Использование пуповинной крови вместо костного мозга для аллогенной трансплантаци гемопоэтических стволовых клеток

Корреспонденция: д-р J.H.F. Falkenburg, Academic Hospital, dep. Hematology/building 1: C2-R, P.O. Box 9600. 2300 RC Leiden, Netherlands. Д-р J.H.F. Falkenburg, д-р F.T.H. Lim, специалисты по внутренним болезням, Голландия.

URL

Трансплантация аллогенных гемопоэтических стволовых клеток является методом выбора при некоторых гематологических заболеваниях, в частности при врожденных нарушениях иммунной системы, наследственных анемиях, некоторых болезнях обмена и злокачественных гематологических заболеваниях лейкемиях [I]. Оптимальным аллогенным донором для трансплантации гемопоэтических стволовых клеток является брат или сестра больного, имеющие идентичный человеческий лейкоцитарный антиген (ЧЛА). Если среди членов семьи нет ЧЛА-идентичного донора, то в некоторых случаях, главным образом у молодых пациентов, можно выполнить трансплантацию гемопоэтических стволовых клеток с использованием костного мозга неродственного донора, совместимого по ЧЛА.
Из-за большой полиморфности системы ЧЛА вероятность того, что неродственный донор костного мозга является ЧЛА-совместимым, очень мала. В мире в целом записались в качестве доноров костного мозга более 2 млн добровольцев. Многие из них были типированы по ЧЛА, благодаря чему создан огромный банк данных. Однако из-за исключительного полиморфизма системы ЧЛА лишь меньшинству пациентов, не имеющих идентичного по ЧЛА родственного донора, можно осуществить трансплантацию костного мозга от неродственного донора. Поскольку лишь часть доноров полностью типированы по ЧЛА, с донором не всегда можно связаться в нужный момент, а также из-за того, что необходимы различные иммунологические, вирусные и гемопоэтические проверки, период между запросом и собственно трансплантацией иногда может составлять более 6 мес. Поиск подходящего донора костного мозга - дорогой и длительный путь, и иногда пациент не доживает до трансплантации. Вероятность того, что для пациентов, принадлежащих к этническим меньшинствам, найдется ЧЛА-идентичный неродственный донор, может быть еще меньше, поскольку встречаемость определенных ЧЛА в различных этнических группах варьирует.
Из сказанного ясно, насколько актуален поиск альтернативных источников гемопоэтических стволовых клеток для трансплантации, с тем, чтобы отпала необходимость брать костный мозг у добровольцев. Одним из многих источников гемопоэтических стволовых клеток для трансплантации является пуповинная кровь.
Гемопоэтические прогениторные клетки в пуповинной крови Уже в 70-х годах было известно, что пуповинная кровь содержит большее количество кровообразующих клеток-предшественников (гемопоэтические прогениторные клетки - ГПК) по сравнению с обычной кровью детей и взрослых. ГПК, будучи выведены in vitro при определенных условиях в присутствии гемопоэтических факторов роста, могут формировать колонии зрелых клеток крови. Поэтому они также называются колониеобразующими единицами (КОЕ). КОЕ далее типируются путем анализа типа зрелых клеток крови, имеющихся в выросшей колонии. ГПК, которые вырастают в колонии гранулоцитов и(или) моноцитов, называются КОЕ-гранулоцитами/моноцитами (КОЕ-ГМ). Клетки-предшественники, которые in vitro в присутствии, в частности, эритропоэтина могут продуцировать большие группы эритроидных клеток, называются взрывообразующими единицами эритропоэза - ВОЕ-Э. ГПК, способные вырастать в колонии клеток разных типов, таких как гранулоциты, эритроциты, мегакариоциты и моноциты, называются КОЕТЭММ. Чем больше различных линий дифференциации может продуцировать клетка-предшественник, тем более незрелой она является. Способность гемопоэтических стволовых клеток поддерживать кровообразование путем постоянной пролиферации и дифференцировки является очень важной при трансплантации кровообразующего органа, поэтому трансплантат должен содержать очень незрелые полипотентные стволовые клетки, которые еще могут развиваться как в лимфоидном, так и в эритроидном и миелоидном направлениях. Кроме того, эти клетки должны быть способны поддерживать сами себя.
Отсутствуют исследования in vitro, в которых была бы точно определена эта полипотентная гемопоэтическая популяция человеческих стволовых клеток.
Однако, по всей вероятности, наиболее незрелая прогениторная клетка, которую можно вывести in vitro, позволяет в какой-то степени судить о встречаемости этих полипотентных стволовых клеток.
В 1988 г. И. Вгохтеуег и соавт. [2, З], используя техники выведения in vitro, показали, что может быть получено достаточное количество пуповинной крови для того, чтобы произвести трансплатацию гемопоэтических стволовых клеток. Когда пуповина новорожденного перерезана, остаток пуповинной крови может быть собран путем пункции вены пуповины. Это можно сделать, когда плацента еще находится в матке или даже уже рождена, поскольку в первые 30 мин после рождения кровь в плаценте и пуповине не свертывается. В зависимости от времени перерезания пуповины и от других факторов, таких как масса тела новорожденного, срок беременности и длина пуповины, объем пуповинной крови может составлять до 200 мл. Н. Вгохтеуег и соавт. показали, что криообработка пуповинной крови не вызывает существенной потери ГПК, и рассчитали, что у детей можно выполнять аллогенные трансплантации гемопоэтических стволовых клеток с использованием пуповинной крови. В 1988 г. по их инициативе в Париже была выполнена первая трансплантация с использованием пуповинной крови [4].

Аллогенная трансплантация стволовых клеток с использованием пуповинной крови родственных доноров

С момента первой трансплантации пуповинной крови в 1988 г. как минимум 35 детям была выполнена трансплантация с использованием пуповинной крови брата или сестры [4 - 8]. Все трансплантации были выполнены с использованием криообработанной пуповинной крови. Из этих 35 пациентов 20 трансплантация была выполнена по поводу злокачественного гематологического заболевания, 2 - по поводу нейробластомы и 13 - по поводу незлокачественных заболеваний. 19 больным выполенна трансплантация пуповинной крови от генотипически идентичных по ЧЛА братьев или сестер. В 11 случаях пуповинная кровь донора отличалась на 1 ЧЛА-антиген от крови пациента; 5 трансплантаций были выполнены с использованием гаплоидентичной пуповинной крови, причем различались 2 или 3 локуса ЧЛА. Средний возраст реципиентов составлял 6 лет (от 0,8 до 16 лет). Масса тела реципиентов была в среднем 20 кг (от 8 до 50 кг). 17 пациентов после трансплантации пуповинной крови получали лечение гемопоэтическими факторами роста для стимуляции восстановления костного мозга: 7 пациентов получали гранулоцитарный колониестимули рующий фактор (Г-КСФ), 9 - гранулоцитарномакрофагальный (ГМ-КСФ) и 1 пациент - Г-КСФ в комбинации с ГМ-КСФ. Гематологическое восстановление после трансплантации у пациентов, которые получали лечение гемопоэтическими факторами роста, не отличалось от такогого у пациентов, которые не получали факторов роста.
Средний объем трансплантата составлял 100 мл (42-282 мл). В среднем было пересажено 4 • 107 ядросодержащих клеток на 1 кг массы тела (1 - 33 • 107/кг). Число ГПК, рассчитанное на основании количества КОЕ-ГМ в трансплантате, составляло 2,4 • 104кг (0,2 - 25,6 • 104кг). Не обнаружено явной связи между числом ядросодержащих клеток и КОЕ-ГМ в трансплантате и скоростью гематологического восстановления после трансплантации.
Период между следующим после трансплантации днем и днем, когда число гранулоцитов превысило 0,5 • 109/л, составлял в среднем 23 дня (12 - 46 дней). В среднем было необходимо 44 дня для того, чтобы число тромбоцитов превысило 50 • 109л. У 4 реципиентов этих трансплантатов не произошло роста гемопоэтических клеток донора; 2 из этих больных умерли слишком быстро после трансплантации, так что невозможно было оценить успешность пересадки стволовых клеток. У пациентов, которым была выполнена ЧЛА-идентичная трансплантация или трансплантация пуповинной крови с отклонением на 1 антиген, после трансплантации не наблюдалось реакции трансплантат против хозяина ТПХ или же эта реакция была максимум I степени или не была клинически значимой. У 2 из 5 пациентов, которые подверглись трансплантации пуповинной крови, отличавшейся на 2 или 3 ЧЛА-антигена, возникла тяжелая реакция ТПХ III или IV степени. Результаты этих исследований показывают, что можно производить трансплантации гемопоэтических стволовых клеток с использованием пуповинной крови. При трансплантации пуповинной крови, вероятно, возникает не столь активная реакция ТПХ, как при трансплантации костного мозга, однако частота развития реакции ТПХ у детей, подвергшихся трансплантации костного мозга, также довольно низкая, поэтому еще рано делать окончательные выводы. До настоящего времени трансплантации были успешны лишь у детей, масса тела которых не превышала 40 кг. Данные о продолжительности свободного от болезни выживания еще не получены, и, следовательно, их сравнение с таковыми для пересадок костного мозга еще невозможно в связи с малой длительностью последующего наблюдения.
Использование пуповинной крови для трансплантации у взрослых Пуповинная кровь содержит относительно незрелые ГПК в высоких концентрациях. Общая концентрация ГПК в пуповинной крови сравнима с таковой в костном мозге, но число ранних клеток-предшественников статистически значимо выше, чем в костном мозге [9 - 14]. Традиционно гемопоэтическая потенция трансплантатов костного мозга оценивается по числу КОЕ-ГМ. Однако редко обнаруживают значимую связь между числом КОЕ-ГМ в трансплантате и степенью или быстротой гематологического восстановления после трансплантации. В большинстве случаев при трансплантации костного мозга вводят такое количество клеток-предшественников, что речь идет о "насыщающей дозе", так что выявить прямую связь невозможно. Кроме того, количество КОЕ-ГМ не обязательно отражает действительное содержание стволовых клеток, ответственных за гематологическое восстановление после трансплантации. В таком случае определение ранних клеток-предшественников позволило бы лучше установить связь со степенью и быстротой гематологического восстановления.
Так, в пуповинной крови содержится в 2 раза больше полипотентных ГПК (КОЕ-ГЭММ) в расчете на 1 мл, чем в таком же объеме трансплантата костного мозга. За 1 раз может быть забрано в средем около 80 - 100 мл пуповинной крови. Число КОЕ-ГМ в пуповинной крови составляет примерно 1 • 104мл.
Норма содержания КОЕ-ГМ для аллогенной трансплантации костного мозга определена на уровне 2 • 104 на 1 кг массы тела пациента, следовательно, можно без затруднений выполнять трансплантации детям, имеющим массу тела до 40 - 50 кг. Если учесть, что в пуповинной крови содержится в 2 раза больше ранних клеток-предшественников, чем КОЕГМ, то трансплантации возможны и у пациентов с массой тела 80 - 100 кг. Многие исследователи пытались рассчитать гемопоэтический потенциал пуповинной крови. Хотя эти расчеты, безусловно, остаются примерными прикидками и в конечном итоге единственным доказательством правильности расчетов являются результаты трансплантаций, принято считать, что, по грубой оценке, для нормальной репопуляции после трансплантации 1 мл пуповинной крови на 1 кг массы тела реципиента должно быть более чем достаточно. Если это предположение правильно, то возможно использование пуповинной крови для трансплантаций у взрослых.

Трансплантации у неродственных пациентов

Недавно в США детям была осуществлена трансплантация пуповинной крови неродственного донора. В обоих случаях трансплантат прижился и было констатировано быстрое гематологическое восстановление. Таким образом, возможно выполнение трансплантации пуповинной крови неродственных доноров. Возникает вопрос, будет ли "банк пуповинной крови", содержащий криообработанные трансплантаты, полезным дополнением к системе использования неродственных трансплантатов гемопоэтических стволовых клеток, полученных от доноровдобровольцев. Некоторые преимущества подобного банка пуповинной крови очевидны. После родов пуповинная кровь в большинстве случаев выбрасывается вместе с плацентой и пуповиной. Использование пуповинной крови, разумеется, не причиняет донору никакого вреда, и эту кровь легко собирать.
Криообработанная пуповинная кровь доступна немедленно, и когда результаты типирования по ЧЛАклассу I и ЧЛА-классу II известны, эона может быть очень быстро использована для трансплантации. Вероятность заражения вирусными инфекциями низка и может быть заранее исключена. Использование криообработанной пуповинной крови может иметь с иммунологической точки зрения некоторые преимущества перед трансплантацией костного мозга, так как возможно выполнение иммунологических перекрестных проб с реципиентом. Сбор пуповинной крови от детей, принадлежащих к этническим меньшинствам, позволит компенсировать относительный недостаток трансплантатов в этой группе и повысить вероятность получения ЧЛА-совместимого трансплантата для представителей этнических меньшинств. Исходя из этих соображений, следует признать, что банк пуповинной крови является полезным дополнением к банку данных о неродственных донорах костного мозга.
Банк пуповинной крови Eurocord Nederland Недавно учрежденное Общество Eurocord Nederland имеет целью стимулировать закладку национального банка пуповинной крови, заботиться об оптимальном качестве трансплантатов и организовывать работу банка пуповинной крови в соответствии с международными требованиями и рекомендациями [15 18]. Коллективными членами Общества являются отделения гематологии, иммуногематологии, детских болезней, акушерства, банки крови и Общество Europdonor, которое также способствует развитию системы использования костного мозга неродственных доноров. В сотрудничестве с другими членами European Cord Blood Bank, в частности в Англии, Франции, Германии и Италии, и различными голландскими банками крови разрабатываются материально-техническое обеспечение и способы сохранения качества трансплантатов с тем, чтобы заложить банк пуповинной крови. Однако собственно создание банка возможно только при появлении источников финансирования. В настоящее же время Общество Eurocord Nederland может предоставлять оборудование для заморозки пуповинной крови для потенциальных трансплантаций внутри семей, т. е. в том случае, если мать пациента, которому необходима аллогенная трансплантация костного мозга, беременна, Общество может предоставить оборудование для забора пуповинной крови после родов, ее криообработки и выполнения необходимых тестов in vitro для решения вопроса о том, может ли эта пуповинная кровь быть использована в качестве трансплантата.
За прошедшие 6 мес с этой целью в Академической больнице в Лейдене уже прошло криообработку некоторое количество трансплантатов. Материальнотехническое обеспечение для забора, криообработки, тканевого типирования, утверждения, характеристики и выдачи подобных трансплантатов разработано Обществом Eurocord Nederland и доступно пока в ограниченной мере. Eurocord Nederland ставит себе целью в ближайшие годы заложить банк примерно из 10 000 трансплантатов пуповинной крови и подготовить их для клинического использования.
(Это исследование было частично субсидировано Praeventie-fonds, номер проекта 28-2280.
В работе Обществе Eurocord Nederland принимают участие: д-р J.H.F. Falkenburg, специалист по внутренним болезням, Academisch Ziekenhuis Leiden; др W.E. Fibbe, специалист по внутренним болезням, Academisch Ziekenhuis Leiden; проф.д-р R. Willemze, специалист по внутренним болезням, Academisch Ziekenhuis Leiden; д-р Н.Н.Н. Kanhai, гинеколог, Academisch Ziekenhuis Leiden; д-р М. Oudshoorn, Academisch Ziekenhuis Leiden; проф.д-р A. Haraldsson, педиатр, Academisch Ziekenhuis Leiden; д-р A. Brand, специалист по внутренним болезням, Stickling Bloedbank Leidsenhage, Den Haag/Leiden и проф.д-р J.J.
van Rood, специалист по внутренним болезням, Stichting Europdonor, Leiden, Netherlands.)

Литература:

1. O'Reilly RJ. Allogenic bone marrow transplantation: current status and future directions [review]. Blood 1983;62:941-64.
2. Broxmeyer HE, Douglas GW, Hangoc G, Cooper S, Bard J, English D, et al. Human umbilical cord blood as a potential source of transplantable hematopoietic stem/progenitor cells. Proc Nati Acad Sci USA 1989;86:3828-32.
3. Broxmeyer HE, Gluckman E, Auerbach A, Douglas GW, Friedman H, Cooper S, et al. Human umbilical cord blood: a clinically useful source of transplantable hematopoietic stem/progenitor cells [review]. IntJ Cell Cloning 1990;8 Suppi 1:76-91.
4. Gluckman E, Broxmeyer HA, Auerbach AD, Friedman HS, Douglas GW, Devergie A, et al.
Hematopoietic reconstitution in a patient with Franconi's anemia by means of umbilical cord blood from an HLA-identical sibling. N Engi J Med 1989;321:1174-8.
5. Wagner JE, Broxmeyer HE, Byrd RL, Zehnbauer B, Smeckpeper B, Shah N, et al. Transplantation of umbilical cord blood after myeloablative therapy: analysis of engraftment. Blood 1992:79:1874-81.
6. Vilmer E, Sterkers G, Rahimy C, Denamur E, Elion J, Broyart A, et al. HLA-mismatched cord-blood transplantation in a patient with advanced leukemia.
Transplantation 1992;53:1155-7.
7. Vanlemmens P, Plouvier E, Amsallem D, Radacot E, Deschaseaux ML, Schaap JP, et al. Transplantation of umbilical cord blood in neuroblastoma. Nouv Rev FrHematol 1992:34:243-6.
8. Wagner JE, Kernan NA, Broxmeyer HE, Gluckman E. Allogeneic umbilical cord transplantation: report of results in 26 patients [abstract]. Blood 1993;82:86.
9. Broxmeyer HE, Hangoc G, Cooper S, Ribeiro RC, Graves V, Yoder M, et al. Growth characteristics and expansion of human umbilical cord blood and estimation of its potential for transplantation in adults. Proc Nati Acad Sci USA 1992;89:4109-13.
10. Hows JM, Bradley BA, Marsh JC, Luft T, Coutinho L, Testa NG, et al. Growth of human umbilical-cord blood in longterm hematopoietic cultures. Lancet 1992:340:73-6.
11. Lu L, Xiao M, Shen RN, Grigsby S, Broxmeyer HE.
Enrichment, characterization, and responsiveness of single primitive CD34 human umbilical cord blood hematopoietic progenitors with high proliferative and replating potential. Blood 1993;81:41-8.
12. Cardoso AA, Li ML, Batard P, Hatzfeld A, Brown EL, Levesque JP, et al. Release from quiescence of CD34+ CD 38- human umbilical cord blood cells reveals their potentiality to engraft adults. Proc Nati Acad Sci USA 1993:90:8707-11.
13. Falkenburg JHF, Luxemburg-Heijs SAP van, Zijimans JM, Fibbe WE, Kluin-Nelemans JC, Kanhai HHH, et al. Separation, enrichment, and characterization of human hematopoietic progenitor cells from umbilical cord blood. Ann Hematol 1993:67:231-6.
14. Zijimans JM, Luxemburg-Heijs SAP van, Falkenburg JHF, Willemze R, Fibbe WE.
Sequential FACS analysis of colonies from single cell-sorted cord-blood derived progenitor cells: identification of late appearing mixed colonies in the CD34+/CD45RA/rhodamine fraction [abstract]. Blood 1992:80:175.
15. Lim FTH, Winsen L van, Willemze R, Kanhai HHH, Falkenburg JHF. Influence of delivery on numbers of leukocytes, leukocyte sub-populations, and hematopoietic progenitor cells in human umbilical cord blood. Blood Cells (in print).
16. Newton I, Charbord P, Schaal JP, Herve P. Toward cord blood banking: density-separation and cryopreservation of cord blood progenitors. Exp Hematol 1993:21:671-4.
17. Rubinstein P, Rosenfield RE, Adamson JW, Stevens CE. Stored placental blood for unrelated bone marrow reconstitution [review]. Blood 1993:81:1679-90.
18. Gluckman E, Wagner J, Hows J, Reman N, Bradley B, Broxmeyer HE. Cord blood banking for hematopoietic stem cell transplantation: an international cord blood transplant registry. Bone Marrow Transplant 1993:11:199-200.
Взято из Ned Tijdschr Geneeskd 1995;139(26):1319-22 с разрешения главной редакции и авторов.