Targeting the hematopoietic stem cell to correct osteopetrosis

Popular Abstract in Swedish
Min avhandling har fokuserat på att öka förståelsen för den ovanliga, allvarliga genetiska sjukdomen infantil malign osteopetros (IMO), med målet att utveckla genterapi som en ny behandlingsform för sjukdomen. IMO finns redan vid födseln och orsakas av att osteoklasterna, cellerna ansvariga för nedbrytning av ben, inte fungerar. Sjukdomen kan orsakas av flera olika gendefekter men i över hälften av fallen är det en gen som kallas TCIRG1 som är muterad. Icke-fungerande osteoklaster leder till en kraftigt ökad bentäthet som påverkar blodkärl och nerver som komprimeras på grund av bristande hålutrymmen i skelettet. Trots bildandet av mer ben är benstrukturen skör och benbrott är vanliga. Kompression av bland annat syn- och hörselnerv leder till blindhet och dövhet. Slutligen upphör benmärgen att fungera och barn utan behandling dör vid ca fem års ålder, på grund av blodbrist och infektioner. Eftersom osteoklasterna har sitt ursprung i blodstamceller precis som övriga blodceller, kan sjukdomen botas genom benmärgstransplantation. På så sätt ersätts de defekta blodstamcellerna med stamceller från en frisk donator. Denna behandling är dock riskfylld och kräver att det finns passande donatorer tillgängliga.

I de första två arbetena har vi arbetat med en musmodell som också har en mutation i Tcirg1 genen och uppvisar liknande symptom som finns i människa. Dessa möss lever bara fyra veckor om de inte transplanteras med friska blodstamceller. Både i människa och mus måste oftast stamcellsmottagaren förbehandlas i syfte att skapa utrymme för transplanterade stamceller. I arbete ett optimerade vi transplantationsproceduren så att den blev mer kliniskt relevant för fortsatt forskning. Strålning byttes ut mot låga doser cellgift, och stamceller administrerades intravenöst, vilket resulterade i att biverkningar av strålningen eliminerades och administrationssättet effektiviserades. I arbete två transplanterade vi stamceller utan att först förbehandla mössen och upptäckte att även då kunde vi uppnå tillräckligt benmärgsanslag för att rädda mössen och få en komplett normalisering av benmärg och skelett. Detta är ett viktigt fynd som underbygger valet av IMO som en lämplig sjukdomskandidat för utveckling av genterapi.

Blodstamcellen har förmågan till självförnyelse och produktion av alla typer av celler i blodet under ett helt liv. Genom att korrigera dessa celler kan man återställa funktionen av alla osteoklaster som bildas. Grundidén med genterapi är att tillföra en normal genkopia till en cell som saknar eller har en defekt gen, så att patienten själv kan bilda ett funktionellt protein. Man har redan idag framgångsrikt behandlat vissa sällsynta sjukdomar som drabbar immunförsvaret med genterapi och har genom detta lyckats rädda patienter som annars inte skulle överlevt.
I arbete tre gick vi över till patientceller och använde oss av ett modifierat HIV virus som verktyg för att införa en normalt fungerande genkopia av TCIRG1 till blodbildande humana stamceller. Här visar vi att funktionen hos de defekta osteoklasterna korrigerades med ca 70-80% och nedbrytningen av ben visas genom att mäta nivåer av bland annat kalcium i blodet.

I arbete fyra var vi intresserade av att belysa osteoklasternas roll och betydelse för blodstamcellernas reglering i benmärgen hos vuxna möss. För att undersöka detta använde vi oss av två musmodeller: en med icke-fungerande osteoklaster och en som helt saknar osteoklaster. Blodstamceller från dessa musmodeller transplanterades sedan in i friska vuxna möss och efter flera månader analyserade vi blodet. Våra resultat visade ingen funktionell skillnad mellan blodstamcellerna från osteoklastdefekta musmodeller och friska blodstamceller, vilket kan bero på att osteoklasterna inte har så stor betydelse för stamcellsfunktionen i vuxna möss.

Sammanfattningsvis är dessa studier viktiga för en ökad förståelse av sjukdomen IMO och genterapi som behandlingform. Vi har även fått mer insikt i osteoklasternas roll i regleringen av blodstamceller. Med mål att bota barn med IMO inom den nära framtiden, väntar först ytterligare försök för att testa nya säkrare vektorer i optimerade musmodeller som är bättre anpassade för att analysera patientceller in vivo.