”Le Cellule staminali adulte e cordonali una realta’ ed...
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”Le Cellule staminali adulte e cordonali una realta’ ed una prospettiva terapeutica”
Prof. Luca Pierelli Dipartimento di Medicina Sperimentale, Universita’ degli
Studi “ Sapienza” Roma Dipartimento di Medicina Trasfusionale
Azienda Ospedaliera S. Camillo-Forlanini, Roma
Le cellule staminali umane etimologia del termine
“Staminale” derivazione greca --> stamin-inos = trave, montante
“Staminale” derivazione latina--> stamen-minis = relativo allo stame (il filo dell’ordito, anche riferibile allo stame della vita. Le Parche, secondo il
mito, filavano il destino della vita)
“Staminale” derivazione anglosassone--> staminal = cellula capostipite di un clone
Le cellule staminaliumane
tipologie
• Totipotent stem cells : zigote
• Pluripotent stem cells : cellule staminali embrionali
• Induced pluripotent stem cells : IPS mediante riprogrammazione dei geni Oct-3/4; SOX; Klf; Myc; Nanog; LIN28
• Adult, multipotent, oligopotent, monopotent
CONCETTO DI STAMINALITA’
• Capacita’ di autorinnovarsi • Lunga sopravvivenza • Ampio repertorio differenziativo • Capacita’ di differenziare in elementi
funzionalmente attivi
Figure 4. Stages of human yolk sac formation. (Top) The primary yolk sac (1°YSC) is formed 7–8 days postconception. Intermediate cells (IC; depicted as white cells) migrate from the endodermal (EL) layer (dark-col- ored cells) of the primary yolk sac to fill in the space between the endo- derm and trophoblastic basal lamina (TBL). (Middle) The secondary yolk sac (2°YSC) is formed by the remnants of the primary yolk sac following its collapse and fragmentation. (Bottom) By 12 days postconception, the secondary yolk sac has expanded to the edge of the embryonic disk, is lined by endoderm cells (dark cells), and protrudes into the exocelom (EXO). The mesoderm adjacent to the trophoblastic basal lamina (TBL) has differ- entiated into mesothelium (MESO). Hematopoietic activity will be present in yolk sac blood islands arising in the secondary yolk sac by week 3 of gestation. Reproduced with permission of F.F. Nogales (ed): The Human Yolk Sac and Yolk Sac Tumors, Berlin: Springer-Verlag, 1993, pp. 35–36.
“Emopoiesi” ovvero la produzione delle cellule del sangue
NASCITA
ETA’ GESTAZIONALE (giorni)
20 100 20 40 60
TIMO
SACCO VITELLINO
FEGATO FETALE
MILZA FETALE MILZA ADULTA
MIDOLLO OSSEO
260
ETA’ (anni)
Midollo osseo
Fegato
Encefalo
Muscolo striato
Cellule ematiche
Adipociti
Cellule staminali nervose
Osso
Endotelio vascolare
Stroma midollare
Cellule epiteliali
Neuroni
Cellule della gliaMuscolo cardiaco
Esempio di plasticita’ staminale nei tessuti murini .
Generazione di mioblasti da staminali umane CD133+ In presenza di desametazone ed idrocortisone
Anti-Myosin D
CD133+ da sangue di cordone
Generazione di osteoblasti da staminali umane CD133+ in presenza di desametazone, ac. ascorbico e beta-glicerol-
fosfato
Anti-Osteopontin
CD133+ da sangue di cordone
Generazione di precursori endoteliali da staminali umane CD133+ in presenza di EGF, VEGF, bFGF, IGF e acido ascorbico
CD133+ da sangue di cordone
Generazione di precursori cardiomiocitici da staminali umane CD133+
in presenza di 5-azacitidina
CD133+ da sangue di cordone
Impiego clinico delle cellule staminali/progenitori CD34+
•Trapianto allogenico (leucemie acute, leucemie croniche, immunodeficienze, aplasie midollari, tesaurismosi, emoglobinopatie)
Chemioterapia d’ induzione
della risposta
Regime di condizionamento mieloablativo e/o immunosoppressivo
Trapianto allogenicoReinfusione di progenitori
emopoietici HLA-compatibiliRecupero emopoietico
con chimerismo GVHD GVT
F O L L O W
U P
Infusione linfociti del donatore
Impiego clinico delle cellule staminali/progenitori CD34+
• Trapianto autologo (leucemie acute, mielomi, linfomi, carcinoma mammario, carcinoma ovarico, tumori germinali, malattie autoimmuni)
Chemioterapia d’ induzione della risposta
Chemioterapia/chemioradioterapia ad alte dosi (6/7 volte le dosi
convenzionali)
Trapianto autologoReinfusione di progenitori
emopoietici
Recupero emopoietico
F O L L O W
U P
Rev Fr Etud Clin Biol. 1
959 Mar;4(3):226-38.
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Singer J.Treatment of Terminal Leukemic Relapse by Total-Body Irradiation and Intravenous Infusion of Stored Autologous
Bone Marrow Obtained during RemissionJoseph J. McGovern, Jr., M.D.†, Paul S. Russell, M.D.‡,
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Cells c
apab
le of c
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ation in
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HLA-haploidentical bone marrow transplantation for hematologic malignancies using nonmyeloablative
conditioning and high-dose, posttransplantation cyclophosphamide.
Luznik L1, O'Donnell PV, Symons HJ, Chen AR, Leffell MS, Zahurak M, Gooley TA, Piantadosi S, Kaup M, Ambinder
RF, Huff CA, Matsui W, Bolaños-Meade J, Borrello I, Powell JD, Harrington E, Warnock S, Flowers M, Brodsky RA,
Sandmaier BM, Storb RF, Jones RJ, Fuchs EJ.
HSC NicheCytokinereceptor
SDF-1gradient
VLA4/VCAM1 c-Kit
SCF
Extracellular matrix proteinsand soluble cytokines
Vascular endothelium
CXCR4
Stromal cells
Notch1/Jagged1
Mesenchimal Stem Cells Descritte nel 1970 Friedenstein e coll. Origine midollare
Derivate da un progenitore non emopoietico
Forma fibroblastoide
Anni ‘80 Castro-Malaspina
0.01-01% cellule midollari
Elementi cellulari in grado di produrre citochine stimolanti l’emopoiesi
Denominate CFU-F Unità formanti colonie fibroblastoidi
Membrana di acido ialuronico Imbibita di midollo osseo (residuo dopo intervento chirurgico per condropatia in coltura rilascia nel tempo MSC
➢ 2006, Ringden et al. - 8 pazienti ➢ 2007, Fang et al. - 6 pazienti
➢ 2008, Le Blanc et al. - 55 pazienti di cui 25 pediatrici studio multicentrico non randomizzato
➢ 2008, Muller et al. - 5 pazienti ➢ 2009, Kebriae et al. - 32 pazienti ➢ 2009, Kurtzberg et al. - 59 pazienti pediatrici ➢ 2009, von Bonin et al. - 13 pazienti ➢ 2010, Martin et al. - 244 pazienti studio multicentrico randomizzato ➢ 2010, Zhou et al. - 4 pazienti cGVHD ➢ 2010, Lucchini et al. - 11 pazienti pediatrici ➢ 2010, Weng et al - 19 pazienti → Median follow-up 697 g, 4 CR, 10 PR
MSC e GVHD
• Fattibilità e sicurezza del trattamento
• Assenza o lievi effetti collaterali immediati e/o ritardati dopo infusione di MSC • I pazienti che rispondevano al trattamento con MSC hanno potuto sospendere gli immunosoppressori
• Risposta completa o parziale nella maggior parte dei pazienti soprattutto se pediatrici
• Risposta maggiore nella GVHD acuta rispetto alla cronica
MSC e GVHD
Rischi di ricomparsa nel tempo della sintomatologia da GVHD
RISULTATI
Follow up a distanza
Future perspectives
From cell therapy to cell-free therapy……
From cell therapy to tissue therapy…..
MSC therapeutic effect by secreting trophic
factors?
What the role of microvescicles secreted by MSC in culture supernatants?
The challenge of Regenerative Medicine
Shinya Yamanaka
Premio Wolf per la medicina 2011 Nobel per la medicina 2012
Shinya Yamanaka (Higashiōsaka, 4 settembre 1962)
Legge 19 febbraio 2004, n. 40"Norme in materia di procreazione medicalmente assistita"pubblicata nella Gazzetta Ufficiale n. 45 del 24 febbraio 2004
ART. 13.(Sperimentazione sugli embrioni umani). 1. È vietata qualsiasi sperimentazione su ciascun embrione umano. 2. La ricerca clinica e sperimentale su ciascun embrione umano è consentita a condizione che si perseguano finalità esclusivamente terapeutiche e diagnostiche ad essa collegate volte alla tutela della salute e allo sviluppo dell'embrione stesso, e qualora non siano disponibili metodologie alternative. 3. Sono, comunque, vietati: a) la produzione di embrioni umani a fini di ricerca o di sperimentazione o comunque a fini diversi da quello previsto dalla presente legge; b) ogni forma di selezione a scopo eugenetico degli embrioni e dei gameti ovvero interventi che, attraverso tecniche di selezione, di manipolazione o comunque tramite procedimenti artificiali, siano diretti ad alterare il patrimonio genetico dell'embrione o del gamete ovvero a predeterminarne caratteristiche genetiche, ad eccezione degli interventi aventi finalità diagnostiche e terapeutiche, di cui al comma 2 del presente articolo; c) interventi di clonazione mediante trasferimento di nucleo o di scissione precoce dell'embrione o di ectogenesi sia a fini procreativi sia di ricerca; d) la fecondazione di un gamete umano con un gamete di specie diversa e la produzione di ibridi o di chimere. 4. La violazione dei divieti di cui al comma 1 è punita con la reclusione da due a sei anni e con la multa da 50.000 a 150.000 euro. In caso di violazione di uno dei divieti di cui al comma 3 la pena è aumentata. Le circostanze attenuanti concorrenti con le circostanze aggravanti previste dal comma 3 non possono essere ritenute equivalenti o prevalenti rispetto a queste. 5. È disposta la sospensione da uno a tre anni dall'esercizio professionale nei confronti dell'esercente una professione sanitaria condannato per uno degli illeciti di cui al presente articolo.