Naukowcy z Indiana University odkryli, że ludzkie krwiotwórcze komórki macierzyste są wyjątkowo wrażliwe na poziom tlenu. Nawet krótkie zmiany warunków tlenowych mogą wpływać na ich rozwój, zdolność do namnażania i skuteczność po przeszczepie. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Leukemia.

Czym są krwiotwórcze komórki macierzyste?

Krwiotwórcze komórki macierzyste (HSC) to komórki odpowiedzialne za produkcję wszystkich komórek krwi i układu odpornościowego. Powstają z nich m.in. czerwone krwinki transportujące tlen, białe krwinki zwalczające infekcje oraz płytki krwi odpowiadające za krzepnięcie.

Najwięcej HSC znajduje się w szpiku kostnym, ale można je pozyskiwać także z krwi obwodowej i krwi pępowinowej. Komórki te mają wyjątkową zdolność do samoodnawiania, czyli tworzenia swoich klonów przez całe życie człowieka. Jednocześnie potrafią przekształcać się w różne typy wyspecjalizowanych komórek krwi.

HSC od lat wykorzystuje się w leczeniu wielu chorób, przede wszystkim nowotworów krwi, takich jak białaczki czy chłoniaki. Przeszczepy szpiku i komórek macierzystych pomagają odbudować układ krwiotwórczy po intensywnej chemioterapii lub radioterapii. Coraz częściej HSC stosuje się także w terapiach genowych i nowoczesnych immunoterapiach.

Komórki macierzyste reagowały na najmniejsze zmiany

Zespół analizował ludzkie HSC pobrane z krwi pępowinowej, krwi obwodowej i szpiku kostnego. Sprawdzono, jak komórki zachowują się przy różnych poziomach tlenu odpowiadających warunkom panującym w organizmie człowieka.

- Odkryliśmy, że komórki były bardzo wrażliwe na zmiany poziomu tlenu. Zmieniał się ich potencjał różnicowania, czyli powstawały różne populacje komórek w zależności od warunków tlenowych - dr James Ropa z IU School of Medicine.

Zauważono też zmiany w zdolności komórek do namnażania się i przetrwania. Szczególnie ważna okazała się ich zdolność do tzw. wszczepienia (ang. engraftment), czyli trwałego przyjęcia się w organizmie po przeszczepie. Kiedy komórki przeszczepiono myszom laboratoryjnym, okazało się, że najlepsze wyniki osiągały te hodowane przy najniższym poziomie tlenu. To właśnie one najskuteczniej odbudowywały układ krwiotwórczy.

Kiedy tlen to problem

Standardowe warunki laboratoryjne znacząco różnią się od tych panujących w ludzkim organizmie. W laboratoriach komórki często są przechowywane przy poziomie tlenu wynoszącym ok. 21 proc., a w organizmie człowieka maksymalnie 17 proc. W szpiku kostnym, gdzie naturalnie znajdują się HSC, stężenie tlenu wynosi zwykle zaledwie 1-5 proc., a we krwi obwodowej 10-14 proc.

Tak duża różnica w poziomie tlenu może po prostu osłabiać komórki jeszcze przed podaniem ich pacjentowi. Gdy komórki macierzyste trafiają do środowiska z większą ilością tlenu niż w ludzkim organizmie, zaczynają działać pod większym obciążeniem. W praktyce oznacza to, że po przeszczepie działają gorzej.

Może to mieć znaczenie dla wielu terapii, w których komórki najpierw hoduje się lub modyfikuje w laboratorium, a dopiero później podaje pacjentowi. Dotyczy to m.in. terapii CAR-T, przeszczepów krwi pępowinowej czy terapii genowych. Lepsze dopasowanie warunków laboratoryjnych do tych panujących w organizmie to większa skuteczność takich metod leczenia.

Czytaj także:

Nowa metoda przeszczepów: 96 proc. przeżyć bez powikłań

Terapia przed CAR-T zwiększa skuteczność tej metody