Der findes overordnet to typer af stamceller, der er interessante i behandlingsøjemed, nemlig voksenstamceller og embryonale stamceller

Voksenstamceller

Voksenstamceller bruges som betegnelse for alle typer af stamceller, der kommer fra udviklede organismer. Voksenstamceller findes i navlestrengsblod hos nyfødte, i fostervæv og i mindre populationer i stort set alle organer, knoglemarv, rygmarv, skeletmuskulatur, hud og tarmsystem i det voksne individ. Voksenstamceller er multipotente, hvilket betyder, at de kan differentieres til et mindre udvalg af vævsspecifikke celletyper. Og så har de evnen til at dele sig og bidrager dermed til at vedligeholde kroppen gennem livet.

Behandling med voksenstamceller foregår typisk ved, at en mindre population af stamceller – enten fra patienten selv eller en donor – isoleres og dyrkes i laboratoriet. Cellerne bliver derefter sprøjtet ind i blodet eller transplanteret til et vævsspecifikt område, hvor de begynder at dele sig og dermed erstatter de celler, som patienten mangler.

Den type voksenstamceller - kaldet bloddannende stamceller - der findes i knoglemarven og i navlestrengsblod, bruges allerede i dag rutinemæssigt til behandling af blandt andet leukæmi og forskellige former for arvelige blodsygdomme. Men nyere forskning tyder på, at voksenstamceller også vil kunne bruges til behandling af andre sygdomme som for eksempel nogle former for diabetes og hjerneskader.

Voksenstamceller har dog flere begrænsninger. De er vanskelige at dyrke i laboratoriet, da de let begynder at differentiere. De er svære at identificere og isolere fra vævets øvrige celler. De findes kun i et begrænset antal. Og da de allerede er delvist specialiserede, er det begrænset, hvilke celletyper de kan give ophav til.

Selvom der findes gode, velafprøvede terapier med voksenstamceller, er behandlingspotentialet begrænset, hvorfor en stor del af stamcelleforskningen retter sig mod de embryonale stamceller.

Embryonale stamceller

Embryonale stamceller kan dannes fra befrugtede æg (embryoner), der er blevet tilovers i fertilitetsklinikkerne. I laboratorierne dyrkes embryonerne i varmeskabe, der er 37º C varme ligesom kvindens livmoder. Efter 5-7 dage danner cellerne en blastocyst, der består af en ydre ring af celler og en indercellemasse. Cellerne i blastocystens indercellemasse kaldes embryonale stamceller.

Embryonale stamceller er pluripotente og kan derfor udvikle sig til enhver celletype i legemet. Og så kan de dele sig i det uendelige, hvilket gør det teknisk muligt at opformere en enkelt embryonal stamcelle til flere tusinde ens stamceller.

Ved etablering af en embryonal stamcellelinie udtages de embryonale stamceller fra blastocystens indercellemasse og overføres til en laboratorieskål, hvor de under de rette vækstbetingelser vil begynde at dele sig. Efter nogle uger har de dannet en egentlig cellekoloni af ens embryonale stamceller. Herefter kan man i princippet få cellerne til at dele sig i det uendelige og nedfryse og optø dem efter behov.

Modsat voksenstamceller har embryonale stamceller altså et stort differentierings­potentiale, og man har derfor store forhåbninger til, at de vil kunne bruges til behandling af langt flere sygdomme.

Det, der er de embryonale stamcellers force, er imidlertid også stamcelleforskningens store udfordring. For at kunne bruge embryonale stamceller i behandlingsøjemed, skal forskerne kunne kontrollere deres udvikling. Mens voksenstamceller kan bruges direkte til behandling, fordi de er vævsspecifikke, skal embryonale stamceller først gennem en kontrolleret differentieringsproces for at blive vævsspecifikke. Forsøger man at bruge de helt udifferentierede embryonale stamceller direkte, vil de typisk udvikle sig til en form for kræftsvulst, kaldet et teratom, der er en celleansamling bestående af mange forskellige typer af celler, der ikke matcher det væv, hvori de er indsat.

Hvis man vil bruge embryonale stamceller til at danne væv til sygdomsbehandling, skal forskerne altså kunne styre, at de embryonale stamceller gennemgår en kontrolleret udviklingsproces, hvilket desværre har vist sig sværere end først antaget.

Differentiering af stamceller

Man ved stadig meget lidt om, hvad der præcist får stamcellerne til at differentieres i en given retning under den naturlige fosterudvikling, og hvad der får cellerne til ikke at differentieres. Derfor dyrkes embryonale stamcellekulturer i dag sammen med en særlig form for musebindevævsceller. Bindevævscellerne kaldes feeder-celler, fordi de danner en række proteiner, som får de embryonale stamceller til at vokse uden at differentieres. Men da det ikke har været muligt at identificere, præcis hvilke proteiner og andre molekyler der er ansvarlige for, at cellerne forbliver uforandret, kan forskerne fortsat ikke holde en stamcellelinie uden brug af musebindevævsceller.

På samme vis foregår forsøgene på at få embryonale stamceller til at udvikle sig til bestemte celletyper i vid udstrækning efter 'trial and error'-princippet, som det også kan læses af interviewet med stamcelleforskeren Moustapha Kassem.

Typisk søger forskerne at identificere de gener, der er ansvarlige for, at celledifferentieringen igangsættes og de vækstfaktorer, der er afgørende for, at de identificerede gener aktiveres. Disse indledende undersøgelser foregår typisk på forsøgsdyr som for eksempel mus. Derefter tilføres de humane, embryonale stamceller forskellige koncentrationer og kombinationer af de tilsvarende humane vækstfaktorer, indtil man rammer den kombination, der får stamcellerne til at udvikle sig i den ønskede retning. Dette er et langsommeligt og tidskrævende arbejde, der kan tage flere år – hvis det overhovedet lykkes. Når man til sidst har etableret en protokol for det første differentieringstrin, gentager man proceduren for at få cellerne til at videreudvikles mod den ønskede celletype.

Et af de store satsningsområder inden for stamcelleforskningen retter sig mod behandling af type 1 diabetes. Man har i dag behandlet nogle type 1 diabetespatienter med insulinproducerende celler fra donorer. Men sammenholdt med behovet er antallet af donorer lavt, og patienterne må medicineres for ikke at afstøde cellerne. Forsøgene har imidlertid vist, at det kan lade sig gøre at regulere patienters blodsukker ved hjælp af celleterapi, og man håber derfor på, at man ved hjælp af embryonale stamceller kan behandle et større antal patienter.

De embryonale stamceller skal imidlertid igennem fire differentieringstrin, før de insulinproducerende ß-celler er dannet. Først skal cellerne specifikt differentieres til endoderme stamceller, der blandt andet giver ophav til lunger, mave, bugspytkirtel, lever og tyndtarm. Dernæst skal den videre udvikling kontrolleres, så der specifikt først dannes bugspytkirtelceller og ikke for eksempel leverceller og derefter endokrine celler også kendt som Langerhanske øer. Til sidst skal cellerne modnes, så der dannes ß-celler.

Forskerne har i dag en god idé om, hvilke gener der styrer udviklingen fra embryonale stamceller til ß-celler, men har ikke afklaret hvilke faktorer, der aktiverer de forskellige gener. Således er det stadig kun lykkedes dem at kontrollere det første differentieringstrin.

Cellernes udviklingsvej og specialisering (illustration: Peter Waldorph)

 

Der er altså langt fra det leje, hvor forskerne befinder sig nu, til at man egentlig kan kontrollere stamcellers udvikling – og dermed også langt til, at stamceller for alvor kan bruges i behandlingsøjemed.

Stamcelleforskningens udfordringer

Den helt store udfordring for stamcelleforskningen er altså at få cellerne til at specialisere sig til de ønskede celletyper. Men forskningen i embryonale stamceller står også overfor et andet problem, nemlig at man mangler stamceller til forskning.

Når stamceller skal bruges i behandlingsøjemed, skal der være vævsforligelighed mellem stamceller og patient, ligesom det er tilfældet ved organdonationer. Er der ikke vævsforligelighed, vil de implanterede celler blive afstødt. Hvis stamcelleterapi for alvor skal blive et behandlingstilbud, skal der altså udvikles et bredt spekter af stamcellelinier.

Som det ser ud i dag, er adgangen til at udvikle nye embryonale stamcellelinier imidlertid begrænset. I Danmark udvikles embryonale stamcellelinier fra befrugtede æg, der er blevet til overs i forbindelse med fertilitetsbehandling. Men de senere år er antallet af tiloversblevne befrugtede æg faldet, fordi fertilitetslægerne er blevet bedre til at regulere de hormoner, der skal få kvinderne til at udskille æg, så de nu ofte kun udskiller det antal, der er behov for. Dertil kommer, at ikke alle par ønsker at donere eventuelle tiloversblevne æg. Og af de æg, der bliver doneret, er det kun få, der egner sig til forskning, fordi de bedste æg er blevet brugt til befrugtningsforsøgene.

I Danmark er der derfor kun udviklet omkring 10 forskellige embryonale stamcellelinjer, mens der på verdensplan er udviklet omkring 300. Så der vil sandsynligvis gå mange år endnu, før der er cellelinjer nok til at dække et bredt udsnit af befolkningens vævstyper.

Flere steder i verden forskes der derfor i at fremstille personlige stamcellelinier ved hjælp af andre teknikker. I mange år har forskerne primært sat deres lid til terapeutisk kloning – en kloningsteknik, hvis formål alene er at fremstille embryoner til stamcelleforskning. Forskerne har haft succes med at fremstille en lang række dyreembryoner ved hjælp af terapeutisk kloning, men så vidt vides, er det endnu ikke lykkedes at fremstille humane stamcellelinier på denne vis, og teknikken har været voldsomt debatteret og er forbudt i en række lande heriblandt Danmark (læs mere om terapeutisk kloning).

I november 2007 offentliggjorde en japansk forskningsgruppe imidlertid nogle banebrydende resultater, der måske vil vise sig helt at overflødiggøre brugen af embryoner i stamcelleforskningen.

Forskerne viste, at ved at tilsætte humane bindevævsceller en cocktail af fire forskellige genregulerende proteiner, der har en vigtig rolle i den tidlige embryoudvikling, kunne de gøre bindevævscellerne pluripotente ligesom embryonale stamceller. De frembragte celler kaldes derfor inducerede pluripotente stamceller (iPS). Også på andre måder viste forskerne, at iPS-cellerne opfører sig som embryonale stamceller. IPS-cellerne kunne differentieres til tre kimlag. Forskerne kunne få dem til at udvikle sig til neuroner ved at bruge metoder, der tidligere har virket på embryonale stamceller.

Det er imidlertid for tidligt at sige, om iPS-cellerne kan erstatte de embryonale stamceller på alle punkter. Det vil formentlig først blive klart, når der er udført en større række forsøg med cellerne.

 

Opdateret 17. august 2010