Gekweekte rode bloedcellen als vervan

n e w s
&
v i e w s
Gekweekte rode bloedcellen als vervanging van donorbloed?
Auteur
R. van Bruggen
Trefwoorden
gekweekte rode bloedcellen, hematopoëtische stamcellen, universele rode bloedcellen
Samenvatting
Het produceren van rode bloedcellen uit stamcellen lijkt de perfecte oplossing om een plaatselijk
of tijdelijk tekort aan donoren op te vangen. Maar
hoe reëel is deze optie in de nabije toekomst? In
dit artikel wordt de huidige stand van de techniek
Inleiding
De mogelijkheid om uit hematopoëtische stamcellen rode bloedcellen te kweken voor transfusiedoeleinden heeft de afgelopen jaren regelmatig de pers
gehaald. Verschillende researchgroepen uit Frankrijk, Engeland en de Verenigde Staten beschikken
over grote budgetten om op termijn transfusies met
gekweekte rode bloedcellen op grote schaal mogelijk
te maken. In sommige gevallen is men zelfs gevorderd tot het stadium waarin met kleine hoeveelheden gekweekte rode bloedcellen transfusies zouden
kunnen worden gedaan. Theoretisch biedt het gebruik van gekweekte rode bloedcellen een aantal
voordelen ten opzichte van het gebruik van rode
bloedcellen die verkregen worden door bloeddonaties. Ten eerste is er de mogelijkheid om ‘universele’
rode bloedcellen te kweken, wanneer de stamcellen waarvan wordt uitgegaan van een donor met
bloedgroep O, RhD-negatief zijn. Daarnaast zou de
productie onbeperkt zijn, aangepast kunnen worden
aan de vraag en zou de kans op overdracht van pathogenen veel kleiner worden.
Het kweken van rode bloedcellen op grote
schaal
De mogelijkheid om rode bloedcellen uit hematopoëtische stamcellen te kweken is niet nieuw;
de eerste methode waarmee op grote schaal rode
bloedcellen uit stamcellen gekweekt kunnen worden dateert al uit 2005.1 Het grote voordeel van dit
protocol was de grote expansie gecombineerd met
een zeer hoog percentage van enucleatie van de rode
26
vol.
4
nr.
1 - 2 0 11 weergegeven en wordt besproken welke barrières
er nog genomen moeten worden voordat de productie van rode bloedcellen als vervanging kan
dienen voor bloeddonaties.
(Tijdschr Bloedtransfusie 2011;4:26-8)
bloedcellen, het uitstoten van de celkern. Zonder
volledige enucleatie zijn gekweekte rode bloedcellen
niet geschikt voor transfusie, vanwege de kans op
het ontstaan van maligniteiten. Bovendien voldeden de gekweekte rode bloedcellen in in-vitrotesten
aan een aantal belangrijke criteria; hemoglobinegehalte, zuurstofbindende capaciteit, vervormbaarheid en expressie van de verschillende bloedgroepen verschilden niet of nauwelijks van gewone rode
bloedcellen. Nadelen bleken er helaas ook aan dit
systeem te zitten. Zo worden als bron voor de hematopoëtische stamcellen navelstrengbloed, beenmerg
of perifeer bloed gebruikt, bronnen die niet voor
langere tijd in kweek gehouden kunnen worden en
ten opzichte van donorbloed ook geen verbetering
zijn wat betreft risico’s op pathogeenoverdracht.
Verder zijn er zogenoemde feedercellen nodig om
de stamcellen tot rode bloedcellen te differentiëren.
Deze feedercellen worden gevormd door een cellijn die sterk lijkt op stromacellen uit het beenmerg
en zo een goede omgeving vormt voor de groei en
differentiatie van de rode bloedcellen. Het gebruik
van deze feedercellen is echter de grootste belemmering voor gebruik van deze methode naar productie van rode bloedcellen op grote schaal. Voor
het genereren van 1 ‘rodebloedcelconcentraat’ is
met deze methode een oppervlakte van meer dan
80 m2 feedercellen nodig. Dit maakt het zo goed
als onmogelijk om met deze methode genoeg rode
bloedcellen voor 1 transfusie te kweken, laat staan
dat het een vervanging van donorbloed in het algemeen zou kunnen zijn.
t i j d s c h r i f t
v o o r
b l o e d t r a n s f u s i e
Nieuwe ontwikkelingen
De afgelopen jaren zijn er verschillende pogingen
ondernomen om het kweken van rode bloedcellen,
zoals hierboven beschreven, geschikt te maken
voor grootschalige productie. Zo zijn er protocollen gepubliceerd waarmee getracht is om zonder
het gebruik van feedercellen tot een grote expansie en een hoog percentage geënucleerde rode
bloedcellen te komen. In het beste geval worden
hiermee echter 60-70% kernloze rode bloedcellen gegenereerd, en is de expansie veelal veel lager
dan wanneer in de aanwezigheid van feedercellen
wordt gekweekt.2
Een van de andere nadelen van bestaande kweken, was het feit dat er stamcellen gebruikt werden
die weliswaar een hoge capaciteit tot delen hebben, maar niet oneindig gekweekt kunnen worden. Diverse researchgroepen hebben geprobeerd
dit probleem op te lossen door gebruik te maken
van stamcellijnen die uit humane embryo´s gegenereerd worden en daarom humane embryonale
stamcellijnen (hES) worden genoemd.3,4 Deze
hES kunnen ongedifferentieerd in kweek worden
gehouden en desgewenst naar hematopoëtische
stamcellen worden gedifferentieerd door middel van een cocktail aan groeifactoren. In theorie
zijn hES dus de ideale bron voor het kweken van
universele rode bloedcelkweken, maar hES hebben ook een aantal eigenschappen die vooralsnog
verhinderen dat ze op grote schaal gebruikt kunnen worden voor het kweken van rode bloedcellen. Ook hES worden namelijk op feedercellen gekweekt en het kweken zelf is kostbaar, tijdrovend
en gevoelig voor allerlei variaties in de kweek. Bovendien hebben de hematopoëtische stamcellen die
uit deze hES gekweekt kunnen worden een relatief
lage capaciteit om te delen. Met andere woorden,
er worden per stamcel veel minder rode bloedcellen verkregen dan met stamcellen uit bijvoorbeeld
navelstrengbloed. Of hES in de toekomst gebruikt
kunnen gaan worden voor het kweken van rode
bloedcellen op grote schaal wordt vooral bepaald
door de vooruitgang, die geboekt wordt op het gebied van de hES-kweken zelf.
Eén van de meest in het oogspringende nieuwe
methoden om rode bloedcellen op grote schaal
te kunnen kweken is ontwikkeld door het bedrijf Arteriocyte in de Verenigde Staten. In hun
patenten valt te lezen dat zij een oplossing lijken
te hebben gevonden voor de noodzaak om in de
aanwezigheid van feedercellen te kweken om tot
grote expansie en volledige enucleatie te komen.5
t i j d s c h r i f t
v o o r
b l o e d t r a n s f u s i e Zij hebben een bioreactor ontwikkeld waarin de
stamcellen op een matrix van nanofibers kunnen
hechten in een 3D-structuur. In een tweestaps
protocol worden in dergelijke bioreactoren ten
eerste de stamcellen geëxpandeerd, waarna deze
vervolgens tot rode bloedcel gedifferentieerd worden. Deze bioreactor zou het mogelijk maken om
3 x 107 rode bloedcellen per stamcel te genereren,
met volledige differentiatie en enucleatie. Uit de
stamcellen, geïsoleerd uit bloed dat afkomstig is
van 1 navelstreng, zouden op deze manier ongeveer 20 rodebloedcelconcentraten kunnen worden
gekweekt.
Conclusie
Het kweken van rode bloedcellen voor transfusie op
grote schaal spreekt zeer tot de verbeelding en biedt
mogelijk veel voordelen ten opzichte van het gebruik
van donorbloed. De bestaande methoden voldoen
echter nog niet aan de criteria die massaproductie
mogelijk maken. Het grootste struikelblok is dat het
nog niet mogelijk is om genoeg cellen te produceren
uit 1 bron. Ook zijn er nog geen studies gedaan om
vast te stellen of de gekweekte rode bloedcellen geen
nadelige gevolgen hebben voor de ontvanger en of
ze even goed functioneren als rode bloedcellen die
verkregen worden door bloeddonaties. Pas wanneer
gekweekte rode bloedcellen veilig en effectief blijken
te zijn en als de kosten voor het kweken van deze
cellen gereduceerd kunnen worden, kunnen we aan
vervanging van donorbloed door gekweekte rode
bloedcelen gaan denken. De technieken om rode
bloedcellen te kweken worden steeds geavanceerder,
maar er zijn nog een aantal hindernissen te nemen
voordat we op het punt zijn waarop het kweken van
rode bloedcellen geen science fiction meer is.
Referenties
1. Giarratana MC, Kobari L, Lapillonne H, Chalmers D,
Kiger L, Cynober T, et al. Ex vivo generation of fully mature human red blood cells from hematopoietic stem cells.
Nat Biotechnol 2005;23:69-74.
2. Miharada K, Hiroyama T, Sudo K, Nagasawa T, Nakamura
Y. Efficient enucleation of erythroblasts differentiated in
vitro from hematopoietic stem and progenitor cells. Nat Biotechnol 2006;24:1255-6.
3. Ma F, Ebihara Y, Umeda K, Sakai H, Hanada S, Zhang H,
et al. Generation of functional erythrocytes from human
embryonic stem cell-derived definitive hematopoiesis. PNAS
2008;105:13087-92.
4. Lu SJ, Feng Q, Park JS, Vida L, Lee BS, Strausbauch M, et al.
Biologic properties and enucleation of red blood cells from
vol.
4
nr.
1 - 2 0 11
27
n e w s
&
v i e w s
human embryonic stem cells. Blood 2008;112:4475-84.
5. Patent in te zien onder International Publication Number
WO 2009/089035.
Ontvangen 17 januari 2011, geaccepteerd 25 januari 2011.
Correspondentieadres
Dhr. dr. R. van Bruggen, senior onderzoeker
Bloed Transfusie Technologie
Sanquin Research
Afdeling BloedCel Research
Plesmanlaan 125
1066 CX Amsterdam
Tel.: 020 512 35 73
E-mailadres: [email protected]
Belangenconflict: geen gemeld.
Financiële ondersteuning: geen gemeld.
28
vol.
4
nr.
1 - 2 0 11 t i j d s c h r i f t
v o o r
b l o e d t r a n s f u s i e