Terapeutiske perspektiver i stamcelleforskningen: Type 1 diabetes

Ole D. Madsen, ph.d., forsknings-chef, Hagedorn Research Institute, odm@novonordisk.com

Følgende indlæg vil koncentrere sig om forskning i pluripotente (dvs. bredest kompetente) stamceller med hovedvægt på embryonale stamceller. At stamceller er pluripotente betyder, at de kan udvikles til enhver af kroppens specialiserede celletyper – som estimeres i antal til at udgøre omkring 210–240 forskellige varianter – og samtidig besidder disse stamceller evnen til at dele sig igen og igen og igen… Sidstnævnte egenskab betyder, at befrugtede æg i overskud fra IVF-klinikker, som alligevel vil blive destrueret, vil være rigeligt til at dække fremtidige behov som kilder til frembringelse af embryonale stamcellelinjer – cellelinjer, som i kultur vil være udødelige og derfor række langt til brug for forskning og udvikling med henblik på fremtidig ssygdomsbehandling af alvorligt syge patienter.

Hvilken stamcelleforskning findes der i Danmark?

Der findes i dag en væsentlig og voksende stamcelleforskningsaktivitet i Danmark. Aktiviteterne i det nyoprettede Dansk Stamcelle Center under ledelse af prof. Jens Zimmer, har fokus på voksne stamceller.

Grundet nuværende lovgivning er der i Danmark ingen forskning i humane embryonale stamceller. Forskningsaktiviteter i embryonale stamceller omfatter derfor primært embryonale cellelinjer fra musefostre.

Sådanne cellelinjer er bredt tilgængelige for grundvidenskabelig forskning og har været en direkte årsag til udvikling af specielle teknikker, hvormed et bestemt gen kan fjernes fra arvemassen i mus. Det er en unik teknik, som kan afsløre funktionen af et bestemt gen i arvemassen.

Alle pattedyrs (også menneskets) udvikling er skåret over samme læst – og der er et utroligt stort sammenfald af gener, som styrer de samme funktioner i mus og mennesker. Teknikken har derfor været banebrydende for at forstå mange geners funktion i menneskets (og andre pattedyrs) normale udvikling, såvel som gener eller mutationer i gener, som forårsager samme sygdomseffekter både i mus og i mennesker. Som blot et enkelt eksempel kan nævnes, at et barn født uden bugspytkirtel viste sig at have ødelæggende mutationer i et bestemt gen (i begge kopier). Hvis det tilsvarende gen fjernes fra musens arvemasse, så fødes museunger også uden bugspytkirtel.

Denne teknik har ført til en nærmest eksplosiv øgning af viden om pattedyrs(og altså menneskets)udviklingsbiologi fra det befrugtede æg til fødslen. En øget viden om vores udviklingsbiologi er af fundamental vigtighed for en fremtidig kvalificeret brug af embryonale stamceller. Denne forskningstype er også nævnt for at anskueliggøre, at der findes allerede etablerede laboratorier i Danmark, som har stor erfaring i den generelle håndtering af embryonale stamcellekulturer – og specielt dyrkningsbetingelser, som kan bevare den uspecialiserede (dvs. den pluripotente) egenskab. Med støtte fra forskningsministeriet er denne ekspertise gjort tilgængelig bredt i Danmark gennem DABIC’s (Dansk Bioteknologisk Instrument Center) afdeling på Århus Universitet, Dansk Center for Transgene Mus (www.danmouse.dk) under ledelse af dr. Ernst-Martin Füchtbauer og dr. Peter Hjorth.

En fremtidigt dominerende forskningstype vil være at udforske celledyrkningsprotokoller, som har til formål at drive embryonale stamceller gennem et ønsket udviklingsforløb for at opnå en helt bestemt type af færdigudviklede celler. På Hagedorn Research Institute er fokus på udvikling og forbedring af protokoller for at kunne udvikle embryonale stamceller til insulinproducerende betaceller. Fremtidsperspektivet er frembringelse af betaceller til transplantationsbehandling af insulinkrævende diabetes (type 1-diabetes). Netop baseret på en mangeårig basal forskningsindsats i forståelsen af den insulinproducerende betacelles udviklingsbiologi – så ønskes denne viden nu brugt til at udvikle kvalificerede dyrkningsprotokoller, som har til formål at instruere den embryonale stamcelle til at undergå det samme udviklingsforløb, som når den normale betacelle udvikles. I første omgang planlægges dette gennemført på stamceller fra mus, og dernæst er det håbet, at dansk lovgivning snart vil gøre det muligt at overføre denne viden og metoder til stamceller fra mennesker.

Et nyligt internationalt gennembrud med organdonor-betacellepræparationer i transplantationsbehandling af type 1-diabetes er yderst lovende, da sådanne patienter med høj frekvens bliver uafhængige af daglige insulininjektioner. Vigtigst får disse patienter et normaliseret blodsukker – og dermed en behandling, som forudses helt at bremse eller forhindre udvikling af sendiabetiske komplikationer.

Sendiabetiske komplikationer (nyresvigt, blindhed, amputationer, neuropati, kardiovaskulære følgesygdomme)forårsages af forhøjede blodsukkerniveauer igennem for mange år. De sundhedsmæssige omkostninger ved en livslang behandling af diabetes domineres af udgifterne til behandling af sendiabetiske komplikationer (70–80%). Betacelletransplantation som behandling af type 1-diabetes er således revolutionerende med det perspektiv, at sendiabetiske komplikationer helt vil kunne forhindres.

Kilden til disse nye betacelletransplantationer er organdonation fra typisk trafikofre, men der kan kun behandles forsvindende få patienter pga. mangel på egnede donorbugspytkirtler. Manglen på betaceller fra organdonorer sætter fokus på alternative kilder til at kunne frembringe fuldt modne betaceller. Ingen kendte ’voksne stamcelle’-præparationer besidder potentialet til at kunne modnes til betaceller. Kun pluripotente embryonale stamceller vides med sikkerhed at besidde dette udviklingspotentiale. Det er derfor af yderste vigtighed, at der opnås mulighed for at udforske humane embryonale stamcellers potentiale med henblik på at producere fuldt funktionelle betaceller. Dr. Verfaillies laboratorium på University of Minnesota har som de eneste rapporteret etableringen af knoglemarvsafledte voksne stamceller, som besidder et meget bredt udviklingspotentiale (cellerne kaldes MAPC). Fremtidige forsøg vil vise, om sådanne celler kan være et alternativ eller supplement til de embryonale stamceller (se også sidste afsnit).

Kan dansk forskning gøre sig gældende internationalt inden for stamcelleforskning?

Nationale forskningssamarbejder inden for stamcelleområdet – eksemplificeret i Dansk Stamcelle Center inden for voksne stamceller – er væsentlige også i opbygningen af internationale forskningsrelationer. Jeg mener, at en kommende lovgivning skal sikre, at dansk forskning skal kunne gøre sig gældende internationalt inden for stamcelleforskning – inklusive forskning i embryonale stamceller. Danske forskere deltager i dag i mange internationale forskningssamarbejder, som omfatter deltagere fra lande med en liberal lovgivning på det embryonale stamcelleområde. Helt konkret har det 6. rammeprogram under EU inviteret til fælleseuropæiske forskningsinitiativer, hvor mange fremtidige projekter omfatter ønsket om brugen af humane embryonale stamceller. Dansk lovgivning bør således sikre, at danske forskeres deltagelse i sådanne initiativer kan blive en realitet. På linje med det veloverståede EU-topmøde under det danske formandskab, så bør Danmark også her fremstå som et foregangsland med udarbejdelse af et overskueligt lovgrundlag på stamcelleområdet, som kan være model for den række af EU-lande, der endnu ikke har taget stilling til spørgsmålet.

Hagedorn Research Institute deltager i planlægningen af en omfattende forskningsansøgning til det 6. rammeprogram. Det vil selvfølgelig være spildt arbejde, hvis lovgivningen ikke kommer på plads i 2003. Herudover er Hagedorn Research Institute en integreret del af det internationale ’JDRF Center for Beta- Cell Therapy’ in Europe med hovedsæde i Bruxelles. Dette center støttes med 10 mio. amerikanske dollar over fem år af den amerikanske Juvenile Diabetes Research Foundation med det formål at videreudvikle betacelle-transplantationsbehandlingen for type 1-diabetes, herunder også jagten på brugbare voksne stamceller, som ville kunne udvikles til betaceller – og som et alternativ eller supplement til organdonation.

Det amerikanske forskningsråd NIH har i løbet af 2002 støttet etableringen af ’Beta Cell Biology Consortium’ – en satsning, som bygger på et unikt samarbejde mellem mange ledende universiteter i USA med det overordnede mål at kunne aflure betacellens udviklingsbiologi for at omsætte denne viden til at producere stamcelleafledte betaceller til transplantationsbehandling af diabetes. Afdelingsleder Palle Serup, Hagedorn Research Institute, koordinerer – som eneste ikke-amerikanske partner – en europæisk deltagelse (Gentofte, Strasbourg, Bruxelles og Hamburg) i samarbejde med ovennævnte dr. Verfaillie, University of Minnesota (pluripotente voksne stamceller). Dette arbejde fokuserer primært på brugen af mus som dyremodel. Det er et klart ønske fra NIH, at dette arbejde skal kunne opgraderes til at omfatte brugen af humane embryonale stamceller. Hagedorn Research Institute er således et eksempel på en dansk forskningsinstitution, som har et klart behov for en afklaring på stamcelleområdet for også i fremtiden at kunne agere konkurrencedygtigt i internationalsammenhæng.

Hvilke krav stiller forskning i stamceller til forskningspolitikken?

I lighed med flertallet i Etisk Råd mener vi, at der skal laves en lovgivning, som sikrer mulighed for donation af overskudsbefrugtede æg fra IVF-behandling til forskningsbrug med henblik på at kunne etablere humane embryonale stamcellekulturer. Donationen skal ske ved skriftligt informeret samtykke. Ligeledes skal det være muligt at importere allerede eksisterende humane embryonale stamcellekulturer/-linjer.

Det er således en klar og absolut første prioritet at kunne få adgang til at forske i helt almindelige humane embryonale stamceller. Endvidere støtter vi, at forskningsprojekter omfattende brugen af humane embryonale stamceller skal godkendes og registreres i det etiske komitesystem. Den nuværende lovgivning har taget sit udspring i de nye behandlingsformer af barnløshed, især reagensglasbefrugtning og nedfrysning af embryoner. Ideelt set vil en fremtidig lovgivning på stamcelleområdet anerkende, at dette efter alt at dømme bliver et meget stort og betydeligt medicinsk og grundvidenskabeligt forskningsfelt, hvilket vil berettige en selvstændig lovgivning på området. Derfor vil en fremtidig lovgivning forhåbentlig vise sig visionær til sikring af et felt i rivende udvikling, hvor fremtidig styring af sådanne aktiviteter kunne planlægges efter engelsk forbillede. I England er hele området vedr. humane æg/embryoner, assisterende befrugtningsmetoder, kloning og stamcelleområdet reguleret af et dedikeret videnskabeligt/etisk organ (Human Fertilisation and Embryology Authority, HFEA).

Men lovgivning er kun en del af forskningspolitikken. Det vil være bydende nødvendigt, at der ligeledes fra centralt hold satses midler til denne type forskning, som i særdeleshed vil omfatte tre centrale områder:

1. Etablering af nye humane embryonale stamcellekulturer.
2. Sygdomsrelaterede udviklingsbiologiske forskningsprojekter.
3. Udvikling af dyrkningsprotokoller til frembringelse af terapeutiske celler udviklet fra humane embryonale stamceller.

For rationelt at kunne designe protokoller til in vitro udvikling af stamceller hen imod en ønsket celletype med terapeutisk potentiale kræves der, at man har en indgående viden om den normale udvikling af de celletyper, man er interesseret i at frembringe. Det er derfor afgørende, at Danmark får en universitetsforskning i basal udviklingsbiologi (molekylær embryologi) på internationalt niveau. På nuværende tidspunkt er dette ikke tilfældet! Der kræves efter vores opfattelse, at der oprettes et universitetsinstitut, som er dedikeret til denne forskning. Desuden er det afgørende, at tilstrækkelige ressourcer er tilgængelige fra de offentlige (og private) forskningsfonde. Til eksempel skal det anføres, at den australske regering i 2002 afsatte 25 mio. amerikanske dollar til oprettelsen af et center for stamcelleforskning (Science, Volume 296, Number 5574, Issue of 7 Jun 2002, pp. 1779-1781). En sådan satsning sætter den tilsvarende danske (25 mio. kr. over fem år til Dansk Stamcelle Center, voksne stamceller) i perspektiv. Fremtidige tiltag bør nøje koordineres med det eksisterende Dansk Stamcelle Center samt den nyoprettede forskerskole i stamcellebiologi.

Voksne og embryonale stamceller – hvordan sikres forskningen på begge områder?

Internationalt set må stamcelleforskning stadig betragtes som værende i sin vorden. Knoglemarvsstamceller har længe været anvendt i transplantationsbehandling – og besidder en fantastisk evne til at gendanne alle vores blodceller. Men de er ikke pluripotente – dvs. de er allerede delvist specialiserede stamceller, som derfor er meget brugbare i knoglemarvstransplantation – men formentlig uanvendelige i flere andre sammenhænge. Forskningen i knoglemarvsstamcellers og andre voksne stamcellers potentiale er derfor flerstrenget: Hvad styrer en tilsyneladende ’spontan’ modningsproces af en specialiseret stamcelle? – og kan man påvirke et ’forudbestemt repertoire’ af udviklingsmuligheder for en given voksen stamcelle? Dvs. kan man evt. ’udvide repertoiret’ for en given voksen stamcelle, så de så at sige vil kunne bruges terapeutisk i endnu flere sammenhænge?

Embryonale stamceller er unikke på grund af deres pluripotens: de kan deltage i udviklingen af alle kroppens specialiserede celletyper. Disse cellers enorme ’kompetence’ er således også grundlaget for en formidabel forskningsmæssig udfordring. Hvilke sekvenser af påvirkninger skal sådanne celler udsættes for, hvis vi gerne vil udvikle en helt speciel celletype? Netop denne vekselvirkning mellem forskning i voksne og embryonale stamceller vil være af afgørende betydning for at afdække fremtidige anvendelsesmuligheder af stamceller generelt. Det er højst tænkeligt, at voksne stamceller vil blive det foretrukne udgangspunkt for behandling af nogle sygdomme, mens embryonale stamceller vil blive det foretrukne udgangspunkt for behandling af andre sygdomme.

Det vil således være af afgørende betydning, at en fremtidig lovgivning vil tillade denne vekselvirkning ved at lovliggøre forskning i humane embryonale stamceller.

Dr. Verfaillies epokegørende etablering af voksne stamceller med det hidtil største udviklingspotentiale (MAPC) er formentlig det tætteste, man kommer på embryonale stamcellers egenskaber. Selv om disse resultater er yderst overbevisende, er de stadig ikke reproduceret i andre laboratorier. Og som dr. Verfaillie udtaler, så ser hun selv disse stamceller som et vigtigt supplement til embryonale stamceller – og ikke en erstatning. De to celletyper er meget forskellige mht. dyrkningskrav og håndtering – og igen må det konkluderes, at parallel forskning i begge typer af stamceller højst sandsynligt vil resultere i forskellige anvendelsesmuligheder.