AFA Försäkring FoU-program Regenerativ medicin Anslag till projekt 2010-12-01 Genteknologiskt stärkta T-celler för regenerativ cancerbehandling 5 000 000 kronor Projektets målsättning är att etablera T-cellsterapi som cancerbehandling i Sverige. Runt om i världen har man gjort stora framsteg med T-cellsterapier, vid Uppsala universitet har ett antal patienter med cancerformen malignt melanom behandlats med T-cellsterapi. T-celler som ingår i människans immunförsvar förstör virusinfekterade celler och cancerceller. T-cellsterapi försvåras dock avsevärt av att cancerceller kan utsöndra immunförsvarshämmande substanser som stänger av T-cellerna. I projektet arbetar man med hypotesen att T-celler kan förändras med hjälp av genteknik så att de kan motstå de hämmande substanserna och döda cancercellerna. T-celler kan renas fram från ett vanligt blodprov och därefter behandlas med genterapi i odlingsskålar. Genterapin innebär att stimulerande gener förs in i T-cellerna med hjälp av genetiska vektorer, ett gentekniskt redskap. T-cellerna börjar då tillverka proteiner som hjälper T-cellerna att dels känna igen cancercellerna, dels förbli aktiverade trots att cancercellerna utsöndrar immunförsvarshämmande substanser. I en odlingsskål kan behandlade T-celler inom en timme döda mellan 50 och 80 procent av cancercellerna. Avsikten med projektet är att upprätta kliniska odlingsprotokoll för att initiera kliniska prövningar med genbehandlade T-celler på människor med cancer. Angelica Loskog, docent, PhD, Uppsala universitet Inst för onkologi, radiologi och klinisk immunologi, Enheten för Klinisk Immunologi Tel: 018-6119181 073-5377161 angelica.loskog@klinimm.uu.se Generering av stora mängder oocyter från primordiala folliklar för utveckling av patientspecifika stamceller 5 000 000 kronor En viktig utmaning för regenerativ medicin är att skapa patientspecifika pluripotenta stamcellslinjer från mänskliga embryon med hjälp av somatisk cellkärnöverföring. Det största hindret har varit att det är svårt att få tillräckligt många mogna mänskliga ägg för detta ändamål. I ett nära samarbete mellan Kui Lius grupp vid Umeå universitet och Outi Hovattas grupp vid Karolinska Institutet kombineras nu vår ledande expertis gällande humana embryonala stamceller och äggceller, för att utvinna stora mängder mogna, humana ägg från den rikaste källan, primordiala äggcellsblåsor, det vill säga äggceller som befinner sig i tidig utvecklingsfas. Projektet använder sig av PTEN-hämmare, som aktiverar outvecklade ägg, vars utveckling annars hejdas av molekylen PTEN. PTEN-hämmarens funktion upptäcktes av Kui Luis grupp och redovisades i Science 2008. Projektet vill sedan etablera patientspecifika stamcellslinjer med hjälp av överföring av kroppens cellkärnor och partenogenetisk aktivering av äggen, det vill säga aktivering av obefruktade, omogna ägg.
Tekniken för att utvinna humana, embryonala stamcellslinjer är väl etablerad vid Outi Hovattas laboratorium, där över 30 stamcellslinjer har utvunnits. De hör alla till EU:s stamcellsregister (EU hesc Registry) och tio av dem har accepterats av EU-kommissionen för användning vid EUprojekten. Projektet ser fram emot att med hjälp av ovan beskrivna metodik etablera patientspecifika stamcellslinjer med kärnöverföring till humana ägg som rutinteknik. Den här metoden kommer att vara ytterst viktig för regenerativa kliniker, eftersom den möjliggör användning av individualiserade pluripotenta celler. Kui Liu, professor, Umeå universitet - Inst för medicinsk kemi och biofysik Tel: 090-7867762 073-6205064 kui.liu@medchem.umu.se Cellterapi för att förhindra utveckling av typ 1-diabetes 5 000 000 kronor Idag saknas botemedel mot typ 1-diabetes som är den vanligast förekommande kroniska åkomman hos barn. Sjukdomen kan leda till allvarliga följdeffekter som blindhet, kronisk njursvikt, hjärtkärlsjukdom och för tidig död. Den innebär ofta sänkt livskvalitet och är också förenad med stora socioekonomiska kostnader. Forskningsplanen kombinerar experimentella och kliniska studier av cellbaserad terapi som syftar till att både förhindra utveckling av typ 1-diabetes och bota uppkommen sjukdom. En klinisk interventionsstudie ska genomföras där patienter med nyligen debuterad typ 1-diabetes behandlas med stamceller från kroppens benmärg, så kallade mesenkymala stamceller. Behandlingen kan leda till att patienten klarar sig utan eller med begränsad insulinbehandling, genom att man hejdar den sjukdomsutveckling som innebär att de insulinproducerande betacellerna förstörs. I experimentella djurstudier har forskarna tidigare sett att neuralliststamceller (primitiva celler från nervsystemet) och/eller blodkärlsceller i den insulinproducerande vävnaden kan stimulera betaceller att dela sig och bli flera. Man ska nu studera hur neuralliststamceller från hud och stimulerade blodkärlsceller i insulinproducerande vävnad kan få också mänskliga beta-celler att dela sig och bli fler i syfte att helt återställa patienternas glukostolerans. Arbetet bygger på ett multi-disciplinärt samarbete mellan forskare med såväl experimentell som klinisk bakgrund. Per-Ola Carlsson, professor, Uppsala universitet Inst för medicinsk cellbiologi och Inst för medicinska vetenskaper, Tel: 018-4714425 Per-Ola.Carlsson@mcb.uu.se
Nya strategier för regeneration i hjärnan efter stroke - från laboratoriet till patienten till den friska individen 5 000 000 kronor Målsättningen är att utveckla strategier och principer för förbättrad läkning och återkomst av funktioner efter stroke och andra hjärnskador. Detta ska göras med individuellt utformade program bestående av multimodal stimulering, fysisk aktivitet och annan rörlighetsbefrämjande behandling. Koncepten baseras på ny kunskap om strukturell och funktionell omformning av hjärnan, vilket utgör grund för inlärning, anpassning och återhämtning efter hjärnskada. Projektets mål är att undersöka och kartlägga viktiga biologiska markörer samt kvalitativa och kvantitativa komponenter i program och miljöer som stimulerar läkning och funktionsåterkomst i hjärnan. De prekliniska studierna ska ge ökad förståelse av vissa mekanismer (cellulära och molekylära). Dessa kan utgöra bas för positiva effekter av multimodal stimulans (en kombination av olika metoder) och fysisk aktivitet på hjärnans plastiska och läkande processer. Det inkluderar fördjupade studier av astrocyternas (den vanligast förekommande celltypen i hjärnan) kontrollfunktioner i funktionella neurala nätverk, angiogenes (nybildning av blodkärl) och påverkan av immunförsvaret, immunmodulering. Genom dessa studier bidrar projektet till att skapa den grundläggande kunskapsgrund som behövs för förbättring av förebyggande behandling och mer effektiva rehabiliteringsprogram efter skada och sjukdom i hjärnan samt hur man förhindrar att sjukdomar återkommer. Mer effektiv och kunskapsbaserad intervention kommer att leda till minskat lidande för den enskilde och långsiktigt stora samhällsbesparingar. Milos Pekny, MD, DrMedSc, professor, Sahlgrenska akademin, Göteborgs universitet Inst för neurovetenskap och fysiologi Tel: 031-7863269, 070-9134865 milos.pekny@neuro.gu.se Regenerativ medicin i ortopedin 5 000 000 kronor Projektet handlar om stamcellsforskning med avsikt att förstå och påskynda frakturläkning. De flesta kommer någon gång att få en fraktur, oftast vid hög ålder, då en lång och smärtsam läkningsperiod kan beröva patienten livsglädjen. Avsikten med detta projekt är att utveckla möjligheterna att använda modern, regenerativ medicin inom ortopedin. Nyligen var forskarna i projektet först med att kunna förkorta läkningstiden med ett läkemedel (PTH). Flera andra terapier är under utveckling. För att effektivt kunna utnyttja den fulla potentialen av dessa nya möjligheter måste projektet dock ha bättre kunskaper om frakturläkningens biologi. Projektet avser att skaffa denna kunskap genom detaljerade undersökningar av de celler som deltar i den tidiga läkningsfasen och hur deras funktion påverkas av farmakologisk stimulering eller mekaniska stimuli. Dessa mer basala undersökningar underlättas av användandet av transgena musstammar som tillåter forskarna att följa stamcellers mognad i det skadade benet.
Projektet kombinerar klassisk frakturbiologi med stamcellsforskningen och kommer att ge insikter som kanske kan möjliggöra rationell läkemedelsbehandling för att förkorta läkningstiden och förhindra komplikationer vid skelettskador. Dessutom kan det ge möjligheter för stamcellstransplantationer till svårläkta frakturer, något som vore av stor betydelse för sjukvården och patienterna. Per Aspenberg, professor, Linköpings universitet Inst för klinisk och experimentell medicin (IKE) Ortopedi Tel: 010-1034166 per.aspenberg@liu.se Mikael Sigvardsson, professor, Linköpings universitet - Inst för klinisk och experimentell medicin (IKE) Mobil: 0708-320120 miksi@ibk.liu.se Nya strategier för regeneration av hjärnan 6 000 000 kronor Nya nervceller bildas från stamceller framförallt i två begränsade delar av den mänskliga hjärnan. Trots att stamceller existerar i andra hjärnområden ersätts inte förlorade nervceller efter skada eller under neurodegenerativa sjukdomar i sådan utsträckning att de kompenserar för de förlorade nervcellerna. Därför blir symptomen hos olika neurodegenerativa sjukdomar, så som t ex Alzheimer och Parkinsons sjukdom, successivt värre. Projektets syfte är att förstå vilka mekanismer som förhindrar nybildningen av nervceller och identifiera sätt som kan få stamceller att ge upphov till nya nervceller i de delar av hjärnan där nybildning av nervceller normalt inte sker. Projektet föreslår unika, jämförande studier på molekylär och cellulär nivå mellan däggdjur och salamandrar. Salamandrar utgör en perfekt jämförande modell eftersom nybildning av nervceller är lika begränsad hos salamandrar som hos däggdjur normalt, men salamandrar ersätter alla förlorade nervceller efter skador eller om man modellerar neurodegenerativa sjukdomar hos dem, som till exempel Parkinsons sjukdom. Projektet förväntar sig att de jämförande studierna kommer att avslöja unika mekanismer hos salamandrar, mekanismer som inte längre är aktiva eller som är aktivt blockerade hos däggdjuren, inklusive människan. Den nya kunskapen kan ge förklaringar till varför människan har förlorat förmågan att nämnvärt reparera hjärnan och som därmed kan leda till nya behandlingsmetoder hos patienter med neurologiska skador eller sjukdomar. Jonas Frisén, professor, Karolinska Institutet Inst för cell- och molekylärbiologi Tel: 08-52487562 jonas.frisen@ki.se Andras Simon, docent, Karolinska Institutet Inst för cell- och molekylärbiologi Tel: 08-524 87020 andras.simon@ki.se
Funktionell integration av transplanterade humana ips-celler för att regenerera hjärnan vid Parkinsons sjukdom och epilepsi 5 000 000 kronor Mänskliga inducerade pluripotenta stamceller, ips-celler, kan tillverkas från patientens egna mogna celler, till exempel från huden och omprogrammeras i ett provrör för att därefter återinföras till patienten för att ersätta de förlorade cellerna i det sjuka organet, till exempel degenererade nervceller i hjärnan. På grund av avsaknad av immunologisk avstötning efter sådan självtransplantation ger ipsceller helt nya möjligheter för regenerativ medicin, med unik potential att använda patientens egna celler. Vid Parkinsons sjukdom och epilepsi dör de specifika nervceller som producerar signalmolekylerna dopamin (DA) och GABA. Transplantation av celler som producerar dessa molekyler har visat sig kunna motverka symptomen vid respektive sjukdom. Därför skulle transplantation av ips-celler som producerar DA och GABA kunna utvecklas till en mycket lovande metod för behandling av Parkinsons sjukdom och epilepsi. Främst på grund av tekniska begränsningar är kunskapen dock mycket knapphändig när det gäller hur viktig funktionell integration av de transplanterade cellerna (särskilt de mänskliga ips-cellerna) är för symtomlindring. Projektet kommer att studera detta med innovativa metoder som använder ljuskänsliga proteiner från bakterier som introducerats i de transplanterade ips-cellerna. Detta möjliggör aktivering och hämning av dessa celler med ljus och dessutom reglering av DA eller GABA-frisättning från dessa celler för att optimera funktionell återhämtning. Merab Kokaia, professor, Lunds universitet Inst för kliniska vetenskaper, Tel: 046-2220547, 070-6620899 Merab.Kokaia@med.lu.se Biomaterial - Förbättrade strategier att reparera skadade hjärtan 5 000 000 kronor Trots att systematiskt forskningsarbete både i klinik och på laboratorium har gjort stora framsteg gällande såväl preventivt arbete som behandling av hjärtsjukdomar, så fortsätter dessa att vara en av de vanligaste orsakerna till tidig död och grava handikapp. De skador som uppstår på hjärtats muskel vid en infarkt blir ofta permanenta vilket ger en nedsatt hjärtfunktion. Det vore således ett stort framsteg om man kunde begränsa skadans omfattning samtidigt som återskapandet av hjärtmuskel stimuleras på så sätt att funktionen återfås. Även om man i tidiga studier trodde sig kunna få nybildande av hjärtmuskelceller från benmärgens stamceller har det visat sig att de positiva effekterna snarast beror på en ökad kärlbildning i det skadade området. Projektet avser att använda en kombination av biomaterial och cellbaserad terapi för att bromsa destruktiva, inflammatoriska förlopp men även för att öka blodkärlsformation i det skadade området. Biomaterialens primära roll är att skydda de celler som tillförs den skadade hjärtmuskeln så att de kan utföra sina uppgifter på bästa sätt. För att genomföra detta har man utvecklat avancerade musmodeller, möjligheter att rena och få stamceller att växa i laboratoriet samt möjligheter att genomföra samma typ av arbete på mänskliga celler. Detta projekt involverar ett intimt samarbete mellan kliniskt aktiva läkare och grundforskare som besitter unik kompetens. Detta är essentiellt för ett lyckat projekt och för att denna kunskap ska komma patienter tillgodo på bästa sätt.
May Griffith, professor, Linköpings universitet Inst för klinisk och experimentell medicin (IKE) Tel: 013-281756, 073-6569375 May.Griffith@liu.se Regenerativ behandling efter infarkt i hjärna och hjärta 6 000 000 kronor Blodpropp i hjärnan, s k stroke och hjärtinfarkt, uppvisar liknande skademekanismer, riskfaktorer och faktorer som påverkar funktionell återkomst och återinsjuknande. Båda sjukdomarna orsakas av otillräckligt blodflöde som leder till att nervceller och hjärtmuskelceller dör direkt eller på grund av efterföljande inflammation. Hjärnan och hjärtat på vuxna har en viss, men otillräcklig självläkande förmåga genom nybildning av nerv- och hjärtmuskelceller från de egna stamcellerna. Nerv- och hjärtmuskelceller kan också tillverkas från embryonala stamceller (ES) som är tagna från befruktade ägg samt från hudceller, så kallade fibroblaster som har omprogrammerats till ips-celler (inducerade pluripotenta stamceller). Projektet kommer att studera hur nerv- och hjärtmuskelceller som har genererats från egna stamceller eller från ES-celler och ips-celler och sedan transplanteras, kan regenerera hjärna och hjärta och förbättra funktion i djurmodeller av stroke och hjärtinfarkt. Hjärnfunktion undersöks med elektrofysiologi och beteendetester och hjärtfunktion med ultraljud. Projektet kommer särskilt att studera betydelsen av inflammationen efter skadan och hur denna skall påverkas för att maximera läkning, återhämtning och återkomst av funktioner. Med hjälp av avancerade så kallade imaging-tekniker kommer man att följa vad som händer med stamcellerna och de nybildade nerv- och hjärtmuskelcellerna. Målsättningen är att projektet ska leda till ett prekliniskt protokoll för regenerativ behandling på patienter med stroke eller hjärtinfarkt. Zaal Kokaia, professor, Lunds universitet Inst för kliniska vetenskaper Tel: 046-2220276, 070-5365917 Zaal.Kokaia@med.lu.se Etablering och differentiering av humana stamceller med lamininproteiner 4 000 000 kronor Cellterapi är ett nytt lovande terapiområde där humana stamceller utnyttjas för utveckling av vävnadsspecifika celler för behandling av ärftliga och förvärvande sjukdomar (som exempelvis typ 1- diabetes, Parkinsons sjukdom, ryggmärgsskador, hjärtinfarkt, muskeldystrofi). Det finns dock flera olösta problem för denna terapimetod: 1) Humana stamceller är svåra att odla in vitro (i laboratoriemiljö) och deras differentiering är svår att kontrollera. 2) Det är brist på biologiskt relevanta material att odla stamceller på. 3) Det fattas helt kemiskt definierade odlingsmiljöer och cellodlingsmaterial som är rena från djursubstanser. Inom projektet har man klonat de gener som möjliggör framställning av laminer, så kallas de femton olika humana basalmembranproteiner som fostrets/kroppens celler normalt växer på så att de kan
utvecklas till olika celltyper. I en ny genombrottsartikel har man visat att en enda laminintyp räcker för expansion av odifferentierade stamceller (Nature Biotechnology, 2010). Man har också utvecklat en miljö för odling av humana stamceller, vilket är den första odlingsmiljön som är kemiskt definierad och fri från djursubstanser. Nyare resultat visar också att olika lamininer utvecklar stamcellerna till olika celltyper. Projektet planerar att studera mekanismerna för hur lamininerna kan differentiera eller hindra differentiering av stamceller och hur man kan använda dem tillsammans med olika tillväxtfaktorer för att skapa kontrollerbara vägar för celldifferentiering för framtida cellterapiändamål. Projektet är helt unikt och innovativt och det kan ha stor betydelse för utvecklingen av human stamcellsterapi. Karl Tryggvason, professor, Karolinska Institutet Inst för medicinsk biokemi och biofysik, Matrixbiologi Tel: 08-52487720, 070-3297720 karl.tryggvason@ki.se Funktionella konsekvenser av ålder för inducerade pluripotenta stamceller 5 000 000 kronor Förekomsten av åldersrelaterade sjukdomar, vilka inkluderar våra numera vanligaste folksjukdomar såsom hjärt- och kärlsjukdomar, diabetes och cancer, har ökat dramatiskt i takt med att medicinsk utveckling drivit ökningar i genomsnittlig livslängd. Det kan förutspås att framtida terapier baserade på regenerativ medicin kommer att ha ett särskilt värde för att hindra och korrigera dessa sjukdomar. En särskilt lovande källa för de celler som är nödvändiga för cellbaserade regenerativa strategier är ips-celler, inducerade pluripotenta stamceller. Dessa kan individualiseras, dvs göras patientspecifika genom omprogrammering av kroppsegna celler. I dagsläget finns inte mycket information tillgänglig om hur ålder påverkar alstring och funktion hos ips-cellerna. Projektet avser att generera och karaktärisera ips-celler från människor i olika åldrar. Parallellt kommer studier att utföras med musmodeller, vilket gör det möjligt att utvärdera hur ålder påverkar ips-cellernas regenerativa potential i intakta organismer. Ett särskilt fokus kommer vara inriktat på blodsystemet, där ett flertal åldersrelaterade förändringar bidrar till ökad infektionsbenägenhet, utveckling av anemi liksom en dramatisk ökning av olika typer av leukemier. Projektet avser att bidra till kunskapsutveckling inom detta nya forskningsområde, vilket får anses kritiskt då de flesta patienter tilltänkta för behandling baserad på ips-celler kommer att vara äldre. David Bryder, Docent, Lunds universitet Inst för experimentell medicinsk vetenskap Tel: 046-2223951 David.Bryder@med.lu.se