immagine Biologia applicata alla ricerca bio-medica Materiale Didattico Docente: Di Bernardo

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1 Esperto in processi innovativi di sintesi biomolecolare applicata a tecniche di epigenetica Materiale Didattico Biologia applicata alla ricerca bio-medica immagine Docente: Di Bernardo

2 MEDICINA RIGENERATIVA Con il termine di "medicina rigenerativa" si identifica una branca medica, di recente acquisizione, volta alla ricerca ed al perfezionamento nell'impiego di elementi di origine autologa, per migliorare e/o risolvere quadri di patologia o alterazione del corpo umano. Un innovativo approccio terapeutico finalizzato alla rigenerazione biologica dei tessuti anziché alla sua sostituzione.

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4 MEDICINA RIGENERATIVA Terapia medica di potenziale illimitato che agisce sfruttando la capacità di rigenerazione del corpo. Si sostituisce, qualora possibile, agli approcci tradizionali classici che si sono rivelati inefficaci Esistono differenti tipi di medicina rigenerativa, tra i quali si annovera il trapianto delle cellule staminali. Le cellule staminali da un lato sono in grado di rinnovarsi per lungo tempo in uno stato indifferenziato dall altro hanno la proprietà di crescere fino a divenire cellule specifiche. L'impiego delle cellule dello stesso paziente per rigenerare i tessuti o gli organi, al fine di recuperare capacità fisiologiche ed organiche perdute, eviterà complicanze legate al rigetto immunitario e alle questioni etiche.

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8 MEDICINA RIGENERATIVA In chirurgia maxillo-orale, si applicano concentrati cellulari rigenerativi in implantologia, nelle ricostruzioni della mandibola, nelle fistole oronasali, negli interventi di rialzo del seno mascellare. Non mancano utilizzi anche in cardiochirurgia (dopo infarto nelle aree di danneggiamento cardiaco, nelle ipertrofie e nelle infezioni virali). In oculistica, si eseguono stimolazioni per il trattamento dell'ulcera e della secchezza corneale. In medicina sportiva i concentrati cellulari si utilizzano nella fase sub-acuta delle tendiniti, negli strappi muscolari e nei difetti cartilaginei.

9 MEDICINA RIGENERATIVA In medicina estetica a seguito dei trattamenti di biostimolazione viene indotta una iper proliferazione dei fibroblasti, con iperproduzione di elastina, collagene ed acido jaluronico I fattori di crescita sono mediatori biologici capaci di regolamentare i meccanismi essenziali della riparazione e rigenerazione tessutale Di fronte ai segni del tempo che passa (rughe, solchi, anelasticità, perdita di tono della pelle) la biostimolazione con fattori di crescita autogeni rappresenta il traguardo più moderno della medicina estetica.

10 MEDICINA RIGENERATIVA Cellule Staminali Le cellule staminali emopoietiche presenti nel midollo osseo e soprattutto nel cordone ombelicale vengono da anni utilizzate per la cura di leucemie, linfomi e gravi malattie ereditarie del sangue.

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12 CELLULE STAMINALI EPITELIALI La superficie oculare è rivestita da due diversi epiteli: l epitelio corneale e l epitelio congiuntivale, che si rinnovano costantemente attraverso la proliferazione e il differenziamento delle rispettive cellule staminali. CELLULE STAMINALI UNI PLURIPOTENTI CELLULE STAMINALI TOTIPOTENTI

13 CELLULE STAMINALI EPITELIALI Le cellule staminali della superficie oculare sono localizzate nella porzione basale del limbus

14 CELLULE STAMINALI EPITELIALI Cellule ad altissima capacità rigenerativa in grado di produrre cellule epiteliali figlie, sia in risposta alle fisiologiche necessità di rinnovamento, sia in caso di insulti lesivi che richiedano una riparazione della superficie oculare

15 CELLULE STAMINALI EPITELIALI La perdita delle cellule staminali limbari, in seguito ad infezioni, danni da acidi o alcali, ustioni corneali, malattie autoimmuni e genetiche causa la congiuntivalizzazione con vascolarizzazione, infiammazione, ulcerazione, opacizzazione della cornea e conseguente perdita della vista In condizione di deficit di cellule staminali il trapianto di cornea non è indicato perché si andrà incontro a problemi epiteliali non appena si esaurirà l epitelio del donatore. L innesto di cellule staminali limbari autologhe può ricostruire permanentemente la superficie corneale di pazienti che mostrano completa distruzione del limbus.

16 CELLULE STAMINALI EPITELIALI L identificazione delle cellule staminali epiteliali e la possibilità di amplificarle in vitro, generando lembi autologhi epiteliali, ha aperto un nuovo orizzonte terapeutico nella medicina rigenerativa.

17 CELLULE STAMINALI EPITELIALI L abilità dell epidermide umana nel mantenere un costante turnover delle cellule è basata sulla presenza, nello strato basale, di una popolazione di cellule staminali di cheratinociti (stem cells), dotate d alta capacità di autorinnovarsi durante la vita e con grande potenziale proliferativo. Le stem cell, a loro volta, generano cellule che vanno incontro a differenziazione terminale conosciute come transient amplifying cells (TA) che, prima di andare incontro a differenziazione terminale, mostrano una limitata capacità proliferativa

18 CELLULE STAMINALI EPITELIALI La differente capacità proliferativa di tali cellule è stata studiata molto accuratamente in coltura, valutando la loro efficienza nel formare colonie (CFE). Nell epidermide umana sono stati individuati tre tipi di cellule in grado di formare colonie: olocloni che sono considerati cellule staminali con la più alta capacità proliferativa (self-renewal, telomerase telomeri); paracloni (TA), che vanno incontro a differenziazione terminale dopo circa una decina di divisioni merocloni che si comportano in un modo intermedio fra i paracloni e gli olocloni. ANALISI CLONALI HANNO DIMOSTRATO CHE CELLULE FORMANTI OLOCLONI SONO LOCALIZZATE NELLA PORZIONE BASALE DEL LIMBUS

19 CELLULE STAMINALI EPITELIALI E stato recentemente identificato nelle stem cells di cheratinociti un fattore di trascrizione: P63. Il fattore di trascrizione p63 è un componente della famiglia dell'oncosoppressore p53, essenziale per lo sviluppo embrionale della cute umana e murina. L IPOTESI è che p63 sia responsabile del potenziale differenziativo di queste cellule staminali

20 Descrizione di un modello per la rigenerazione corneale umana OLOCLONI

21 Uno schema per il ruolo di p63 nel mantenimento delle cellule staminali epiteliali. Cellule progenitrici Wild-type (pro) danno luogo sia a transit amplifying (TA) cells sia a cellule staminali in ogni divisione cellulare, contribuendo all'espansione logaritmica dei tessuti epiteliali. In contrasto, l'assenza di p63 porta ad una diminuzione del potenziale proliferativo di cellule progenitrici epiteliali e, di conseguenza, queste cellule non producono cellule staminali ma producono cellule TA con minore potenziale proliferativo

22 CELLULE STAMINALI EPITELIALI CELL FACTORY È una struttura sanitaria pubblica che raccoglie, conserva, tratta e distribuisce cellule umane a scopo di trapianto, garantendone la tracciabilità, la qualità, l idoneità e la sicurezza. A garanzia della sicurezza del paziente e dell efficacia del trattamento terapeutico gli standard qualitativi devono essere di elevatissima eccellenza.

23 CELLULE STAMINALI EPITELIALI Cell factory. Esiste la possibilità di ottenere, per mezzo delle cellule staminali, lembi di epitelio corneale in coltura, a partire da una piccola biopsia limbare (1 mm 2 ) del paziente e di reinnestarli sulla cornea del malato ottenendo una risoluzione della patologie corneale in oltre il 70% dei casi, consentendo il recupero della acuità visiva subito dopo il trapianto o come risultato della combinazione tra cheratoplastica perforante e trapianto di epitelio corneale autologo coltivato.

24 CELLULE STAMINALI EPITELIALI Cell factory. Esiste la possibilità di ottenere, per mezzo delle cellule staminali, lembi di epitelio corneale in coltura, a partire da una piccola biopsia limbare (1 mm 2 ) del paziente e di reinnestarli sulla cornea del malato ottenendo una risoluzione della patologie corneale in oltre il 70% dei casi, consentendo il recupero della acuità visiva subito dopo il trapianto o come risultato della combinazione tra cheratoplastica perforante e trapianto di epitelio corneale autologo coltivato.

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27 L'epidermolisi bollosa (EB) L epidermolisi bollosa giunzionale è malattia genetica della pelle che causa continue lesioni cutanee caratterizzate da distacco spontaneo dell'epidermide dal derma. L epidermolisi bollosa giunzionale è causata da un difetto nel gene per la catena beta 3 della laminina 5. Questo distacco produce infezioni continue, dolore, perdita di liquidi, squilibri nei parametri ematici, estese cicatrici e spesso (circa 80% dei casi) culmina nello sviluppo di carcinomi cutanei.

28 L'epidermolisi bollosa (EB) Un adulto di 36 anni, colpito dalla forma non letale di epidermolisi bollosa, chiamata giunzionale, è stato arruolato per una sperimentazione clinica di fase I/II. Le cellule staminali provenienti dall epidermide del paziente, prelevate con una biopsia cutanea, sono state corrette geneticamente mediante l inserimento di un vettore retrovirale contenente la versione sana del gene malato, e fatte crescere in laboratorio. La crescita è stata seguita fino a ottenere nove lembi di epidermide, sufficientemente grandi da poter essere trapiantati su due zone delle gambe del malato.

29 Novità ed importanza dello studio Prima dimostrazione della possibilità di una terapia definitiva, genica, di una qualsivoglia malattia genetica della pelle. Prima dimostrazione della possibilità di usare cellule staminali epiteliali in protocolli di terapia genica. Primo successo di un protocollo di terapia genica al di fuori del sistema ematopoietico. Ottenimento di importanti informazioni sulla biologia delle cellule staminali e sul loro impiego in medicina rigenerativa.

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31 La medicina rigenerativa è oggi all'inizio del suo percorso, seppur ostacolata da legislazioni e da i interessi locali. Le attese nel futuro sono grandissime, ma già oggi patologie fin'ora incurabili hanno dimostrato di rispondere a questo tipo di terapia. Le attese miracolistiche di guarigione sono altrettanto dannose per quest'area di ricerca quanto gli ostacoli che le sono stati posti Le terapie sperimentali con cellule staminali mesenchimai nel mondo attualmente riguardano le seguenti malattie : Malattie cardiache e staminali adulte Malattie autoimmuni e staminali adulte Malattia di Parkinson e staminali adulte Lesioni spinali e staminali adulte Lupus eritematoso sistemico e staminali adulte Danni renali e staminali adulte Ictus cerebrale e staminali adulte Malattia di Alzheimer e staminali adulte Sclerosi multipla e staminali adulte Diabete Mellito di tipo I e staminali adulte Osteogenesi Imperfetta e diffetti osseo-cartilaginei e staminali adulte Transplantologia e staminali adulte