La donazione di cellule
staminali emopoietiche
Immunoematologia USL3 Pistoia
DEFINIZIONE
Le cellule staminali sono cellule non
specializzate in grado di dividersi dando
origine contemporaneamente ad una
cellula staminale (uguale alla cellula madre)
e una cellula precursore di una progenie
cellulare che alla fine darà origine a sua volta
a cellule terminalmente differenziate(mature).
Commissione di Studio sull’utilizzo di Stem Cells per
finalità terapeutiche
Caratteristiche
Sono cellule “ immature,generiche”, indifferenziate,
in grado di :
– Autorinnovarsi = dividersi per periodi
indefiniti senza differenziarsi, generando
cellule che possiedono a loro volta capacità
staminale
– Differenziarsi = dare origine a linee
differenziative che portano alla produzione dei
numerosi tipi di cellule specializzate che
costituiscono i tessuti
Caratteristiche
Ogni cellula staminale ha perciò due
possibilità:
– dividersi senza limite in tutto il ciclo vitale,
rimanendo cellula staminale
– differenziarsi irreversibilmente
Le vie della cellula staminale…
Nell’ambito della popolazione delle cellule
staminali si possono distinguere:
Cellule staminali totipotenti, cioè in grado di
generare tutte le cellule e i tessuti che compongono
un embrione e quello che supporta il suo sviluppo in
utero
cellule staminali pluripotenti in grado di generare
solo cellule appartenenti al loro strato germinativo
(endoderma, mesoderma o ectoderma)
cellule unipotenti che si differenziano in una sola
linea
I foglietti germinativi
Ectoderma: ectoderma superficiale (cute e
organi di senso), neuroectoderma
Endoderma: epitelio del tratto gastrointestinale e delle vie respiratorie,vie urinarie,
tuba di Eustacchio, parenchima tonsille, tiroide,
paratiroidi, timo, fegato, pancreas
Mesoderma: sangue, vasi, cuore,
muscolatura liscia, milza, reni, scheletro….
La cellula staminale emopoietica
Di particolare interesse ai fini trapiantologici sono le
cellule staminali emopoietiche (CSE)
La cellula staminale emopoietica è l’elemento
primitivo dell’intero sistema emopoietico
Possiede i 3 aspetti fondamentali delle cellule
staminali:
– capacità di replicare indefinitamente senza differenziarsi
(capacità di autorinnovamento)
– Non completa differenziazione
– Sensibilità a stimoli in grado di differenziarla in una cellula
specializzata,ossia di dare origine,in opportune condizioni,a
cellule progenitrici da cui derivano linee cellulari
differenziate.
Fattori che mediano la proliferazione
e la differenziazione della CSE
Il processo proliferativo/differenziativo è
regolato da una serie di fattori:
Intrinseci: i più studiati sono i fattori di
trascrizione, ossia proteine che regolano la
trascrizione di geni importanti per la
differenziazione ematopoietica
Estrinseci: comprendono fattori di crescita ed
una complessa rete di interazioni cellula-cellula
tra i progenitori ematopoietici ed il
microambiente stromale
Emopoiesi
Le cellule del sangue (eritrociti, leucociti e
piastrine) hanno una durata di vita limitata
e devono essere rinnovate continuamente
Le tre filiere emopoietiche producono
giornalmente a livello midollare
3 x 109 eritrociti/kg
0,8 x 108 leucociti/kg
1,5 x 109 piastrine/kg
Cellule staminali ematopoietiche
Hanno la capacità di
autorinnovarsi e di proliferare ad
un ritmo molto intenso
differenziandosi in elementi
cellulari maturi del sangue
circolante: leucociti, eritrociti,
piastrine
Dove si trovano?
Nel midollo osseo (contenuto in
bacino, coste, sterno, etc…), nel
cordone ombelicale, in minima
parte nel sangue periferico
Da dove vengono prelevate
le CSE per il trapianto?
Le cellule staminali emopoietiche sono
localizzate principalmente nel midollo osseo
ma è possibile reperirle anche nel sangue
circolante, in seguito a regimi di mobilizzazione
Esse sono presenti anche nel sangue del
cordone ombelicale del neonato al momento
del parto
Cenni
sull’utilizzo trapiantologico
delle cellule staminali
TRAPIANTO DI MIDOLLO
Per Trapianto di Midollo Osseo (TMO)
si intende la sostituzione di un midollo
osseo malato o non funzionante, con
cellule staminali sane, in grado di
rigenerare tutte le cellule del sangue e
di ricostituire tutte le normali funzioni
ematologiche ed immunologiche
TRAPIANTO DI MIDOLLO
Il TMO rappresenta la
terapia
di elezione in molte patologie,
congenite o neoplastiche.
Il trapianto viene distinto sulla base
dell’organo di provenienza….
Midollo osseo
Sangue periferico
Cordone ombelicale
...e a seconda del donatore
Autologo: le cellule staminali prelevate al
paziente vengono congelate e poi restituite al
paziente dopo alte dosi di chemioterapia
Singenico: il donatore è un gemello identico
Allogenico: il midollo del paziente è ricostituito
mediante reinfusione di cellule da un donatore
sano compatibile (familiare o non familiare)
Trapianto di midollo osseo (TMO) autologo
TRAPIANTO AUTOLOGO
Applicazioni terapeutiche:
– Neoplasie ematologiche (linfomi, mieloma
multiplo,leucemie mieloidi,leucemie linfatiche,
sindromi mielodisplastiche)
– Tumori solidi (carcinoma mammario,ovarico,
microcitoma, neuroblastoma, altri tumori solidi)
– Malattie autoimmuni severe, non responsive
ai trattamenti con dosi convenzionali di
immunosoppressori (LES, sclerosi multipla, artrite
reumatoide, vasculiti sistemiche…)
Trapianto di midollo osseo (TMO) allogenico
Prelievo di cellule staminali dal
donatore compatibile e
successiva introduzione per via
endovenosa in un malato
adeguatamente “condizionato”
per riceverle
COSA VUOL DIRE ESSERE GENETICAMENTE
COMPATIBILI ?
Ciascuno di noi possiede un patrimonio di geni, ereditati
dai genitori, che, come le impronte digitali, ci caratterizza
in maniera univoca.
Alcuni di questi controllano l'espressione di antigeni
presenti sulla superficie di tutte le cellule del nostro corpo.
Grazie a tali antigeni, caratteristici di un singolo individuo,
il sistema immunitario riconosce le proprie cellule normali
e reagisce contro quelle estranee o addirittura contro le
proprie, se modificate.
Nell'uomo il gruppo di geni che controlla il
"riconoscimento" dei vari tessuti dell' organismo è definito
Sistema HLA
IL SISTEMA HLA
HLA: Human Leucocyte Antigen è composto da una
serie di geni localizzati sul braccio corto del
cromosoma 6
MHC: Major Histocompatibility complex comprende
geni, inclusi l’HLA, che sono essenziali per una
corretta risposta immune.
I loci HLA hanno un estremo polimorfismo e ciò fa si
che solo pochi individui al di fuori della famiglia siano
identici per questo sistema.
La metodiche utilizzate per evidenziare gli antigeni
HLA si chiamano “ Tipizzazione Tissutale” poichè
questi antigeni si trovano su tutte le cellule del nostro
corpo.
Dai geni alle molecole HLA
Sul braccio corto del cromosoma 6 si trovano i loci A,
B e C ( locus indica la posizione di un gene sul
cromosoma) che codificano le molecole HLA di I
Classe ed i loci DR, DQ e DP che codificano le
molecole HLA di II classe.
Tutti i geni HLA sono codominanti e vengono
ereditati secondo le leggi di Mendel.
Per ogni locus possono esistere alternativamente
molti diversi alleli.
Poiché ogni allele codifica una diversa molecola per il
locus A, per il B, per il C, per il DR e per il DQ, ciascun
individuo possiede due alleli per ciascun locus e di
conseguenza due molecole HLA per ogni locus, una di
origine paterna ed una di origine materna.
Gli antigeni HLA vengono ereditati
secondo le leggi di Mendel
PADRE
MADRE
FIGLI
Dai geni alle molecole HLA
Dato che per ogni locus esistono molti alleli diversi, le
combinazioni possibili sono moltissime
Per questa ragione la probabilità che due persone non
consanguinee siano HLA compatibili è estremamente
bassa 1:100.000
Tra fratelli invece la probabilità teorica di trovare un
donatore compatibile è del 25%
Per i pazienti che non dispongono di un familiare
HLA “compatibile” è necessario reperire una
sorgente alternativa di progenitori emopoietici per
poter beneficiare di un trattamento trapiantologico
potenzialmente curativo
DONAZIONE DI CSE
Data l’enorme variabilità tra un individuo e
l’altro, perché chi ha necessità del trapianto
riesca a trovare un donatore compatibile è
necessario un gran numero di donatori di
midollo tipizzati per l’HLA o di unità di
sangue funicolare disponibili.
Da dove vengono prelevate
le CSE per il trapianto?
dal midollo osseo
dal sangue periferico circolante
mediante staminoaferesi
dal funicolo al momento del parto
Le CSE raccolte e purificate vengono
congelate e conservate in azoto liquido
a –196° mantenendo stabile la loro
capacità emopoietica per oltre 10 anni.
Dose trapiantologica: 5 x 108 /Kg di
peso corporeo del ricevente
Come avviene il prelievo dal donatore ?
Le cellule staminali da donatore
non consanguineo vengono prelevate
dal midollo osseo mediante ripetute
punture delle creste iliache
(ossa del bacino) in quantità pari a
15ml/Kg di peso del ricevente.
Trattandosi di punture ossee,
è necessario che il prelievo
venga eseguito in anestesia,
altrimenti risulta doloroso.
Sangue periferico
Dopo stimolazione con fattori di crescita è
possibile ritrovare un numero elevato di
cellule staminali emopoietiche anche nel
sangue periferico
Queste cellule staminali possono essere
raccolte mediante separatore cellulare e
congelate fino al loro utilizzo
Sangue placentare
• Il sangue placentare (SP) contiene un
buon numero di cellule staminali
emopoietiche in grado di determinare
la ricostituzione emopoietica dopo
trattamento radio-chemioterapico ad
alte dosi.
Vantaggi del sangue placentare
il SP è considerato materiale “a perdere”: eliminazione di
tutte le problematiche relative al prelievo d’organo
risorsa illimitata di cellule staminali emopoietiche
il donatore non deve essere sottoposto ad anestesia
le unità conservate permettono una più rapida
disponibilità di CSE
possibilità di trovare un donatore per pazienti appartenenti
a minoranze etniche poco rappresentate nei registri di
donatori volontari
la relativa immaturità immunologica delle cellule
linfocitarie in esso contenute riduce il rischio di GVHD e
consente il trapianto anche in presenza di compatibilità
HLA non completa
Minor rischio di trasmissione malattie infettive
Svantaggi del sangue placentare
n° limitato di cellule staminali, sufficienti per
trapiantare pazienti con peso corporeo
inferiore a 45-50 kg
Minore immunocompetenza  minor rischio
di GvHD ma anche di Graft versus Leukemia
Tempi di ricostituzione emopoietica più
lunghi (dato l’alto numero di elementi più
immaturi)
Maggior rischio di infezioni
Indicazioni al trapianto di CSE
Malattie neoplastiche
Malattie da immunodeficienza o
da errori congeniti
Malattie neoplastiche
Leucemia acuta mieloide e linfoide
Leucemia mieloide cronica
Sindromi mielodisplastiche (leucemia refrattaria
con eccesso di blasti; leucemia refrattaria con
eccesso di blasti in trasformazione, leucemia
acuta mieloide secondaria)
Disordini linfoproliferativi (leucemia linfatica
cronica, linfomi non Hodgkin, linfomi di Hodgkin,
mieloma multiplo).
Malattie da immunodeficienza o
da errori congeniti
Sindrome da immunodeficienza severa
(SCID = Severe lmmunodeficiency
Disease)
Aplasia midollare severa
Talassemia
Anemia emolitica falciforme
Anemia di Fanconi e anemia di Blackfan
Diamond
Come avviene il trapianto ?
Il TMO allogenico consiste principalmente in due
fasi:
la prima mirata alla distruzione delle cellule midollari
del paziente con una chemio - radioterapia
mieloablativa (fase di condizionamento)
la seconda fase consiste nella ricostituzione del
patrimonio midollare del paziente, tramite l’infusione
ev delle cellule staminali prelevate dal donatore.
Queste cellule riescono, infatti, a trovare da sole la
strada per colonizzare la sede ossea di loro
competenza e iniziare a produrre i normali elementi
cellulari del sangue.
TRAPIANTO ALLOGENICO
CONDIZIONAMENTO
A DOSI MIELOABLATIVE
ed IMMUNOSOPPRESSIVE
SCOPI:
-ERADICAZIONE
MALATTIA DI BASE
-PREVENZIONE RIGETTO
(HvG REACTION)
A AA
A A
A
BB
BB
DONATORE
FONTI DI CELLULE STAMINALI (HSC):
-MIDOLLO OSSEO (BM)
-SANGUE PERIFERICO (PBPC)
-CORDONE OMBELICALE (CB)
BB B
B B
B
CHIMERISMO
COMPLETO
RICEVENTE
AGENTI IMMUNOSOPPRESSIVI:
PREVENZIONE E CONTROLLO
GvHD (GRAFT VERSUS HOST DISEASE)
ATTECCHIMENTO
STABILE
DELLE CELLULE
STAMINALI
ALLOGENICHE
Durante il periodo di ricostituzione del “nuovo”
midollo il paziente viene ricoverato in una
camera sterile
In tutta la fase di aplasia e ipoplasia midollare
il paziente deve essere supportato con
trasfusioni di emazie e piastrine