Κινητοποίηση των αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων και κινητική εμφύτευσης: προεκτάσεις για τη γονιδιακή θεραπεία της θαλασσαιμίας

Abstract

High numbers of genetically modified hematopoietic stem cells (HSCs) equipped with enhanced engrafting potential are required for successful gene therapy of thalassemia. We investigated the mobilization with G-CSF, Plerixafor or Plerixafor+G-CSF, in thalassemic, Hbbth3/45.2+ mice in terms of safety and efficacy, as well as the engraftment kinetics of the mobilized cells after competitive primary and noncompetitive secondary transplantation and transducibility of the differently mobilized cells. There was no death or clinical sequelae of splenic rupture in G-CSF-, Plerixafor- or Plerixafor+G-CSF-treated animals of normal or thalassemic strain, however, hemorrhagic infarcts in the spleen were detected all thalassemic mobilization groups. HBBth-3 mice mobilized less effectively than C57Bl6 mice with G-CSF, due to increased splenic trapping of hematopoietic stem and progenitor cells. Splenectomy restored the mobilization proficiency of thalassemic mice at comparable levels to normal mice and resulted in the development of a hematopoietic compensatory mechanism in the thalassemic liver. Plerixafor- alone mobilizes in comparable levels with G-CSF, whereas Plerixafor+G-CSF-mobilization resulted in higher stem and progenitor cell yields compared to G-CSF- or Plerixafor-alone. Plerixafor+G-CSF-mobilized Hbbth3/45.2+cells achieved faster hematologic reconstitution and higher levels of donor chimerism over all other types of mobilized cells, after competitive transplantation to B6.BoyJ /45.1+recipients. Moreover, secondary G-CSF- or Plerixafor+G-CSF- secondary recipients presented stable or even higher levels of chimerism, in contrast to the lower donor chimerism of mice that underwent transplantation from Plerixafor-bone marrow chimeras. Plerixafor-mobilized cells showed decreased competiveness over G-CSF- or Plerixafor+G-CSF cells, a finding associated with the mobilization of more actively proliferating cells and higher c-kit+ CD26 expression. Both differently mobilized and steady state hematopoietic progenitors represented a high transduction efficacy when transduced with a GFP reporter lentiviaral vector, with Plerixafor-mobilized cells achieving a more constant GFP expression. Overall, Plerixafor+G-CSF-mobilized blood represents an optimal graft for thalassemia gene therapy because of the higher HSC yields, the faster hematological recovery, the superiority in long-term engraftment over single-agent-mobilized blood cells and the high transduction capacity.

Για επιτυχή γονιδιακή θεραπεία στη β-θαλασσαιμία υπάρχει ανάγκη υψηλού αριθμού γενετικά τροποποιημένων αιμοποιητικών στελεχιαίων κυττάρων (hematopoietic stem cells - HSCs), με ενισχυμένη ικανότητα εμφύτευσης και γονιδιακής μεταφοράς. Διερευνήθηκε η κινητοποίηση με G-CSF, Plerixafor ή Plerixafor+G-CSF, σε θαλασσαιμικά ποντίκια τύπου Hbbth3/45.2+ ως προς την ασφάλεια και την αποτελεσματικότητα, όπως επίσης και ως προς την κινητική εμφύτευσης των κινητοποιημένων κυττάρων μετά από ανταγωνιστική πρωτογενή και μη ανταγωνιστική δευτερογενή μεταμόσχευση αλλά και ως προς την ικανότητα διαμόλυνσης των διαφορετικά κινητοποιημένων κυττάρων. Δεν παρατηρήθηκε θάνατος ή κλινική ένδειξη σπληνική ρήξης σε φυσιολογικά και θαλασσαιμικά ζώα που έλαβαν G-CSF, Plerixafor ή το συνδυασμό Plerixafor+G-CSF, παρατηρήθηκαν ωστόσο αιμορραγικά έμφρακτα στο θαλασσαιμικό σπλήνα, σε μικρό ποσοστό σε όλες τις ομάδες κινητοποίησης. Τα HBBth-3 ζώα κινητοποιούν λιγότερο αποτελεσματικά με τον G-CSF συγκριτικά με τα φυσιολογικά ζώα, τύπου C57Bl6, λόγω αυξημένης παγίδευσης των αιμοποιητικών στελεχιαίων και προγονικών κυττάρων στον υπερμεγέθη θαλασσαιμικό σπλήνα. Η σπληνεκτομή αποκατέστησε την αποτελεσματικότητα της κινητοποίησης στα θαλασσαιμικά ποντίκια σε συγκρίσιμα επίπεδα με τα φυσιολογικά. Ο νέος παράγοντας κινητοποίησης, Plerixafor, έδειξε να κινητοποιεί παρόμοιο αριθμό αιμοποιητικών και στελεχιαίων κυττάρων με τον G-CSF, ενώ ο συνδυασμός Plerixafor+G-CSF απέδωσε σημαντικά υψηλότερο αριθμό κυττάρων σε σχέση με τους μονήρεις παράγοντές κινητοποίησης. Τα Plerixafor+G-CSF-κινητοποιημένα Hbbth3/45.2+ κύτταρα πέτυχαν ταχύτερη αιματολογική αποκατάσταση και υψηλότερα ποσοστά χίμαιρας του δότη συγκριτικά με όλες τις υπόλοιπες ομάδες, μετά από ανταγωνιστική μεταμόσχευση σε συγγενεικούς B6.BoyJ /45.1+ λήπτες. Επιπλέον, οι G-CSF- και Plerixafor+G-CSF- δευτερογενείς λήπτες παρουσίασαν παρόμοια ή ακόμη και υψηλότερα ποσοστά χίμαιρας, σε αντίθεση με τα χαμηλά ποσοστά χίμαιρας των ποντικών που έλαβαν μοσχεύματα από Plerixafor-μεταμοσχευμένους δότες. Τα Plerixafor-κινητοποιημένα κύτταρα εμφανίζουν λοιπόν μειωμένη ανταγωνιστικότητα συγκριτικά με τα G-CSF- ή Plerixafor+G-CSF- κινητοποιημένα κύτταρα, ένα εύρημα που συσχετίσθηκε με την Plerixafor-επαγώμενη κινητοποίηση περισσότερο ενεργοποιημένων προγονικών κυττάρων με υψηλότερη έκφραση του υποδοχέα CD26. Τόσο τα κινητοποιημένα με διάφορες στρατηγικές κύτταρα όσο και αυτά που προήλθαν από μυελό των οστών σταθερής κατάστασης, παρουσίασαν υψηλή ικανότητα διαμόλυνσης από GFP λεντιιικό φορέα αναφοράς, με τα Plerixafor-κινητοποιημένα κύτταρα να παρουσιάζουν υψηλότερη GFP έκφραση. Συνολικά, το Plerixafor+G-CSF κινητοποιημένο περιφερικό αίμα αντιπροσωπεύει τη βέλτιστη πηγή μοσχεύματος για τη γονιδιακή θεραπεία στη θαλασσαιμία, λόγω της υψηλότερης απόδοσης σε HSCs, της ταχύτερης αιματολογικής ανάκαμψης, της υπεροχής στην μακχροχρόνια εμφύτευση και της υψηλής ικανότητας διαμόλυνσης.