O projekcie
Rok 2010 naukowcy Śląskiego Centrum Chorób Serca w Zabrzu, Instytutu Onkologii Gliwicach oraz Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu, skupieni wokół problemu regeneracji serca rozpoczęli z entuzjazmem i radością, ale także z niemałą obawą i niepokojem. Śląskie Centrum Chorób Serca tworząc konsorcjum naukowe z Instytutem Onkologii w Gliwicach oraz Fundacją Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu otrzymało dofinansowanie ze środków Unii Europejskiej w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka (poddziałanie 1.3.1), w wysokości 7.8 mln złotych na rozwój i realizację programu naukowego dotyczącego regeneracji mięśnia sercowego z wykorzystaniem sercowych komórek macierzystych.
 
 
Projekt którego czas trwania przewidziano na lata 2010-2014, zatytułowany „SERCOWE KOMÓRKI MACIERZYSTE I PROGENITOROWE - NOWA METODA REGENERACJI USZKODZONEGO SERCA” współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, dotyka komórek, których potencjał regeneracyjny wydaje się mieć olbrzymie znaczenie w odbudowie uszkodzonego mięśnia sercowego, zakłada skuteczną izolację i hodowlę tychże komórek in vitro oraz aplikacje w modelu niedokrwienia u myszy otwierając drogę do dalszych badań doświadczalnych i klinicznych. Co ważne, projekt ten stanowi fragment szerszego Projektu Badawczego, wychodzącego daleko poza okres 5 lat, mającego na celu przygotowanie silnych fundamentów pod pierwsze kliniczne zastosowanie sercowych komórek macierzystych.
 
 
 
 
Celem terapii komórkowej jest wprowadzenie niezróżnicowanych komórek do serca (chirurgicznie lub przezskórnie) i poprzez ich różnicowanie odtworzenie elementu kurczliwego mięśnia sercowego. Współczesna medycyna dysponuje plejadą komórek niezróżnicowanych które, w zależności od zdolności proliferacyjnych i potencjału regeneracyjnego, znalazły zastosowanie w wielu dziedzinach sztuki lekarskiej. W terapii chorób serca z różnym efektem stosowano dotychczas komórki hematopoetyczne (zarówno w postaci nieoczyszczonej jak i puryfikowane – np. komórki mezenchymalne), śródbłonkowe komórki progenitorowe oraz mioblasty szkieletowe. Komórki te charakteryzują się różną zdolnością do różnicowania się w komórki mięsnia sercowego - kardiomiocyty. Mioblasty – komórki satelitarne włókien mięśni szkieletowych – ulegają różnicowaniu wyłącznie do komórek mięśni poprzecznie prążkowanych, których odporność na niedokrwienie jest wielokrotnie większą niż komórek miokardium. Chociaż mioblasty zostały wielokrotnie zastosowane w badaniach klinicznych, ich największą wadą jest asynchronia z komórkami mięśnia sercowego, co skutkuje niebezpiecznymi, zagrażającymi życiu pacjenta zaburzeniami rytmu serca. Najwięcej uwagi poświęcono komórkom macierzystym pochodzenia szpikowego, które są łatwe do pozyskania, izolacji i hodowli, a których liczba dramatycznie wzrasta po każdym incydencie sercowo-naczyniowym sugerując udział tychże komórek w mechanizmach obronnych organizmu. Jednakże możliwości transdyferencjacji komórek hematopoetycznych wydają się być mocno ograniczone. Mezenchymalne komórki macierzyste (Mesenchymal Stem Cells, MSC) których potencjał oceniany jest najwyżej, stanowią jedynie ok. 2% wszystkich macierzystych komórek szpiku. Ponieważ tylko 30% z MSC ma zdolność różnicowania się do kardiomiocytów, to w przypadku podania choremu pełnej frakcji macierzystych komórek szpikowych tylko nieco więcej niż 0,5% z nich potencjalnie może przekształcić się w dojrzałe kardiomiocyty. Komórki hematopoetyczne nie są narządowo specyficzne, co zawsze stwarza niebezpieczeństwo karcynogenezy.
 
 
Trudno nie zauważać sytuacji klinicznych, w których obserwowana poprawa funkcji serca może być wynikiem jego autoregeneracji. Przypadki ostrej niewydolności serca, przebiegające z bardzo niską frakcją wyrzutową lewej komory (LVEF=10-15%) wymagają natychmiastowej interwencji włącznie z zastosowaniem mechanicznego wspomagania krążenia w postaci balonu do kontrpulsacji wewnątrzaortalnej (IABP) lub sztucznej komory serca. Niewydolne serce, silnie wspomagane przez urządzenie mechaniczne, pracując bez obciążenia, ulega skutecznej autoregeneracji w czasie 80-140 dni, z powrotem funkcji skurczowej nawet do 40%. Mechanizm tak dramatycznej poprawy wciąż pozostaje niejasny. Jednocześnie nie u wszystkich pacjentów podobnie silna autoregeneracja zachodzi, implikując konieczność stałego wspomagania mechanicznego lub transplantacji serca (bridge to destination, bridge to transplantation). Terapia z zastosowaniem komórek multipotencjalnych zdolnych odtworzyć aparat kurczliwy i przywrócić funkcję skurczową serca stanowi jedną z największych wyzwań współczesnej kardiologii i kardiochirurgii. Wysoka specyficzność CSC eliminuje ryzyko karcynogenezy, a duży potencjał regeneracyjny wydaje się być niezwykle obiecujący w terapii.
 
 
Sercowe komórki macierzyste (Cardiac Stem Cells - CSC), których skuteczną izolację i hodowlę przewiduje Projekt, są nowoodkrytą grupą komórek multipotencjalnych, zdolnych do wielokrotnej replikacji i różnicowania się w kardiomiocyty, komórki endothelium oraz komórki mięśni gładkich. Komórki te rezydują wyłącznie w mięśniu sercowym. Charakteryzuje występowanie powierzchniowych białek c-kit (CD117), MDR-1 oraz sca-1. Jednocześnie brak na ich powierzchni markerów charakterystycznych dla komórek hematopoetycznych, neuronalnych, komórek mięśni szkieletowych, gładkich, kardiomiocytów oraz komórek endothelium. Doświadczenia wielu ośrodków ukazały istnienie CSC w miokardium wielu gatunków zwierząt laboratoryjnych oraz u człowieka. Liczba, jak i częstość występowania CSC w mięśniu sercowym jest trudna do oszacowania, przypuszcza się jednak, iż ustalona zostaje jeszcze podczas życia płodowego lub bezpośrednio po narodzinach, jest zmienna w zależności od gatunku i waha się w granicach 1 CSC na 8000 – 20 000 kardiomiocytów (u człowieka 1 CSC na 10 000 kardiomiocytów, średnio ok. 3,7 komórki/mm3)
 
Odkrycie CSC zrewolucjonizowało sposób postrzegania mięśnia sercowego, jako organu pozbawionego zdolności regeneracyjnej. Obecnie uważa się, iż starzejące się komórki mięśnia sercowego, zarówno kardiomiocyty jak i komórki tworzące naczynia wieńcowe, a także komórki zrębowe, ulegające apoptozie/nekrozie są nieustannie zastępowane przez odpowiadające im, w pełni funkcjonalne nowe generacje komórek, będące wynikiem różnicowania się endogennych komórek macierzystych. Równowaga między procesami tworzenia a niszczenia warunkuje homeostazę myocardium. Publikowane wcześniej dane pokazują, że w warunkach fizjologicznych, u dorosłego człowieka każdego dnia apoptozie ulega blisko 3x106 kardiomiocytów. Jeśli identyczna liczba komórek nie powstałaby każdego dnia, to przy zakładanym średnim czasie trwania apoptozy (3 godziny) i obumierania kardiomiocyta (24 godziny), oraz szacując liczbę komórek mięśnia sercowego (lewa komora) na 4,9 ± 1,0 x 109 serce uległoby całkowitej degradacji w czasie 4-5 lat. Istniejący stan wiedzy pozwala więc przypuszczać iż nieprzerwanie funkcjonujący proces repopulacji kardiomiocytów skutkuje wymianą wszystkich komórek mięśnia sercowego 18-20 razy w ciągu życia człowieka. Najnowsze publikacje potwierdzają śmiałość tych teorii, ukazując iż komórki miokardium w jednym i tym samym sercu mają różny wiek.
 
 
Udział CSC w fizjologii oraz patofizjologii serca jest wciąż przedmiotem intensywnych badań. Wiadomo, iż liczba CSC zmniejsza się z wiekiem, a zwiększona proliferacja CSC przyczynia się do kliniczne jawnego przerostu mięśnia sercowego w odpowiedzi na zwiększone obciążenie. Olbrzymi potencjał regeneracyjny serca wydaje się być jednak niewystarczający w warunkach niedokrwienia. Przyczyn upatruje się między innymi w niskiej tolerancji niedotlenienia przez CSC i ich obumarciu w obszarze zawału. Niejasne jest pochodzenie CSC, które uznane są przez wielu badaczy za komórki pochodzenia szpikowego. Wyjaśnienia wymaga sposób aktywacji tychże komórek i mechanizm sterujący ich migracją do miejsca uszkodzenia. Znalezienie choć częściowych odpowiedzi na te, ale i wiele innych pytań pozwoli nam stopniowo myśleć o przeprowadzeniu badaniu klinicznym.
 
Warunkiem koniecznym do spełnienia przed rozpoczęciem badań klinicznych jest dokonanie niezwykle dokładnej i skrupulatnej oceny właściwości CSC, włącznie z optymalizacją metod pobrania tkanki jak i samych procedur izolacji i hodowli komórkowych. Na przeciw tym problemom wychodzą cele niniejszego Projektu.
 
Projekt, ze względu na jego złożoność, jest realizowany przez Konsorcjum Naukowe złożone ze Śląskiego Centrum Chorób Serca w Zabrzu, Fundacji Rozwoju Kardiochirurgii w Zabrzu oraz Instytutu Onkologii w Gliwicach. Konsorcjanci mają dobrą i długą historię współpracy zarówno w dziedzinach angiogenezy, hodowli komórkowych, oznaczeń immunohistochemicznych, oraz nowoczesnych technologii medycznych ( sztuczne komory wspomagania serca POL-VAD, projekt robota kardiochirurgicznego RobinHeart). Projekt finansowany w ramach dotacji ze środków UE w ramach POIG zdecydowanie tą współpracę zacieśni, rozwijając trzy ośrodki we wspólnym temacie regeneracji mięsnia sercowego, ale także każdą z nich osobno, poprzez realizowanie projektów na bazie doświadczeń, parku sprzętowego i materiałowego. Dalszy rozwój ośrodka uczestniczącego w Projekcie, jego zwiększony potencjał naukowo-badawczy czy też uzyskane w wyniku Projektu technologie – to cele podstawowe dotacji unijnych. Program, którego ramy czasowe określono na 5 lat, trwać powinien daleko poza ten czas, a w oparciu o wyniki uzyskane podczas jego realizacji powinny powstać następne programy i projekty badań.
 
Wierzymy, że tak właśnie się stanie i w przypadku naszego Projektu. Otrzymane dofinansowanie po raz pierwszy pozwoliło zadbać o personel uczestniczący w badaniu, oferując wynagrodzenia na miarę europejskich placówek badawczych. Projekt realizować będzie zespół 15 osób w tym: 5 kobiet, 6 młodych naukowców, doktorantów, magistrantów i studentów dając dużą szansę na rozwój zawodowy wielu z nich.
 
Jednocześnie należy pamiętać, że rozliczenie dotacji ze środków UE w ramach POIG jest niełatwe. Projektem od strony administracyjnej zarządza zespół księgowych (osobny w każdej instytucji partycypującej) specjalistów od zamówień publicznych oraz koordynatorów do spraw sprawozdawczości. Na potrzeby projektu powstał Sekretariat i prowadzona jest strona internetowa, której celem jest informowanie opinii publicznej o celach i założeniach badania, jego postępie i dalszych planach. Wierzymy, że Projekt ten przyczyni się do rozwoju medycyny regeneracyjnej w Polsce ale i na świecie, do rozwoju instytucji wchodzących w skład Konsorcjum, ale przede wszystkim, pomoże naszym pacjentom, którzy może już niedługo będą głównym jego beneficjentem.