Stammzellen als Option zur Behandlung des Coronavirus?

17. März 2020

Chinesische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass kritische COVID-19-Pneumonie mithilfe von mesenchymalen Stammzellen aus Nabelschnurgewebe (UC-MSCs) erfolgreich behandelt werden kann. In einem Case Report ist dazu der Fall einer 65-Jährigen Chinesin beschrieben.

Mesenchymale Stammzellen aus Nabelschnurgewebe – Option zur Behandlung kritischer Covid-19-Pneumonie?

Das neuartige Coronavirus (SARS-CoV-2) breitet sich seit Mitte Februar in Deutschland aus. Mehr als 160.000 Personen haben sich seitdem mit dem Virus infiziert¹. Die durch das Virus ausgelöste Erkrankung COVID-19 verläuft in 80% der Fälle unproblematisch, oft sogar ohne Symptome². Etwa 14% der Fälle verlaufen dagegen schwer, etwa 6% kritisch². Vor allem ältere Patienten und Patienten mit Komorbiditäten sind hier gefährdet^3,4.

Herausforderung bei der Behandlung

Eine spezielle Therapie gibt es bislang nicht. Die Behandlung erfolgt symptomatisch, in schweren Fällen mithilfe von fiebersenkenden Mitteln, Antibiotika gegen Begleitinfektionen, antiviralen Therapeutika oder zusätzlicher Beatmung. Die Letalität für einen schweren Krankheitsverlauf liegt bei 8%, die für einen kritischen Krankheitsverlauf bei bis zu 22%⁵. Die große Herausforderung ist hier die innerhalb weniger Tage auftretende Lungenentzündung (Pneumonie), die schnell zur starken Belastung für den gesamten Körper werden kann⁶.

Neue Behandlungsoption

Chinesische Wissenschaftler hatten Anfang Februar 2020 herausgefunden, dass die kritische COVID-19-Lungenentzündung mithilfe von mesenchymalen Stammzellen aus Nabelschnurgewebe (UC-MSCs) erfolgreich behandelt werden kann. In einem Case Report ist dazu der Fall einer 65-Jährigen Chinesin beschrieben. Alle verfügbaren Begleittherapien inklusive Beatmung, Antibiose, Korticoidtherapie oder die Gabe von antiviralen Therapeutika hatten den Zustand der Patientin nicht verbessern können. Durch die intravenöse Gabe von UC-MSCs wurde die Frau jedoch innerhalb weniger Tage erfolgreich therapiert⁷.

UC-MSCs – multifunktionell

Das Besondere an UC-MSCs ist, dass sie chemotaktisch sind. Das bedeutet, dass sie Gewebeverletzungen und Entzündungen „wittern“ und gezielt zu ihnen wandern^8,9. Dort angekommen, setzen sie verschiedene Botenstoffe und Wachstumsfaktoren frei und stoßen so Regenerationsprozesse an^8,10. Mithilfe dieser Fähigkeit schwächen UC-MSCs gezielt Entzündungsreaktionen ab^10-14. Durch Freisetzung des Botenstoffes Interleukin-6 stimulieren sie beispielsweise die Veränderung von entzündungsfördernden Fresszellen zu anti-entzündlichen Fresszellen. Durch die Freisetzung des Botenstoffes Prostaglandin E2 unterdrücken sie außerdem die Aktivität und Vermehrung verschiedener Abwehrzellen. Es ist vor allem diese spezielle Eigenschaft, die sich Wissenschaftler und Ärzte bei der Behandlung von kritisch-kranken COVID-19-Patienten zu Nutze machen wollen.

Eine Phase-1-Studie zeigte bereits, dass UC-MSCs bei der Behandlung von Patienten mit COVID-19-Pneumonie sicher und unbedenklich sind. Aktuell untersuchen 3 Phase-2-Studien neben der Sicherheit nun auch die Wirksamkeit von UC-MSCs bei der Behandlung von COVID-19-Pneumonie. Die Studien begannen im Februar 2020 und enden voraussichtlich noch im Herbst dieses Jahres. Dann wird sich zeigen, ob die Wirkung von UC-MSCs in einer größeren Patienten-Kohorte bestätigt werden kann und die Zellen eine realistische Option zur Behandlung von schwerer und kritischer COVID-19-Pneumonie sind.

Warum mesenchymale Stammzellen aus Nabelschnurgewebe bei COVID-19 helfen könnten

Coronavirus-Infektionen erzeugen im Körper von Infizierten eine starke, überschießende Immunreaktion¹⁵. Der Grund dafür ist, dass Coronaviren nicht nur Zellen des Lungengewebes befallen. Sie infizieren auch bestimmte Immunzellen, die im Lungengewebe eigentlich die erste Abwehrlinie gegen Atemwegskeime bilden¹⁵. Normalerweise würden diese Zellen ein „Hilfesignal“ an das Immunsystem absenden, sobald sie infiziert wurden oder Keime finden. Bei einer Coronavirus-Infektion können sie das jedoch vorerst nicht. Die Viren unterdrücken das Hilfesignal, da sie die befallenen Zellen benötigen, um sich in ihnen zu vermehren. Einen Angriff durch die Immunabwehr können sie daher nicht gebrauchen¹⁶. Erst nach einer gewissen Verzögerung wird das Signal in Form von unterschiedlichsten Botenstoffen ausgesendet – dann aber als eine Art „Dauersignal“, erzwungen durch die Viren im Innern der Zellen¹⁶.

Da nun in der Lunge viele Zellen von Viren befallen sind, werden ebenso viele besonders starke, dauerhafte „Hilfesignale“ abgesetzt. Dieses Phänomen wird auch als Zytokinsturm (engl.: cytokine storm) bezeichnet¹⁵. Ein solcher Zytokinsturm ruft die gesamte Immunabwehr auf den Plan. Die Immunantwort gerät außer Kontrolle¹⁵. Das Resultat sind oft schwere Lungenentzündungen und Schäden im Lungengewebe. Einige Patienten entwickeln ein sogenanntes akutes Atemnotsyndrom (ARDS) und müssen beatmet werden¹⁷.

Stand der klinischen Forschung

Erste Patientenstudien untersuchen bereits, ob diese starke Immunreaktion und die Lungenentzündung bei COVID-19 mit UC-MSCs behandelt werden kann. So prüft eine chinesische Patienten-Studie, ob UC-MSCs bei der Behandlung grundsätzlich sicher und unbedenklich sind¹⁷. Die Ergebnisse stehen noch aus, Studienende ist voraussichtlich im kommenden Dezember. Weitere Patienten-Studien untersuchen bereits ganz konkret die Wirksamkeit von UC-MSCs bei der Behandlung von COVID-19-Patienten^19,20, darunter eine erste europäische Studie aus Frankreich²¹. Hier werden kritisch-kranke, beatmungspflichtige COVID-19-Patienten nach dem Zufallsprinzip zwei Behandlungsgruppen zugeordnet. Sie erhalten zusätzlich zur standardmäßigen Intensivbehandlung dann entweder UC-MSCs oder eine Placebo-Lösung, beides in Form einer Infusion. Die Studienärzte hoffen, im Mai nächsten Jahres stichhaltige Aussagen zur Wirksamkeit der neuen Behandlung machen zu können²¹.

Erste Expertenmeinung

Ein Experten-Trio aus den USA, unter anderem von der renommierten Harvard Medical School, fasste den Stand der Forschung rund um die UC-MSCs kürzlich in einer Fachpublikation zusammen. Laut Einschätzung der Autoren seien UC-MSCs aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften die geeignetste Stammzellart zur Behandlung von Corona-Virus-Infektionen^22(E77). Besonders für schwere Verläufe sind UC-MSC möglicherweise eine schnell umsetzbare Option. Trotz aller laufenden Studien sieht das Experten-Trio die Datenlage jedoch noch immer als begrenzt ^22(E77). Basierend auf bisherigen Daten erscheint die intravenöse Gabe von UC-MSCs jedoch sicher und wirksam ^22(E78-E79). Alles deutet darauf hin, dass UC-MSCs Gewebe heilen können und die Genesung beschleunigen ^22(E79). Die US-Experten sehen UC-MSCs deshalb als mögliche Option, um kritisch kranke COVID-19-Patienten im Rahmen von Härtefall-Programmen („Compassionate Use“) zu behandeln ^22(E79).

Vorsicht vor falschem Optimismus

Aktuell gibt es jedoch noch kein solches Programm – weder in den USA noch in Europa. Weiterhin gibt es auch keine zugelassene Therapie gegen COVID-19 auf der Basis von Stammzellen – darauf weisen unter anderem auch die Experten des Stammzellnetzwerks NRW sowie des German Stem Cell Networks in Stellungnahmen hin^23,24. Vor entsprechenden ungeprüften, zellbasierten Behandlungen wird ausdrücklich gewarnt²⁴. Die aktuellen Patientenstudien laufen noch einige Monate. Es dauert also noch etwas bis haltbare Ergebnisse vorliegen. Zwar sind die bisherigen Erkenntnisse durchaus vielversprechend, sie sollten aber aufgrund der bislang begrenzten Erfahrungen nicht überbewertet werden. Bis zu einer zugelassenen Stammzelltherapie ist es auch in Zeiten einer Coronavirus-Pandemie noch ein weiter Weg.

Referenzen

¹Worldometers.info. Germany Coronavirus: Cases and Deaths. https://www.worldometers.info/coronavirus/country/germany/. Updated April 29, 2020.000Z. Accessed April 29, 2020.

²European Centre for Disease Prevention and Control. Daily risk assessment on COVID-19, 9 March 2020. https://www.ecdc.europa.eu/en/current-risk-assessment-novel-coronavirus-situation. Accessed March 12, 2020.

³World Health Organization – WHO. Media Statement: Knowing the risks for COVID-19. https://www.who.int/indonesia/news/detail/08-03-2020-knowing-the-risk-for-covid-19. Updated March 11, 2020. Accessed March 11, 2020.

⁴Robert Koch Institut – RKI. Steckbrief zur Coronavirus-Krankheit-2019 (COVID-19): Fall-Verstorbenen-Anteil, Letalität. https://www.rki.de/DE/Content/InfAZ/N/Neuartiges_Coronavirus/Steckbrief.html#doc13776792bodyText8. Updated March 10, 2020. Accessed March 12, 2020.

⁵Guan W.-J;Ni Z.-Y;Hu Y., et al. Clinical Characteristics of Coronavirus Disease 2019 in China. N Engl J Med. 2020. doi:10.1056/NEJMoa2002032.

⁶Jin Y.-H;Cai L;Cheng Z.-S., et al. A rapid advice guideline for the diagnosis and treatment of 2019 novel coronavirus (2019-nCoV) infected pneumonia (standard version). Mil Med Res. 2020;7(1):4. doi:10.1186/s40779-020-0233-6.

⁷Bing Liang, Junhui Chen, Tao Li, et al. Clinical remission of a critically ill COVID-19 patient treated by human umbilical cord mesenchymal stem cells. http://chinaxiv.org/abs/202002.00084. Updated February 27, 2020.

⁸Fu X;Liu G;Halim A., et al. Mesenchymal Stem Cell Migration and Tissue Repair. Cells. 2019;8(8). doi:10.3390/cells8080784.

⁹Bartolucci J;Verdugo F.J;González P.L., et al. Safety and Efficacy of the Intravenous Infusion of Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Patients With Heart Failure // Safety and Efficacy of the Intravenous Infusion of Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Patients With Heart Failure: A Phase 1/2 Randomized Controlled Trial (RIMECARD Trial Randomized Clinical Trial of Intravenous Infusion Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells on Cardiopathy). Circ Res. 2017;121(10):1192-1204. doi:10.1161/CIRCRESAHA.117.310712.

¹⁰Todeschi M.R;El Backly R;Capelli C., et al. Transplanted Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells Modify the In Vivo Microenvironment Enhancing Angiogenesis and Leading to Bone Regeneration. Stem Cells Dev. 2015;24(13):1570-1581. doi:10.1089/scd.2014.0490.

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¹²Chatterjee D;Marquardt N;Tufa D.M., et al. Role of gamma-secretase in human umbilical-cord derived mesenchymal stem cell mediated suppression of NK cell cytotoxicity. Cell Commun Signal. 2014;12:63. doi:10.1186/s12964-014-0063-9.

¹³Najar M;Raicevic G;Boufker H.I., et al. Mesenchymal stromal cells use PGE2 to modulate activation and proliferation of lymphocyte subsets: Combined comparison of adipose tissue, Wharton’s Jelly and bone marrow sources. Cell Immunol. 2010;264(2):171-179. doi:10.1016/j.cellimm.2010.06.006.

¹⁴Weiss M.L;Anderson C;Medicetty S., et al. Immune properties of human umbilical cord Wharton’s jelly-derived cells. Stem Cells. 2008;26(11):2865-2874. doi:10.1634/stemcells.2007-1028.

¹⁵hannappanavar R;Perlman S. Pathogenic human coronavirus infections: causes and consequences of cytokine storm and immunopathology. Semin Immunopathol. 2017;39(5):529-539. doi:10.1007/s00281-017-0629-x.

¹⁶Fehr A.R;Perlman S. Coronaviruses: An Overview of Their Replication and Pathogenesis. Coronaviruses. 2015;1282:1-23. doi:10.1007/978-1-4939-2438-7_1.

¹⁷Mehta P;McAuley D.F;Brown M., et al. COVID-19: consider cytokine storm syndromes and immunosuppression. The Lancet. 2020;395(10229):1033-1034. doi:10.1016/S0140-6736(20)30628-0.

¹⁸Wang F-S. NCT04252118: Safety and Efficiency of Mesenchymal Stem Cell in Treating Pneumonia Patients Infected With 2019 Novel Coronavirus. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04252118. Accessed March 10, 2020.

¹⁹Wang F-S. NCT04288102: Prospective, Randomized, Multi-center Phase 2 Clinical Trial of Mesenchymal Stem Cell (MSC) for the Treatment of Severe Corona Virus Disease 2019 (COVID-19). https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04288102?term=Covid+MSC&draw=2&rank=1. Accessed March 10, 2020.

²⁰Peng ZY. NCT04269525: Clinical Research Regarding the Availability and Safety of UC-MSCs Treatment for Serious Pneumonia and Critical Pneumonia Caused by the 2019-nCOV Infection. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04269525?term=corona+virus+cord+blood&draw=2&rank=3. Accessed March 10, 2020.

²¹Assistance Publique – Hôpitaux de Paris. NCT04333368: Cell Therapy Using Umbilical Cord-derived Mesenchymal Stromal Cells in SARS-CoV-2-related ARDS. https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04333368. Updated April 22, 2020. Accessed April 22, 2020.

²²Atluri S;Manchikanti L;Hirsch J.A. Expanded Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells (UC-MSCs) as a Therapeutic Strategy in Managing Critically Ill COVID-19 Patients: The Case for Compassionate Use. Pain Physician. 2020;23(2):E71-E83.

²³Stammzellnetzwerk NRW. Stellungnahmen zu COVID-19 und Stammzellen. https://www.stammzellen.nrw.de/newsroom/artikel/stellungnahmen-zu-covid-19-und-stammzellen. Updated April 29, 2020.000Z. Accessed April 29, 2020.

²⁴German Stem Cell Network (GSCN) e.V. Stellungnahme des GSCN zu Angeboten von ungeprüften Therapien mit Stammzellen für die COVID-19 Erkrankung durch das Corona-Virus SARS-CoV-2. https://gscn.org/de/startseite.aspx. Updated April 29, 2020.000Z. Accessed April 29, 2020.