La cellula staminale

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

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 MDR+ c-kit+ 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 tessuto-specifica di dare origine a cellule di linee eterologhe superando i confini linea-specifici. • Questa proprietà si chiama anche concetto di TRANSDIFFERENZIAZIONE

14. Potenziali meccanismi per spiegare la plasticità delle cellule staminali adulte Wager & Weissman, Cell, 2004, 116:639-648

15. Plasticità delle cellule staminali

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

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 CreationOf 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. 2006 Aug 25;126(4):663-76. 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. 2007 Nov 30;131(5):861-72.

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. 2008 Jan;26(1):101-6. 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.