La cellula staminale. Una cellula in grado di autorinnovarsi e di differenziarsi. Viene mantenuta la riserva

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1 La cellula staminale Una cellula in grado di autorinnovarsi e di differenziarsi Viene mantenuta la riserva

2 Cellule staminali Malattie fino ad oggi incurabili, per le quali si può prospettare un terapia con cellule staminali: Sclerosi laterale amiotrofica (ALS), morbo di Parkinson, morbo di Altzheimer Infarto miocardico Cirrosi epatica Diabete.

3 Cellule staminali In base all origine vengono classificate in Embrionali (ESC) Somatiche Adulte (ASC)

4 Marcatori di cellule staminali

5 Cellule staminali dell adulto Presenti soprattutto nei tessuti a ricambio fisiologico: epiteli e sangue Trovate anche in altri tessuti a ricambio limitato: muscolo scheletrico (cellule satelliti) Recentemente evidenziate, anche se molto limitatamente, in tessuti una volta considerati perenni : nervoso e miocardio

6 La cellula emopoietica staminale CFU = Colony Forming Unit

7 Il neurone olfattivo (ZSV) è una cellula con potenziale staminale

8 Cellule staminali nel cervello adulto Si trovano in due zone: Zona sottoventricolare dei ventricoli laterali (dove originano i neuroni olfattivi) Zona sottogranulare del giro dentato (integrate con ippocampo) Aumentano di numero in caso di danno di organo (exp: neuroni neocorticali che proiettano al talamo). Origine?

9 Cellule staminali nel miocardio adulto c-kit+ MDR+ Sca1+ In seguito a danno d organo proliferano (K67+, telomerasi+) e poi si differenziano, acquisendo l espressione di marcatori miocardio-specifici (GATA4, MEF-2c, alpha-cardiac MHC, laminina) Urbanek et al., Proc. Natl. Acad.Sci. USA, 2003

10 Cellule staminali dell adulto Tessuti diversi ne contengono livelli diversi Queste cellule staminali hanno generalmente una potenzialità limitata al tipo cellulare maturo che compone il tessuto/organo il microambiente (nicchia) dà indicazioni sul destino della cellula staminale

11 Le cellule del midollo osseo hanno maggiori potenzialità Cellule staminali emopoietiche Cellule staminali/progenitori endoteliali Cellule staminali mesenchimali Cellule progenitrici multipotenti adulte (MAPC) Bone Marrow = as complex as a forest ecosystem Nature, 20 may 2005

12 Cellule mesenchimali staminali (MSC) riparano il cuore infartuato Sussman, Nature 5 aprile 2001

13 Plasticità delle cellule staminali capacità di una cellula staminale tessutospecifica di dare origine a cellule di linee eterologhe superando i confini lineaspecifici. Questa proprietà si chiama anche concetto di TRANSDIFFERENZIAZIONE

14 Potenziali meccanismi per spiegare la plasticità delle cellule staminali adulte Wager & Weissman, Cell, 2004, 116:

15 Plasticità delle cellule staminali Sorgente cellula donatrice Midollo osseo Tessuto bersaglio Muscolo scheletrico Muscolo cardiaco Fegato Cellule endoteliali Cervello Referenze Ferrari et al., 1998 Bittner et al., 1999 Petersen et al., 1999 Shi et al., 1998 Mezey et al., Brazelton et al., Muscolo scheletrico Midollo osseo Jackson et al., 1999 Cellula nervosa staminale Cellula emopoietica staminale/arricchita Sangue Muscolo scheletrico Tessuti embrionali Muscolo scheletrico Muscolo cardiaco Cellule endoteliali Epatociti Tessuti embrionali Bjornson et al., 1999 Galli et al., 2000 Clarke et al., 2000 Gussoni et al., 1999 Orlic et al., 2001 Jackson et al., 2001 Lagasse et al., 2000 Krause et al., 2001

16 È una questione di ecosistema Nature, 20 may 2005 Il microambiente in cui si trovano le cellule, sia in vitro che in vivo, influenzerà il destino delle stesse

17 STRATEGIA Espandere in vitro la popolazione cellulare Fornire il microambiente (tridimensionale) appropriato che dia segnali per i passaggi successivi (differenziamento voluto) nicchia come microambiente Interazioni cosiddette ecologiche sono centrali alla biologia della cellula staminale

18 Altri tessuti con potenziale staminale Cordone ombelicale Tessuto adiposo epitelio, osso, tess nervoso, emopoietico, endotelio

19 Cellule staminali embrionali

20 Cellule staminali embrionali

21 Cellule staminali in vitro

22 Strategia Prima le cellule vengono espanse in vitro Poi vengono educate con opportuni stimoli/segnali ad intraprendere la direzione differenziativa voluta Ricapitolare i cambiamenti del microambiente, che caratterizzano il lungo transito da cellula embrionale a tessuto adulto.

23 Differenziamento delle cellule staminali

24 Cellule staminali embrionali (problemi) Potrebbero diventare tumorali Qualora dovessero essere trapiantate, potrebbero essere rigettate, perché non compatibili con il ricevente

25 Clonazione terapeutica procedimento che prevede la generazione di cellule staminali pluripotenti derivate dal paziente, la loro espansione in coltura, differenziazione nell istotipo necessario e trapianto. prevede il trasferimento del nucleo di una cellula somatica matura in un oocita

26 Terapia con cellule staminali umane

27 Korean Team Speeds Up Creation Of Cloned Human Stem Cells Nine of the 11 cell lines are derived from people, ranging in age from 10 to 56, who have suffered spinal cord injuries. another ES cell line, derived from a 6-year-old type 1 diabetes patient, another one from a patient with hypogammaglobulinemia Science, 20 may 2005 Queste ricerche sono state recentemente smentite

28 Clonazione riproduttiva Cumulina con al madre nutrice, la pecora Dolly, gatto, cane,.. Nature, 23 luglio 1998

29 Currently Available Methods to Generate Pluripotent Stem Cells

30 Pros and Cons of Current Available Methods to Generate Pluripotent Stem Cells from Adult Cells requirement Report in Chromosome of Embryos human content Nuclear Transfer Yes NO NORMAL DIPLOID NO GENE TRANSFER Fusion with ES YES YES TETRAPLOID ips NO YES Retroviral Integration MAPC NO YES NORMAL DIPLOID NO GENE TRANSFER mgs NO NO NORMAL DIPLOID NO GENE TRANSFER

31 Putative Roles of the Four Factors in the Induction of ips Cells (Pluripotent Stem Cells)

32 Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Takahashi K, Yamanaka S. Cell Aug 25;126(4): Epub 2006 Aug 10.

33 Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M, Narita M, Ichisaka T, Tomoda K, Yamanaka S. Cell Nov 30;131(5):

34 Generation of induced pluripotent stem cells without Myc from mouse and human fibroblasts. Nakagawa M, Koyanagi M, Tanabe K, Takahashi K, Ichisaka T, Aoi T, Okita K, Mochiduki Y, Takizawa N, Yamanaka S. Nat Biotechnol Jan;26(1): Epub 2007 Nov 30

35 Cio' che era riuscito per la prima volta all'equipe di Shinya Yamanaka con cellule animali, nel novembre 2007 fu possibile trasferirlo su cellule umane e passo passo migliorare ancora.