iPS-ALS: Bridging from iPS cells to clinical trials for Norwegian ALS patients in an international setting
Prosjekt
- Prosjektnummer
- 2016081
- Ansvarlig person
- Joel C. Glover
- Institusjon
- Oslo universitetssykehus HF
- Prosjektkategori
- Postdoktorstipend
- Helsekategori
- Neurological
- Forskningsaktivitet
- 2. Aetiology
Rapporter
iPS-ALS: Bridging from iPS cells to clinical trials for Norwegian ALS patients in an international setting
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.
Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper (særlig astrocytter, muskelceller og mikroglia) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig.
Forskningsresultater:
1) Fabrikert og optimalisert spesialisert mikrofluidikkplattform i samarbeid med SINTEF MiNA Lab
2) Utviklet standardisert differensieringsprotokoller for motonevroner, astrocytter, mikroglia og skjelettmuskelceller fra humane iPS celler -
3) Etablert samarbeidsnettverk med ALS-forskere i andre europeiske land (Italia, Spania, Tyskland) og USA
4) Sammen med disse kjørt forsøk ved bruk av vår in vitro modell en potensiell behandling for ALS-FTD som innebærer bruk av mesoporøse mikropartikler som sekvestere toksiske proteinaggregater
5) Etablert en biobank av iPS-celler fra norske ALS-pasienter
6) Fått innsikt i kliniske forsøk på ALS i Italia og Spania med muligheter for lignende forsøk i Norge
7) To manuskripter snart klar til innsending
Ingen umiddelbare konsekvenser for helsetjenesten, men potensielle nye behandlingsmåter vil i fremtiden kunne tas i bruk klinisk.
NEI
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper (særlig astrocytter, muskelceller og mikroglia) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig.
Fremdriften i 2022 ble i likhet med situasjonen i 2020 og 2021 begrenset pga korona-relaterte restriksjoner på forskningsaktivitet. Allikevel har vi 1) fortsatt med fabrikering av vår spesialiserte mikrofluidikkplattform og optimaliseringsforsøk med disse - her har vi inngått et samarbeid med SINTEF MiNA Lab på utvidelse av funksjonsrepertoiret i apparatet; 2) jobbet med utvikling og standardisering av differensieringsprotokoller for motonevroner, astrocytter, mikroglia og skjelettmuskelceller fra humane iPS celler - her ahr vi kommet mye lengere med både astrocytter og mikroglia, og gjennom et nettverk av iPS-forskere støttet av EU har vi knyttet til oss ekstra ekspertise på differensiering av skjelettmuskel (som er den vanskjeligste celletype å differensiere); 3) fortsatt med aktivitet innen samarbeidsnettverk med ALS-forskere i andre europeiske land; 4) sammen med disse kjørt ytterligere forsøk i vår in vitro modell på en potensiell behandling for ALS-FTD som innebærer bruk av mesoporøse mikropartikler som sekvestere toksiske proteinaggregater - her har vi et manuskript under arbeid; 5) sammen med disse flere søknader til støtte for dette prosjektet - her har vi fått avslag fra EU men prøver oss nå på et fond i Sverige, 6) dannet nye samarbeid med forskere i USA og Tyskland.
Manuskripter som ble påbegynt sent i 2019 er fortsatt under forberedelse pga forsinkelser i funnene - men vi nærmer oss..
Nei
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper (særlig astrocytter, muskelceller og mikroglia) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig.
Fremdriften i 2021 ble i likhet med situasjonen i 2020 betydelig begrenset pga korona-relaterte restriksjoner på forskningsaktivitet. Allikevel har vi 1) fortsatt med fabrikering av vår spesialiserte mikrofluidikkplattform og optimaliseringsforsøk med disse; 2) jobbet med utvikling og standardisering av differensieringsprotokoller for motonevroner, astrocytter, mikroglia og skjelettmuskelceller fra humane iPS celler; 3) etablert nye samarbeidsnettverk med ALS-forskere i andre europeiske land; 4) sammen med disse kjørt pilotforsøk i vår in vitro modell på en potensiell behandling for ALS-FTD som innebærer bruk av mesoporøse mikropartikler som sekvestere toksiske proteinaggregater; 5) sammen med disse forberedt en søknad til EU til støtte for dette prosjektet.
Manuskripter som ble påbegynt sent i 2019 er fortsatt under forberedelse pga forsinkelser i funnene.
Nei
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper (særlig astrocytter, muskelceller og mikroglia) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig.
Fremdriften i 2020 ble sterkt begrenset pga koronavirusrestriksjoner på undervisnings- og forskningsaktivitet ved UiO, der forsøkene utføres, og ekstra undervisningsbelastning på prosjektleder som fulgte. 1) Vi fortsatte med fabrikering av vår spesialiserte mikrofluidikkplattform, og har kjørt optimaliseringsforsøk for å sikre best mulig aksonkvekst mellom kamrene (bruk av ulike overflatebehandlinger). 2) Pga vansker med å få til fullverdig differensiering av skjelettmuskelceller i vår modell av ALS, har vi fokusert i 2020 på et oppsett der humane kortikale nerveceller i et kammer innerverer humane kortikale nerveceller i et annet kammer. Dette gir en modell for frontotemporal dementia (FTD) som ledsager enkelte tilfeller av ALS i den såkalte ALS-FTD sykdomsaksen. 3) Vi foretok iPS-celle reprogrammering fra 4 ALS pasienter med C9orf72 mutasjonen, slik at vi nå har iPS-celler fra 5 pasienter med denne mutasjonen og 6 pasienter med H46R mutasjon i SOD1 genet. Dette vil gjør det mulig å sammenligne sykdomsprogresjon i våre in vitro ALS/FTD modeller forårsaket av disse 2 mutasjonene, som gir ulik sykdomsbilde hos pasienter.
Manuskripter som ble påbegynt sent i 2019 ble satt på vent pga forsinkelser i funnene.
Vi har nylig fått en bevilgning på NOK 100.000 fra Stiftelsen Norsk ALS Støttegruppe, som bidrar til prosjektet med både økonomisk støtte og brukermedvirkning.
NEI
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper (særlig astrocytter, muskelceller og mikroglia) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig. Fremdrift i 2019: 1) Vi har nå etablert standardiserte protokoller for differensiering av ALS-iPS celler til motonevroner, astrocytter og mikroglia, og jobber med etablering av en standardisert differensieringsprotokoll for skjelettmuskelceller. VI har laget alle 4 celletyper, med noe variable resultater når det gjelder skjelettmuskelceller (men har allikevel fått disse til å danne muskelfiberbunter i 3D cellekulturer). 2) Vi har begynt med fabrikering av den spesialiserte mikrofluidikkplattform, som vi har designet sammen med kolleger på SINTEF MiNaLab, som har forskjellige kamre som gjør det mulig å kontrollere, manipulere og undersøke de ulike celletyper hver for seg, mens de interagerer på en måte som simulerer deres interaksjoner in vivo. Dette representerer den første in vitro ALS modellem som inneholder alle de 4 hovedcelletypene som innegår i sykdommen - et viktig gjennombrudd som vil tillatte langt mer presise forsøk enn har vært mulig tidligere. 3) Vi har brukt kombinerte kulterer av motonevroner og astrocytter til å undersøke dannelsen av perinevronale nett (PNN) på friske og ALS-pasient-deriverte motoneveroner in vitro. Dette er første gang PNN er blitt skapt på motonevroner in vitro, og gjør det mulig å undersøke eksperimentelt deres betydning i utviklingen av ALS.
Vi holder på med 2 manuskripter basert på disse funnene.
Vi har nylig fått en bevilgning på SEK 250.000 fra Ulla-Carin Lindqvist Stiftelsen i Sverige til dette prosjektet.
Vi har regelmessig kontakt med Stiftelsen Norsk ALS Støttegruppe, som bidrar med brukermedvirkning.
Nei
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper (særlig astrocytter, muskelceller og mikroglia) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig. Fremdrift i 2016: 1) Vi tok hudbiopsier fra totalt 7 ALS pasienter med en bestemt genmutasjon som forårsaker ALS, og laget stamceller av hudcellene fra 3 av disse. Denne reprogrammeringsprosessen ble gjort på Nasjonal kjernefasilitet for humane pluripotente stamceller ved Nasjonalt senter for stamcelleforskning (www.stemcellnorway.org). 2) Vi begynte å lage et mellomstadium til motoriske nerveceller fra stamcellene fra de første 3 pasientene. Fordelen med å lage et mellomstadium istedenfor å lage de motoriske nervecellene direkte er at dette mellomstadiet kan lett deles med andre forskere i utlandet i en standardisert form, slik at alle forsøk som gjennomføres har samme utgangspunkt. Dette er svært viktig med hensyn til å få pålitelige forskningsresultater. 3) Vi begynte å etablere prosessen (som heter “differensieringsprotokoll”) som får mellomstadiet til å bli til MNer. Fremdrift i 2017: 1) Vi har laget stamceller av hudcellene fra de resterende 4 ALS pasienter samt 2 kontrollpersoner, ved Nasjonal kjernefasilitet for humane pluripotente stamceller. 2) Vi har laget mellomstadier og MNer fra alle 7 ALS pasienter. 3) Vi har testet MNene med elektrofysiologiske tester for å vise at de er funksjonelt modne. 4) Vi har laget astrocytter (en annen celletype i hjernen og ryggmargen som er involvert i ALS) fra alle 7 ALS pasienter. 5) Vi har skaffet humane muskelceller. 6) Vi har begynt å lage cellekulturer der MNer og astrocytter fra ALS pasienter blandnes med humane muskelceller. Dette gir en mer riktig simulering av sykdomssituasjon når vi undersøker sykdomsmekanismer i cellekultur. 7) VI har observert at MNer fra ALS pasienter viser en kjent strukturdefekt sammenlignet med MNer fra kontrollpersoner. Dette har sannsynligvis sammenheng med sykdokmmen og er en effekt som nå kan studeres nøye i cellekulturene. Fremdrift i 2018: VI har laget humane muskelceller fra iPS celler fra ALS pasientene, og fått disse til å danne muskelfiberbunter i 3D cellekultur. 2) Vi har skaffet kommersielt tilgjengelige mikrofluidikk-plattformer som gjør det mulig å dyrke ALS MNer og muskelfiberbunter i separate kamre forbundet med kanaler som tillater vekst av MN aksoner, og sett at aksonene vokser igjennom kanalene og etablerer synapser på muskelfiberbuntene. 3) Vi har designet, sammen med kolleger på SINTEF MiNaLab, en mer spesialisert mikrofluidikkplattform med 3 kamre som gjør det mulig å legge til astrocytter og mikroglia slik at de forkynner MNer med cellsignaler (cytokiner) som er relatert til sykdommen. 4) Vi er derved i ferd med å oppnå den første in vitro ALS modellem som inneholder alle de 4 hovedcelletypene som innegår i sykdommen. Dette er et viktig gjennombrudd, og vil tillatte langt mer presise forsøk enn har vært mulig tidligere.
Vi har regelmessig kontakt med Stiftelsen Norsk ALS Støttegruppe, som bidrar med brukermedvirkning.
Nei
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper(særlig astrocytter) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig.
Fremdrift i 2016: 1) Vi tok hudbiopsier fra totalt 7 ALS pasienter med en bestemt genmutasjon som forårsaker ALS, og laget stamceller av hudcellene fra 3 av disse. Denne reprogrammeringsprosessen ble gjort på Nasjonal kjernefasilitet for humane pluripotente stamceller ved Nasjonalt senter for stamcelleforskning (www.stemcellnorway.org). 2) Vi begynte å lage et mellomstadium til motoriske nerveceller fra stamcellene fra de første 3 pasientene. Fordelen med å lage et mellomstadium istedenfor å lage de motoriske nervecellene direkte er at dette mellomstadiet kan lett deles med andre forskere i utlandet i en standardisert form, slik at alle forsøk som gjennomføres har samme utgangspunkt. Dette er svært viktig med hensyn til å få pålitelige forskningsresultater på tvers av forskningsgrupper og institusjoner. 3) Vi begynte å etablere prosessen (som heter “differensieringsprotokoll”) som får mellomstadiet til å bli til MNer. Dette er tidkrevende, og tar cirka en måned, med flere kontrollpunkter som må gjennomføres underveis for å sikre at cellene endres i riktig retning.
Fremdrift i 2017: 1) Vi har laget stamceller av hudcellene fra de resterende 4 ALS pasienter samt 2 kontrollpersoner, ved Nasjonal kjernefasilitet for humane pluripotente stamceller. 2) Vi har laget mellomstadier og MNer fra alle 7 ALS pasienter. 3) Vi har testet MNene med elektrofysiologiske tester for å vise at de er funksjonelt modne. 4) Vi har laget astrocytter (en annen celletype i hjernen og ryggmargen som er involvert i ALS) fra alle 7 ALS pasienter. 5) Vi har skaffet humane muskelceller. 6) Vi har begynt å lage cellekulturer der MNer og astrocytter fra ALS pasienter blandnes med humane muskelceller. Dette gir en mer riktig simulering av sykdomssituasjon når vi undersøker sykdomsmekanismer i cellekultur. 7) VI har observert at MNer fra ALS pasienter viser en kjent strukturdefekt sammenlignet med MNer fra kontrollpersoner. Dette har sannsynligvis sammenheng med sykdokmmen og er en effekt som nå kan studeres nøye i cellekulturene.
Vi har regelmessig kontakt med Stiftelsen Norsk ALS Støttegruppe, som bidrar med brukermedvirkning.
NEI
Amyotrof lateral sklerose (ALS) er blant de mest fryktede nevrologiske sykdommene, og det finnes ingen helbredende behandling. ALS er uten unntak dødelig, og resulterer i en ubønnhørlig og selektiv degenerasjon av øvre og nedre motonevroner (MNer), som gir muskeldegenerasjon, paralyse, og til slutt død ved respiratorisk svikt.Sykdomsmekanismene som rammer de øvre og nedre MNer er dårlig forstått, og det er et stort behov for nye ALS sykdomsmodeller. Med dette som bakteppe er hovedmålet for dette prosjektet å bruke den unike muligheten som oppnåes ved iPS-celle teknologi (en nyere stamcellebiologisk metode), der MNer og andre impliserte celletyper(særlig astrocytter) kan lages i laboratoriet fra ALS pasienter. Dette gjør det mulig å studere disse cellene, som bærer de samme mutasjonene som pasientene har, under kontrollerte betingelser, og derved komme inn på sykdomsmekanismer på en måte som ellers ikke er mulig.
Fremdrift i 2016:
1) Vi har tatt hudbiopsier fra totalt 7 ALS pasienter med en bestemt genmutasjon som forårsaker ALS.
2) Vi har laget stamceller av hudcellene fra 3 av disse. Denne reprogrammeringsprosessen tar cirka 4 måneder og krever betraktelig arbeid på Nasjonal kjernefasilitet for humane pluripotente stamceller ved Nasjonalt senter for stamcelleforskning (www.stemcellnorway.org). Vi begynte å lage stamceller fra hudbiopsiene til de andre 4 pasientene i januar 2017. Vi regner også med å rekruttere inn flere pasienter til studien i 2017.
3) Midlene fra HSØ er brukt til å ansette en postdoktoral forsker (Alexandra Aizenstadt, forsker med PhD innen stamcellebiologi) som er dedisert til prosjektet.
4) Vi har begynt å lage et mellomstadium til motoriske nerveceller fra stamcellene fra de første 3 pasientene. Fordelen med å lage et mellomstadium istedenfor å lage de motoriske nervecellene direkte er at dette mellomstadiet kan lett deles med andre forskere i utlandet i en standardisert form, slik at alle forsøk som gjennomføres har samme utgangspunkt. Dette er svært viktig med hensyn til å få pålitelige forskningsresultater på tvers av forskningsgrupper og institusjoner.
5) Vi har begynt å etablere prosessen (som heter “differensieringsprotokoll”) som får mellomstadiet til å bli til MNer. Denne er også tidkrevende, og tar cirka en måned, med flere kontrollpunkter som må gjennomføres underveis for å sikre at cellene endres i riktig retning.
Andre forskere tilknyttet forskningsgruppen ved Stamcellesenteret jobber med å få dannet astrocytter, og dette vil trekkes inn i prosjektet når differensieringsprotokollen er klar.
Vi har regelmessig kontakt med Norsk ALS Støttegruppe, som bidrar med brukermedvirkning.
Vitenskapelige artikler
Glover JC, Aswendt M, Boulland JL, Lojk J, Stamenkovic S, Andjus P, Fiori F, Hoehn M, Mitrecic D, Pavlin M, Cavalli S, Frati C, Quaini F,
In vivo Cell Tracking Using Non-invasive Imaging of Iron Oxide-Based Particles with Particular Relevance for Stem Cell-Based Treatments of Neurological and Cardiac Disease.
Mol Imaging Biol 2020 12;22(6):1469-1488.
PMID: 31802361
Deltagere
- Hege Brincker Fjerdingstad Prosjektdeltaker
- Mrinal Kumar Das Postdoktorstipendiat (annen finansiering)
- Joel Glover Prosjektleder
- Trygve Holmøy Prosjektdeltaker
- Alexandra Aizenstadt Postdoktorstipendiat (finansiert av denne bevilgning)
eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT
Alle henvendelser rettes til eRapport