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Mehr Stammzellen aus Nabelschnur für lebensrettende Transplantationen
18. Dezember 2015
Andrew Miller gehört einem exklusiven Club an – einem, dem jedoch nicht alle beitreten wollen. Mit 19 wurde sein Blut und Immunsystem ausgetauscht, und das gleich zwei Mal.
Vor acht Jahren wurde bei Miller eine aggressive Form von Leukämie diagnostiziert. Seine Ärzte beschlossen, das Problem an der Wurzel anzupacken und sein gesamtes Immunsystem durch Transplantation von hämatopoetischen («blutbildenden») Stammzellen zu ersetzen.
Das Programm startete 2011 und veränderte die Art und Weise, wie die Gesundheitsversorgung in der Region erbracht wird. Seit Beginn des Programms konnten in der Region die Todesfälle durch Schlaganfälle um 27% und durch Herzinfarkte um 12% gesenkt werden. Die Hospitalisierung von Bluthochdruckpatienten sank um 16%.
Durch die Behandlung kam es tatsächlich zur Remission. Zwei Jahre später war der Blutkrebs jedoch wieder da, in noch aggressiverer Form als zuvor. Dieses Mal entschieden sich die Ärzte für eine andere Vorgehensweise. Sie ersetzten Millers noch immer rebellische Stammzellen durch frische Zellen aus der Nabelschnur eines Neugeborenen – ein Verfahren, das als Stammzelltransplantation aus Nabelschnurblut bezeichnet wird.
Zahlenspiele
Erste Versuche mit Nabelschnurblut-Transplantationen wurden 1987 durchgeführt. Seither hat sich das Verfahren für Tausende von Patienten als Rettung erwiesen. Sein Vorteil liegt darin, dass die Übereinstimmung zwischen Spender und Empfänger bei Stammzellen aus Nabelschnurblut weniger genau sein muss als bei Zellen aus anderen Bereichen wie dem Rückenmark.
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Andrew Miller litt an einer aggressiven Form von Leukämie, die durch Transplantation von Nabelschnur-Stammzellen behandelt wurde.
«Bei Patienten, die keine Geschwister mit übereinstimmenden Gewebeeigenschaften haben, bietet Nabelschnurblut einen raschen Zugang zu Stammzellen – ohne das Komplikationsrisiko, das bei entsprechendem Mismatch bei Knochenmarktransplantationen bestünde», erklärt Dr. John Wagner, Pionier auf dem Gebiet der Nabelschnurblut-Transplantation und Leiter des Bereichs Blut- und Knochenmarkttransplantation an der University of Minnesota (USA), der die Transplantation bei Andrew Miller durchgeführt hat.
Nabelschnurblut-Transplantationen sind jedoch durch einen Faktor wesentlich eingeschränkt: die Zelldosis. Eine einzelne Nabelschnur enthält relativ wenige Stammzellen. Für eine Transplantation bei Kindern reicht die Menge oft aus, bei Erwachsenen oder Jugendlichen hingegen meist nicht.
Selbst bei Kindern dauert es aufgrund der wenigen Stammzellen eine gewisse Zeit, bis sich das Immunsystem neu aufgebaut hat. Bis zum wichtigen Anwachsen der Stammzellen, dem sogenannten Engraftment, vergehen zwischen 22 und 25 Tage. Erst danach beginnen die transplantierten Zellen mit der Produktion der infektionsabwehrenden Zellen (Neutrophilen).
Diese zweite und dritte Chance hat dazu geführt, dass ich heute stets mein Bestes geben will. Sie hat meinen ganzen Lebensausblick verändert.
Miller erinnert sich nur allzu gut an die Wartezeit: «Ich musste mich einen ganzen Monat lang in einem dreimal drei Meter grossen Raum aufhalten. Nur meine Mutter durfte hinein, um eine Ansteckung mit Viren usw. zu verhindern. Es war eine lange, einsame Zeit.»
Ein Verfahren, dass das Engraftment beschleunigt, hätte praktische Vorteile. «Je schneller die Stammzellen anwachsen, umso besser ist der Outcome für den Patienten», weiss Tony Boitano, Immunologieforscher am Genomics Institute of the Novartis Research Foundation (GNF). «Er kann früher entlassen werden, und dies wiederum verringert die Transplantationskosten.»
Eine Möglichkeit, das Engraftment zu beschleunigen, besteht darin, Stammzellen aus zwei Nabelschnüren zu verpflanzen – ein Verfahren, das Wagner vor 15 Jahren entwickelt hat. Dabei ist jedoch die Gefahr grösser, dass sich das neue Immunsystem des Patienten auflehnt und es zu einer sogenannten Graft-versus-Host-Reaktion kommt. Einer der Gründe für diese Reaktion ist, dass sich die beiden Transplantate gegenseitig angreifen.
Ideal wäre es, wenn die Blutstammzellen vor der Transplantation einfach im Labor gezüchtet werden könnten. Dadurch liessen sich aus einer einzigen Nabelschnur mehr Zellen gewinnen, und das Engraftment ginge schneller vonstatten. Von einem solchen Verfahren könnten Patienten mit den unterschiedlichsten Erkrankungen profitieren.
«Es gibt rund 75 Krankheiten, bei denen Stammzelltransplantationen nützlich sein könnten», so Wagner. «Nabelschnurblut ist eine wichtige Quelle dieser blutbildenden Stammzellen.»
Zehnjährige Suche
Boitano und sein Chef Mike Cooke, Leiter des Bereichs Immunologie am GNF, sind seit zehn Jahren auf der Suche nach der idealen Substanz zur Stimulation des Stammzellwachstums. In den vergangenen acht Jahren haben sie sich dabei auf einen Wirkstoff aus den Archiven von Novartis konzentriert.
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Andrew Miller trainiert hart, um sportlich wieder in Topform zu kommen.
Stammzellkulturen, die mit dieser Substanz behandelt wurden, haben bei Cookes und Boitanos Experimenten 50-mal mehr Zellen hervorgebracht als unbehandelte Kulturen. Die Zellen behalten ihre typischen Stammzelleigenschaften, einschliesslich der Fähigkeit, sich zu differenzieren und alle Arten von Blutzellen zu produzieren. Wenn diese Zellen in Mäuse transplantiert wurden, bauten sie das Immunsystem der Tiere rasch neu auf.
«Ich habe viele Wirkstoffe erlebt, die scheinbar die Stammzellen zum Wachsen bringen. Doch wenn man sie dann transplantiert, passiert nichts», erklärt Cooke. Die Ergebnisse bei den Mäusen waren daher hochinteressant. «Damals dachte ich zum ersten Mal: Es könnte tatsächlich funktionieren.»
Cooke, Boitano und ihre klinischen Teamkollegen erproben das neue Verfahren derzeit gemeinsam mit Wagner an Patienten. Sie hoffen, dass die aus einer einzelnen Nabelschnur gezüchteten Stammzellen (eine Zelltherapie mit dem Namen HSC835) sicher anwachsen und dass das Engraftment schneller geschieht als bei herkömmlichen Nabelblutstammzellen.
Forscher der neuen Cell & Gene Therapies Unit von Novartis arbeiten mittlerweile am Scale-up der experimentellen Behandlung. Das Projekt war auch für sie ein Schritt in unbekanntes Terrain.
«Die Behandlung stellt eine einzigartige Herausforderung an die Produktion dar, da sie individuell auf jeden Patienten abgestimmt werden muss», erklärt Global Program Head Bastiano Sanna. «Aber wir sind entschlossen, es zu schaffen.»
Eine zweite – und dritte – Lebenschance
Bei Miller wurden die Nabelschnur-Stammzellen vor Entwicklung der neuen Behandlung transplantiert. Sein Beispiel verdeutlicht jedoch, wie wichtig das Verfahren im Erfolgsfall für andere Patienten sein könnte. Miller ist mittlerweile im zweiten Studienjahr und erfreut sich guter Gesundheit. In drei Jahren will er sein Doppelstudium in Finanz- und Volkswirtschaft abschliessen. Er trainiert ausserdem hart, um in seinen geliebten Sportarten Baseball und Basketball wieder in Topform zu kommen.
«Diese zweite und dritte Chance hat dazu geführt, dass ich heute stets mein Bestes geben will», sagt er. «Sie hat meinen ganzen Lebensausblick verändert.»