Extremitätenerhalt durch autologe Knochenmarksstammzelltransplantation zur Induktion der Arteriogenese bei kritischer, nicht-revaskularisierbarer Extremitätenischämie

Zusammenfassung

Hintergrund: Die Transplantation von autologen Knochenmarksstammzellen in die ischämische Körperregion kann die Gefäßneubildung, insbesondere das arterielle Kollateralwachstum, induzieren. Wir untersuchten die Wirksamkeit und Sicherheit der Transplantation patienteneigener Knochenmarksstamm- und Vorläuferzellen bei Patienten mit austherapierter, nicht mehr revaskularisierbarer kritischer Extremitätenischämie mit drohender Majoramputation. Patienten und Methoden: Nach mehrfach erfolgloser oder bei primär nicht möglicher Revaskularisation und nach maximaler konservativer Therapie wurde bei 51 Patienten mit kritischer Extremitätenischämie eine autologe Knochenmarkszelltransplantation (aKMT) in das ischämische Bein durchgeführt. Bei den ersten 12 Patienten wurden die Knochenmarkszellen mit der Ficoll-Dichtegradientenmethode isoliert (hier im Mittel transplantiert 1,1 ± 1,1 × 10⁹ KM-Zellen), Patienten 13–51 erhielten über eine „point-of-care“, bettseitig durchgeführte Dichtezentrifugation gewonnene Knochenmarkszellkonzentrate (3,0 ± 1,7 × 10⁹ Zellen). Der Extremitätenerhalt gelang bei 59 % innerhalb von 6 Monaten und bei 53 % inner­halb der Nachbeobachtung (Mittelwert: 411 ± 261 Tage, Streubreite: von 175 bis 1186 Tagen). Die Durchblutungsparameter Knöchel-Arm-Index (KAI) und transkutaner Sauerstoffdruck (tcpO₂) zeigten einen Anstieg bei den Patienten mit konsekutivem Extremitä­ten­erhalt (Ausgangswert KAI 0,33 ± 0,18, nach 6 Monaten 0,46 ± 0,15; tcpO₂ 12 ± 12, nach 6 Monaten 25 ± 15 mmHg). Bei den schlussendlich major­amputierten Patienten zeigte sich keine signifikante Veränderung. Die Ansprechrate und der ­klinische Verlauf waren bei beiden Zellisolationsmethoden gleich. Klinisch besonders wichtig ist die Verbesserung des Rutherfordstadiums bei den Patienten mit Extremitätenerhalt von initial 4,9 auf 3,3 nach 6 Monaten (p = 0,0001). Die Dosis der Schmerzmedikation konnte um etwa 60 % reduziert werden, und die standardisierte Gehstrecke verbesserte sich von null auf 40 m. Es traten keine Therapie-assoziierten Todesfälle auf, drei schwere unerwünschte Ereignisse periinterventionell heilten folgenlos ab. Spätkomplikationen traten nicht auf. Schlussfolgerungen: Für einen Teil der austherapierten Patienten mit kritischer Extremitätenischämie stellt die aKMT eine sichere und effektive Methode zum Extremitätenerhalt dar.

Abstract

Background: Bone marrow cell transplantation has been shown to induce angiogenesis and thus improve ischaemic artery disease. This study eval­uates the effects of intramuscular bone marrow cell transplantation in patients with limb-threatening critical limb ischaemia with a very high risk for major amputation. Methods and Results: After failed or impossible operative and / or interventional revascularisation and after unsuccessful maximum conservative therapy, 51 patients with impending major amputation due to severe critical limb ischaemia had autologous bone marrow cells (BMC) transplant­ed into the ischaemic leg. Patients 1–12 received Ficoll-isolated bone marrow mononuclear cells (total cell number 1.1 ± 1.1 × 10⁹), patients 13–51 received point of care isolated bone marrow total nucleated cells (3.0 ± 1.7 × 10⁹). Limb salvage was 59 % at 6 months and 53 % at last follow-up (mean: 411 ± 261 days, range: 175–1186 days). Per­fusion measured with the ankle-brachial ­index (ABI) and transcutaneous oxygen tension (tcpO₂) at baseline and after 6 months increased in ­patients with consecutive limb salvage (ABI 0.33 ± 0.18 to 0.46 ± 0.15, tcpO₂ 12 ± 12 to 25 ± 15 mmHg) and did not change in patients eventually undergoing major amputation. No differences in clinical outcome between the isolation methods were seen. Clinically most important, patients with limb salvage improved from a mean Rutherford category of 4.9 at baseline to 3.3 at 6 months (p = 0.0001). Analgesics consumption was reduced by 62 %. ­Total walking distance improved in non-amputees from zero to 40 metres. Three severe peri­procedural adverse events resolved without se­quel­ae, and no unexpected long-term adverse events occurred. Conclusions: In no-option patients with end-stage critical limb ischaemia due to peripheral ­artery disease, bone marrow cell transplantation is a safe procedure which can improve leg perfusion sufficiently to reduce major amputations and permit durable limb salvage.

Schlüsselwörter

Angiogenese - periphere arterielle Verschlusserkrankung - Stammzelltherapie - Zelltransplantation - biologische Therapie

Key words

angiogenesis - peripheral arterial occlusive disease - stem cell therapy - cell transplantation - biological therapy

Literatur

• 1 Bhattacharya V, McSweeney P A, Shi Q et al. Enhanced endothelialization and microvessel formation in polyester grafts seeded with CD34+ bone marrow cells.  Blood. 2000;  95 581-585
• 2 Boyum A. Isolation of lymphocytes, granulocytes and macrophages.  Scand J Immunol. 1976;  S5 9-15
• 3 Ceradini D J, Gurtner G C. Homing to hypoxia: HIF-1 as a mediator of progenitor cell recruitment to injured tissue.  Trends Cardiovasc Med. 2005;  15 57-63
• 4 Cetrulo C L, Knox K R, Brown D J et al. Stem cells and distraction osteogenesis: endothelial progenitor cells home to the ischemic generate in activation and consolidation.  Plastic and Recons Surg. 2005;  116 1053-1063
• 5 Conte M S, Bandyk D F, Clowes A W et al. Risk factors, medical therapies and perioperative events in limb salvage surgery: observations from the PREVENT III multicenter trial.  J Vasc Surg. 2005;  42 456-464
• 6 De Vivo S, Palmer-Kazen U, Kalin B et al. Risk factors for poor collateral development in claudication.  Vasc Endovas Surg. 2005;  39 519-524
• 7 Dormandy J A, Rutherford R B. Management of peripheral artery disease (PAD). TASC Working Group, TransAtlantic Inter-Society Consensus (TASC).  J Vasc Surg. 2000;  31 s183-s185
• 8 Durdu S, Akar A R, Arat M et al. Autologous bone marrow mononuclear cell implantation for patients with Rutherford grade II–III Thromboangiitis obliterans.  J Vasc Surg. 2006;  44 732-739
• 9 Esato K, Hamano K, Li T S et al. Neovascularization induced by auto­logous bone marrow cell implantation in peripheral arterial disease.  Cell Transplant. 2002;  11 747-752
• 10 Faglia E, Clerici G, Caminiti M et al. Predictive values of transcutaneous oxygen tension for above-the-ankle amputation in diabetic patients with critical limb ischemia.  Eur J Vasc Endovasc Surg. 2007;  33 731-736
• 11 George J, Afek A, Abashidze A et al. Transfer of endothelial progenitor and bone marrow cells influences atherosclerotic plaque size and composition in apolipoprotein E knockout mice.  Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2005;  25 2636-2641
• 12 Grundy S M, Pasternak R, Greenland P et al. AHA / ACC scientific statement: Assessment of cardiovascular risk by use of multiple-risk-factor assessment equations: a statement for healthcare professionals from the American Heart Association and the American College of Cardiology.  J Am Coll Cardiol. 1999;  34 1348-1359
• 13 Hedera P, Bujdakova J, Trauber P et al. Stroke risk factors and development of collateral flow in carotid occlusive disease.  Acta Neurol Scand. 1998;  98 182-186
• 14 Helisch A, Schaper W. Arteriogenesis: The development and growth of collateral arteries.  Microcirculation. 2003;  10 83-97
• 15 Hermann P C, Huber S L, Herrler T et al. Concentration of bone marrow total nucleated cells by a point-of-care device provides a high yield and preserves their functional activity.  Cell Transplant. 2008;  16 1059-1069
• 16 Hirsch A T, Haskal Z J, Hertzer N R et al. ACC/ A HA 2005 Practice guidelines for the management of patients with peripheral arterial disease: a collaborative report.  Circulation. 2006;  113 e484-e487
• 17 Iba O, Matsubara H, Nozawa Y et al. Angiogenesis by implantation of peripheral blood mononuclear cells and platelets into ischemic limbs.  Circulation. 2002;  106 2019-2025
• 18 Ito W D, Arras M, Winkler B et al. Monocyte chemotactic protein-1 ­increases collateral and peripheral conductance after femoral artery occlusion.  Circ Res. 1997;  80 829-837
• 19 Jones W S, Annex B H. Growth factors for therapeutic angiogenesis in peripheral arterial disease.  Curr Opin Cardiol. 2007;  22 458-463
• 20 Kamihata H, Matsubara H, Nishiue T et al. Implantation of bone marrow mononuclear cells into ischemic myocardium enhances collateral perfusion and regional function via side supply of angioblasts, angiogenic ligands, and cytokines.  Circulation. 2001;  104 1046-1052
• 21 Kilian J G, Keech A, Adams M R et al. Coronary collateralization: determinants of adequate distal vessel filling after arterial occlusion.  Coron ­Artery Dis. 2002;  13 55-159
• 22 Kinnaird T, Stabile E, Burnett M S et al. Bone marrow–derived cells for enhancing collateral development: mechanisms, animal data and ­initial clinical experiences.  Circ Res. 2004;  95 354-363
• 23 Leng G C, Lee A J, Fowkes F G et al. Incidence, natural history and cardiovascular events in symptomatic and asymptomatic peripheral arterial disease in the general population.  Int J Epidemiol. 1996;  25 1172-1181
• 24 Miao D, Murant S, Scutt N et al. Megakaryocyte-bone marrow stromal cell aggregates demonstrate increased colony formation and alkaline phosphatase expression in vitro.  Tissue Eng. 2004;  10 807-817
• 25 Mijamoto K, Nishigami K, Nagaya N et al. Unblinded pilot study of autologous transplantation of bone marrow mononuclear cells in patients with thromboangiitis obliterans.  Circulation. 2006;  114 2679-2684
• 26 Parmar K, Mauch P, Vergilio J et al. Distribution of hematopoietic stem cells in the bone marrow according to regional hypoxia.  Proc Natl Acad Sci. 2007;  104 5431-5436
• 27 Rutherford R B, Baker J D, Ernst C et al. Recommended standards for reports dealing with lower extremity ischemia: revised version.  J Vasc Surg. 1997;  26 517-538
• 28 Saigawa T, Kato K, Ozawa T et al. Clinical Application of bone marrow implantation in patients with arteriosclerosis obliterans and the association between efficacy and the number of implanted cells.  Circ J. 2004;  68 1189-1193
• 29 Silvestre J-S, Gojova A, Brun V et al. Transplantation of bone marrow-derived mononuclear cells in ischemic apolipoprotein E–knockout mice accelerates atherosclerosis without altering plaque composition.  Circulation. 2003;  108 2839-2842
• 30 Silvestro A, Diehm N, Savolainen H et al. Falsely high ankle-brachial ­index predicts major amputation in critical limb ischemia.  Vasc Med. 2006;  11 69-74
• 31 TASC (Transatlantic Society Consensus Group) . Epidemiology, natural history, risk factors.  J Vasc Surg. 2000;  31 (suppl) 5-34
• 32 Tateishi-Yuyama E, Matsubara H, Murohara T et al. Therapeutic angiogenesis for patients with limb ischemia by autologous transplantation of bone-marrow cells: a pilot study and a randomized controlled trial.  Lancet. 2002;  360 427-435
• 33 Tepper O M, Capla J M, Galiano R D et al. Adult vasculogenesis occurs through in situ recruitment, proliferation, and tubulization of circulating bone marrow-derived cells.  Blood. 2005;  105 1068-1077
• 34 Unthank J L, Sheridan K M, Dalsing M C. Collateral growth in the peripheral circulation: a review.  Vasc Endovascular Surg. 2004;  38 291-313
• 35 Wahlberg E. Angiogenesis and arteriogenesis in limb ischemia.  J Vasc Surg. 2003;  38 198-203
• 36 Wolfe J H, Wyatt M G. Critical and subcritical ischaemia.  Eur J Vasc Endovasc Surg. 1997;  13 578-582
• 37 Wyss C R, Robertson C, Love S J et al. Relationship between transcutaneous oxygen tension, ankle blood tension, and clinical outcome of vascular surgery in diabetic and nondiabetic patients.  Surgery. 1987;  101 56-62