$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rozwój terapii komórkami macierzystymi do regeneracji tkanek napotkał w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat szereg przeszkód, utrudniając wysiłki na rzecz efektywnego wdrożenia klinicznego. Przeszkody te obejmują słabą retencję komórek w miejscach porodu, immunogenność komórek macierzystych oraz potencjał nowotworowy do tworzenia teratomas1. Ratotwórczość jest szczególnie niekorzystna klinicznie, ponieważ może potencjalnie zaszkodzić biorcom przeszczepów komórek macierzystych2. Przypadki powstawania nowotworów w wyniku niekontrolowanych wstrzyknięć komórek macierzystych zostały już zgłoszone w wielu warunkach klinicznych3,4,5. Możliwość powstawania potworniaków jest najczęściej wymienianym problemem klinicznym w rozwoju pluripotencjalnych komórek macierzystych (PSC) i doprowadziła do opóźnień i anulowań wielu głośnych badań klinicznych na embrionalnych komórkach macierzystych (ESC) i indukowanych pluripotencjalnych komórkach macierzystych (iPSC)6,7,8,9. W związku z tym istnieje pilna potrzeba przeprowadzenia badań translacyjnych w celu zapewnienia odpowiedniego leczenia, jeśli pojawią się te jatrogenne nowotwory.
Do tej pory większość strategii kontroli niewłaściwego zachowania komórek macierzystych koncentrowała się na zmniejszeniu liczby PSC o potencjale rakotwórczym2,10. Niestety, do powstania potworniaka wymagana jest tylko niewielka liczba komórek resztkowych (np. 1 x 104 do 1 x 105 komórek11), która jest znacznie poniżej granicy wykrywalności podanej przez obecnie dostępne testy12,13. Inne ograniczenia związane ze stosowaniem tych metod wstępnej separacji obejmują niską wydajność i wysokie koszty, poleganie na zawiesinach pojedynczych komórek, które mogą nie być odpowiednie dla nowszych podejść inżynierii tkankowej, oraz potencjalne upośledzenie przeżywalności i wszczepienia komórek.
Niewiele badań dotyczyło możliwości leczenia po powstaniu potworniaka. Być może najlepiej zbadaną strategią jest włączenie genów "samobójczych" do komórek macierzystych14,15. Metoda ta polega na genetycznej manipulacji komórkami macierzystymi w celu włączenia indukowalnego genu aktywującego apoptozę, który może być aktywowany przez stymulację farmakologiczną po wstrzyknięciu, zapewniając w ten sposób podejście ratunkowe, jeśli wstrzyknięte komórki wytwarzają potworniaki. Podejście to ma jednak istotne wady, w tym niezamierzone skutki modyfikacji genetycznych PSC oraz możliwość stopniowego rozwoju oporności na leki16. Podobne podejście wykorzystuje małe cząsteczki do indukowania selektywnej śmierci komórek PSC poprzez hamowanie szlaków antyapoptotycznych17. Inne grupy skupiały się na śmierci komórek PSC za pomocą przeciwciał przeciwko markerom powierzchniowym pluripotencji, takim jak białko podobne do podokalixiny-1 (PODXL)18. Czas podania małych cząsteczek lub przeciwciał może mieć znaczący wpływ na potencjał terapeutyczny PSC, jeśli zostaną dostarczone zbyt wcześnie i mogą nie mieć skuteczności terapeutycznej, jeśli zostaną dostarczone zbyt późno. Ponadto nie badano ogólnoustrojowego działania małych cząsteczek i przeciwciał stosowanych w ten sposób.
Alternatywne podejście do leczenia tych nowotworów polega na użyciu radioterapii wiązką zewnętrzną (EBRT). EBRT jest jedną z podstawowych metod stosowanych obecnie w leczeniu guzów litych19. Innowacje w EBRT, w tym rozwój wiązki protonów i radiochirurgii stereotaktycznej, umożliwiły lepsze celowanie w struktury patologiczne przy jednoczesnym uniknięciu uszkodzenia normalnej tkanki, dzięki czemu konforemny EBRT idealnie nadaje się do rozwiązywania problemów związanych z powstawaniem potworniaków w strukturach anatomicznie wrażliwych20. Ponadto metoda ta pozwala uniknąć manipulacji genetycznych lub transdukcji wirusowej komórek macierzystych, które są obarczone dodatkowymi obawami dotyczącymi bezpieczeństwa klinicznego i skuteczności15. Wreszcie, postępy w dziedzinie mikropromienników umożliwiły zastosowanie EBRT u gryzoni21.
W tym artykule pokazujemy, jak stworzyć model powstawania potworniaka dla małych zwierząt, wstrzykując myszom ludzkie iPSC. Następnie pokazujemy, jak stosować EBRT, aby selektywnie wyeliminować te nowotwory in vivo przy minimalnym uszkodzeniu otaczającej tkanki. Podejście to zapewnia celowaną terapię potworniaków pochodzących z PSC, unikając jednocześnie niedocelowych skutków ogólnoustrojowego dostarczania cząsteczek biologicznych i peptydów oraz manipulacji genetycznej PSC. Do celów badawczych oferujemy opcjonalny etap transdukcji komórek macierzystych z genami reporterowymi w celu śledzenia odpowiedzi guza na radioterapię za pomocą obrazowania bioluminescencyjnego (BLI).