Mobilisierung und Sammlung peripherer Blutstammzellen bei Patienten mit Fanconi-Anämie unter Verwendung von G-CSF und AMD3100

Die Fanconi-Anämie ist ein seltenes autosomal-rezessives Syndrom, das aus fortschreitendem Knochenmarkversagen, angeborenen Anomalien und einer Prädisposition für Malignität besteht. Die Heterozygotenrate in den Vereinigten Staaten kann bis zu 1 zu 300 betragen. Das Durchschnittsalter für den Beginn einer aplastischen Anämie beträgt etwa acht Jahre. Obwohl eine verbesserte unterstützende Behandlung das Überleben dieser Patienten von nur wenigen Jahren nach der Diagnose eines Knochenmarkversagens verlängert hat, liegt das mittlere Todesalter immer noch bei etwa 24 Jahren. Die meisten Patienten sterben an Komplikationen des Knochenmarkversagens, einschließlich Blutungen oder Infektionen, oder an Malignität oder Komplikationen einer Stammzelltransplantation. In einer kürzlich durchgeführten 20-Jahres-Überprüfung von Patienten im Fanconi-Anämie-Register lag das tatsächliche Risiko, an Leukämie oder anderen Krebsarten zu erkranken, bei etwa 30 %.

Die Diagnose einer Fanconi-Anämie beruhte ursprünglich auf der Entdeckung der Kombination von Knochenmarkversagen mit angeborenen Anomalien. Zu diesen Anomalien gehören Café-au-lait-Flecken und/oder Hypopigmentierung der Haut, Kleinwuchs, Fehlbildungen der oberen Extremitäten (häufig mit Daumen oder Speiche), Nieren- und Magen-Darm-Anomalien, Mikrozephalie und charakteristisches Gesicht mit breiter Nasenbasis, Epikantalfalten, eng gestellte und kleine Augen und Mikrognathie. Das Knochenmarkversagen ist gekennzeichnet durch ein langsames Fortschreiten zu schwerer Knochenmarkaplasie und Panzytopenie, Stress-Erythropoese mit fötalen Merkmalen, einschließlich Makrozytose, erhöhter Hämoglobin-F- und i-Antigenexpression. Versuche, Knochenmarkvorläufer in vitro von Patienten mit Fanconi-Anämie zu kultivieren, zeigen eine verringerte Anzahl myeloischer und erythroider Kolonien (CFU), was mit einem klinischen Knochenmarkversagen vereinbar ist.

Fanconi-Anämiezellen scheinen einen Defekt in der DNA-Reparatur zu haben, der zu vermehrtem spontanen Chromosomenbruch führt. Dieses Merkmal erhöht die Anfälligkeit von Fanconi-Anämiezellen gegenüber bifunktionellen DNA-Vernetzungsmitteln wie Mitomycin C und Diepoxybutan (DEB). Die Diagnose der Fanconi-Anämie beruht nun auf dem Nachweis von vermehrtem Chromosomenbruch nach einer In-vitro-Behandlung mit DEB. 11 In ähnlicher Weise zeigen Zellen, die von Patienten mit Fanconi-Anämie kultiviert wurden, eine erhöhte Anfälligkeit für die Zytotoxizität von Mitomycin C. Kürzlich wurde gezeigt, dass Zellen von Patienten mit Fanconi-Anämie eine G2-Phasenverlängerung/-stillstand, erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Toxizität durch Sauerstoff, fehlerhafte p53-Induktion und erhöhte Apoptose zeigen.

Die Fanconi-Anämie kann durch somatische Zellhybride in mindestens dreizehn Komplementationsgruppen eingeteilt werden. Die Komplementierung basiert auf der Korrektur der chromosomalen Empfindlichkeit gegenüber Vernetzungsmitteln in Hybridzellen. Innerhalb dieser 13 Komplementationsgruppen wurden zwölf unabhängige Gene kloniert und charakterisiert. Ein Funktionsverlust in einem dieser Gene, einschließlich FANC A, B, C, D2, E, F, G, J, L, M, N und FANC D1 (das BRCA2 ist), kann eine Fanconi-Anämie verursachen. Die Komplementationsgruppen A, C und G machen jedoch etwa 80–85 % der Patienten mit Fanconi-Anämie in den Vereinigten Staaten aus. Diskrete Mutationen in diesen Genen wurden in Familien mit dieser Störung identifiziert. Die Expression des komplementären cDNA-Gens in den jeweiligen Fanconi-Anämiezellen in vitro korrigiert den erhöhten Chromosomenbruch durch DEB und die erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Mitomycin C. Die Expression von Genprodukten in Knochenmarksvorläufern von Patienten mit Fanconi-Anämie erhöht das Überleben in In-vitro-Assays.

Die derzeitige Behandlung der Fanconi-Anämie beruht auf hämatologischer Unterstützung in Form von Transfusionen roter Blutkörperchen und Blutplättchen. Aplastische Anämie spricht bei 50 % der Kinder vorübergehend auf eine Androgentherapie an. G-CSF wurde auch in veröffentlichten Studien unserer eigenen Gruppe verwendet, um die Anzahl myeloischer Zellen im peripheren Kreislauf zu verbessern. Die Knochenmarktransplantation hat einige Patienten von ihrem Knochenmarkversagen geheilt; Die Konditionierungsregime scheinen jedoch stärker toxisch zu sein, und es kann eine erhöhte Anzahl von soliden Tumoren nach der Transplantation im Vergleich zu Patienten ohne die Erkrankung geben. Das Überleben fünf Jahre nach einer Transplantation eines passenden Geschwisters übersteigt jetzt 65 % und nach einer Transplantation eines nicht verwandten Spenders 30 %. Neuere Studien zur Transplantation von nicht verwandten Spendern für Fanconi-Anämie am Cincinnati Children's Hospital und der University of Minnesota haben Überlebensraten berichtet, die sich denen annähern, die bei Transplantationen von passenden Geschwisterspendern beobachtet wurden. Ein Transplantatversagen, das zum Tod führt, bleibt jedoch ein Haupthindernis. Die Verfügbarkeit einer ausreichenden Anzahl von (zuvor gereinigten und kryokonservierten) autologen HSC zur Reinfusion nach Transplantatversagen kann diese Komplikation verhindern.

Schließlich werden gentherapeutische Ansätze verfolgt, aber bis heute gibt es keine Beweise für eine Heilung mit diesem Ansatz beim Menschen, obwohl eine Korrektur in Mausmodellen berichtet wurde. Diese Studien werden durch die Tatsache behindert, dass Maus-Knockouts von FA-Genen keine spontane aplastische Anämie entwickeln und somit keine Phänokopien der menschlichen Krankheit sind. Daher erforderten gentherapeutische Ansätze in zuvor berichteten Mausstudien eine ablative Ganzkörperbestrahlung der Empfängermäuse, um die Transplantation der genkorrigierten Stammzellen sicherzustellen.

Eine offensichtliche Einschränkung des Gentransfers von hämatopoetischen Stammzellen der Fanconi-Anämie besteht darin, dass das notwendige Ziel für die genetische Manipulation, die hämatopoetische Stammzelle (oder ihr Ersatz, die CD34+-Zelle), während der Entwicklung einer aplastischen Anämie zunehmend verloren geht. So fehlt es zum Zeitpunkt schwerer Aplasie und größtem Behandlungsbedarf an Zielstammzellen für die genetische Veränderung. Die Sammlung einer aussagekräftigen Anzahl von HSC vor dem Einsetzen einer aplastischen Anämie zur eventuellen Verwendung in einer therapeutischen Gentherapiestudie wird in der hier skizzierten Studie untersucht. Die verbleibenden Schlüsselfragen sind, ob korrigierte HSC von Patienten mit Fanconi-Anämie nach autologer Reinfusion ohne zytoreduktive Behandlung des Empfängers transplantiert werden und ob die korrigierten Zellen im Falle einer Transplantation einen proliferativen Vorteil gegenüber unkorrigierten Stammzellen zeigen.