Regeneratieve strategieën met humane vruchtwater-afgeleide stamcellen voor neonatale aandoeningen

Cel-therapeutische strategieën ontwikkelen zich snel in de humane geneeskunde en maken nieuwe behandelingen voor patiënten mogelijk. Stamcellen kunnen klinisch aangewend worden om beschadigde of zieke structuren te vervangen, of om de normale functie van een orgaan te herstellen.

In deze doctoraatsthesis onderzochten we het gebruik van vruchtwater-afgeleide mesenchymale stamcellen (AF-MSC) als een cel-therapeutisch middel in een perinatale setting met de focus op twee condities, namelijk bronchopulmonaire dysplasie (BPD) en zachte weefseldefecten (bvb. het diafragmadefect bij congenitale hernia diafragmatica; CDH). De motivering om het potentieel van het vruchtwater als een stamcelbron te onderzoeken was drievoudig. Ten eerste, maakt het gebruik van AF-MSC autologe celtherapie mogelijk, wat het risico voor immunologische reacties elimineert. Ten tweede, zijn AF-MSC gemakkelijker te isoleren dan adulte MSC. Het vruchtwater kan gecollecteerd worden door vruchtwaterpunctie of op het moment van de geboorte, en verschillende efficiënte AF-MSC isolatie- en expansieprotocollen zijn beschikbaar. Ten laatste, is het vruchtwater een bron van zowel potente immuunmodulatoren (MSC) als weefsel-specifieke progenitoren (van de foetale long, nier, amniotische membranen, etc.). Klonale isolatie en karakterisatie van deze progenitoren maakt de ontwikkeling van orgaan- of ziekte-specifieke behandelstrategieën mogelijk.

In het eerste deel van dit project hadden we als doel om het potentieel van cel-therapeutische toepassingen in de context van een verworven longziekte (BPD) te begrijpen. In hoofdstuk 2, hebben we de literatuur over cel-gebaseerde therapieën in BPD diermodellen systematisch herzien. We identificeerden een totaal van 47 inteventies, waarbij pasgeboren muizen/ratten in een hyperoxische omgeving in bijna alle interventies werden gebruikt als BPD model. Verschillende stamceltypes –vooral beenmerg- en navelstrengbloed-afgeleide mesenchymale stamcellen- en hun geconditioneerd medium leverden positieve resultaten op. Meta-analyse van de resultaten was onmogelijk omwille van een gebrek aan gestandaardiseerde uitkomstparameters. Bovendien maakten de meeste studies enkel gebruik van histologie als uitkomstparameter, zonder mechanismes of langetermijneffecten te bestuderen, wat wij als cruciaal aanschouwen voor de verdere ontwikkeling van dit onderzoeksveld.
In hoofdstuk 3 analyseerden we het potentieel van klonale AF-MSC om BPD-achtige schade te moduleren. We gebruikten hiervoor een hyperoxie-geïnduceerd BPD model in premature konijnen, gezien hun longontwikkeling en therapeutische respons gelijkaardig zijn aan die van de mens. We onderzochten zowel therapie met naïeve AF-MSC als met genetisch gemodificeerde AF-MSC die vascular endothelial growth factor (VEGF; een cruciale factor voor distale longontwikkeling) tot overexpressie brengen. Naïeve AF-MSC reduceerden de longinflammatie maar voorkwamen geen hyperoxie-geïnduceerde schade, terwijl VEGF-overexpresserende AF-MSC een positieve invloed hadden op beide processen. Hiermee tonen we aan dat AF-MSC een geschikt vehikel zijn voor de doelgerichte toediening van bioactieve agentia.        
AF-MSC zijn een heterogene verzameling van MSC die afgeleid zijn van verschillende ontwikkelende organen, waaronder de foetale huid, nieren, longen, amniotische membranen, etc. Omwille van het matig effect van de toediening van naïeve AF-MSC in konijnen met hyperoxie-geïnduceerde longschade, poogden we AF-MSC met een longfenotype te isoleren gezien zulke cellen beter tot longregeneratie in staat zouden zijn. In hoofdstuk 4, bepaalden we dat één vierde van de klonale AF-MSC cellijnen geïsoleerd tussen de 15de en 26ste zwangerschapsweek longkarakteristieken heeft. Dit bleek zowel uit hun merkerexpressie als uit hun in vivo differentiatiepotentieel. Cultuur op foetale pulmonaire extracellulaire matrix-bedekte platen onderhoudt de karakteristieken van deze specifieke AF-MSC. Deze resultaten rechtvaardigen verder onderzoek naar therapeutische strategieën met deze cellen voor perinatale longziekten.

In het tweede gedeelte van deze thesis focusten we op de immuun-modulatoire capaciteiten van AF-MSC om de response van de gastheer op een biomateriaal te beïnvloeden. De combinatie van biomaterialen met AF-MSC zou het mogelijk maken om een patiënt-specifiek construct voor postnatale diafragmatische reconstructie te ontwikkelen. In hoofdstuk 5 en 6 onderzochten we de respons van ratten op small intestinal submucosa (SIS) en electrospun polylactaatzuur matrices (PLA) en het potentieel van AF-MSC om die respons te moduleren. PLA matrices gecombineerd met AF-MSC vertoonden een beter inflammatoir profiel en werden beter geremodelleerd in vergelijking met naïeve PLA matrices. Dit effect werd echter niet geobserveerd met de SIS matrix, die in het algemeen goed getolereerd werd door de dieren. In vergelijking met de PLA matrix, induceerde de implantatie van de SIS matrix slechts een milde inflammatoire respons en dus een minimale release van inflammatoire cytokines en chemokines die de getransplanteerde MSC zouden kunnen activeren.

In hoofdstuk 7, vatten we de conclusies die uit dit onderzoek getrokken kunnen worden samen en speculeren we over de perspectieven van cel-therapeutische toepassingen voor neonatale aandoeningen. We erkennen de beperkingen van dit type klonale AF-MSC, maar beschouwen ons onderzoek als een sterke basis om het therapeutische strategieën met foetale MSC verder te onderzoeken.