen in navelstrengbloed
Cytokinen bij de partus Immunohistochemische studies hebben bij de placenta de aanwezigheid aangetoond van o.m. TNF-a , Il-1b , Il-6 en G-CSF passend bij placentaire productie van deze chemokines18. Een toename van glucocorticoiden tijdens stress wordt beschouwd als een betrouwbare index voor stress19. Ook tijdens de partus wordt een stijging in navelstreng bloed gevonden van cortisol als teken van foetale stress, hierbij speelt een stijging van CRH en ACTH een rol (stimulatie van de hypothalame-hypofysaire bijnier (HPA)-as). Daarnaast worden er na een vaginale bevalling vooral als er tekenen van foetale nood zijn hogere catecholamine spiegels gevonden20. Er zijn duidelijke aanwijzingen van een relatie tussen immuun activatie en het optreden van een klassieke stress reactie, zoals activatie van de HPA-as en stijging van circulerende glucocorticoiden21. Dit laatste loopt zeer waarschijnlijk via een centraal effect van de pro-infammatoire cytokines zoals van interleukine 2 (IL-2) en interleukine 6 (IL-6) op de hypothalamus, maar ook de hypofyse. Daarnaast is het reeds langer bekend dat cortisol een effect heeft op het immuunsysteem, met name de T-cel proliferatie neemt af. De glucucorticoiden hebben daarmee een downregulerend effect op de cytokines en voorkomen een potentieel gevaarlijke overreactie van het interleukine systeem. IL 8 heeft een chemotactisch en stimulerend effect op neutrofiele leucocyten22. In de volwassenen situatie blijken Il-6; Il-8; G-CSF, en cortisol allen te stijging tijdens grote buik operaties, waarbij deze geduid worden als zinvolle parameters voor stress tijdens de perioperatieve periode23) . "Stress"-erythropoiesis leidt tot een toename van erythroid productie met kenmerken van eerdere (foetale) fasen, bijvoorbeeld meer HbF en i-antigeen expressie12. Zowel G-CSF als GM-CSF zijn verhoogd tijdens de normale zwangerschap18, echter vooral bij tekenenen van intrauterine infecties en verlaagd bij IUGR. Tijdens pre-eclampsie worden er met name hogere waarden voor IL-6 en IL-1 antagonisten gevonden24. Il-6 heeft een stimulerend effect op de celproliferatie. Activatie van neutrofiele leucocyten is geassocieerd met endotheelschade wat zich ondermeer uit in een stijging van VCAM-1 en een verhoogde von Willebrandfactor. Opmerkelijk wordt er bij foetale groeivertraging juist normale waardes in plasma gevonden van bijvoorbeeld IL-1b , IL-6 en G-CSF en GM-CSF, met daarbij zelfs een verlaagde erythropoiesis en granulopoiesis18. IL-8 in foetaal plasma, wordt echter verhoogd gevonden. Interleukines spelen locaal zeker een rol bij de partus. Zowel in de decidua22 als locaal in de cervix25 wordt er stijging rondom de partus waargenomen van Il-8, echter niet van andere cytokines, zoals Il-2 en TNFa . Via een chemotactisch effect op neutrofiele leucocyten en daardoor een toegenomen locale release van colllagenase (Matrix metalloproteinase-8 en MMP-9) treden er kenmerken histologische veranderingen van de cervix op25. Bepaalde hematologische cytokines, zoals G-CSF en Il-3 (2, 4, 6 en 12) worden bij de neonaat verlaagd gevonden (na stimulatie van navelstreng cellen) in vergelijking tot de volwassen cellen na stimulatie, daarentegen is bv. Il-11 en SCF en EPO significant verhoogd6.
Hebben cytokinen tijdens de partus een invloed op de concentratie UCB stamcellen? Cytokinen zijn essentieel voor de embryologische ontwikkeling en niet alleen voor de regulatie van de hematopoiesis. IL-6 kan bijvoorbeeld al worden aangetoond in de pre-implantatie embryo. Voor de vroege hematopoeisis is vooral het TNF-a , IL-6 en het G-CSF van belang26. Il-6 en G-CSF wordt gevonden in UCB26. IL-8 heeft vooral een locale werking en origine27. De hogere waardes van IL-1 gevonden in deciduaal weefsel na een spontane partus ondersteunen de actieve betrokkenheid van deze cytokine bij het partus beloop (ook in de afwezigheid van infectieuze tekenen)28. Aangaande de bovenstaande vraag is niet veel duidelijkheid te verkrijgen. Recent gestart Leids onderzoek zal deze vraag mogelijk beantwoorden.
Conclusies Stamcel donaties verkregen uit navelstreng bloed, gerealiseerd via een navelstreng bank heeft naast biologische ook grote organisatorische voordelen4. Het transplantaat kan goed worden geëvalueerd, niet alleen op het aantal kernhoudende cellen en bijvoorbeeld op HLA-kenmerken; het kan echter ook getest worden op virale en bacteriologische contaminatie. Daarnaast zijn uit navelstreng verkregen stamcellen in principe ruim voorhanden en het kan daarmee vrijelijk worden toegepast voor zowel autologe alsook voor allogene transplantaties. Een UCB opgeslagen in navelstreng bloedbank, met een bekende HLA-typering en met een bekende ABO-Rh classificatie en getest op infectieuze factoren, maakt een snelle en veilige transplantatie procedure mogelijk; ook bij niet-familiaire, maar wel HLA gematchte donaties. Dit is een van de belangrijkste voordelen van HSC-UCB: de mogelijkheid om niet volledig HLA overeenkomstige transplantaties uit te voeren. UCB, met name verkregen in het tweede trimester van de zwangerschap is een rijke bron voor stamcellen, geschikt voor hematopoietische transplantaties. Daarnaast kan een UCB van belang zijn bij bijzondere HLA kenmerken zoals voorkomend bij allochtone medeburgers. Er zijn sterke aanwijzingen dat stress rondom de partus het aantal kernhoudende cellen in een UCB verhoogd, iets wat uiteindelijk engraftment van het transplantaat en het succes van de behandeling zal beïnvloeden.
Referenties
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||