Le cellule Stromali Mesenchimali
21 Ottobre 2011,Napoli
Le Cellule Staminali
Le cellule staminali (stem cells, SC) sono cellule non specializzate
a uno stadio precoce di sviluppo.
Hanno la caratteristica di riprodursi a lungo senza differenziarsi
(auto-rinnovamento) e di dare origine a cellule progenitrici
dalle quali derivano linee cellulari differenziate
(muscolari, ematiche, nervose, ecc...).
Possono dividersi e differenziarsi in un largo numero di tipi cellulari
che producono i tessuti e gli organi del corpo.
Proprietà delle Cellule Staminali
• Capacità di riprodursi all’infinito
• Abilità a specializzarsi in diversi tipi cellulari
Autorinnovamento e differenziamento
Divisione simmetrica
Divisione asimmetrica
Differenziamento delle
cellule progenitrici
Potenziale
Potenziale differenziativo
Tipo di staminale
Numero di tipi cellulari
Tipi di cellule risultanti
Totipotenzialità
Zigote
Tutti
Tutti i tipi cellulari
Pluripotenzialità
Cellule embrionali coltivate
Tutti, eccetto le
membrane enbrionali
Cellule da tutti i foglietti
germinativi
Multipotenzialità
Cellule ematopoietiche
Molti
Muscolo scheletrico, muscolo
cardiaco, fegato, cellule del
sangue
Precursori mieloidi
Pochi
Alcuni tipi di cellule del sangue
Cellule staminali
mesenchimali
Pochi
Condrociti, miociti, osteoblasti,
adipociti, cellule endoteliali,
cellule neurali
Oligopotenzialità
Principali tipi di staminali
• Embrionali
• Fetali
• Placentali o cordonali
• Adulte
Origine
Problemi nell’uso di cellule staminali non adulte
•
•
•
•
Difficoltà nel controllare la differenziazione in vitro
Uso omologo: possibilità di risposta immunologica
Cancerogenicità
Problemi etici
Cellule staminali adulte o somatiche
• Ematopoietiche
• Stromali o Mesenchimali
• Neurali
• Muscolari
• Pancreatiche
• Epatiche
• Epiteliali
Midollo osseo: principale fonte di MSC
Carta d’Identità delle MSC
CD 13
Aminopeptidase N, APN, gp150
+++
CD 29
VLA-1/4 subunit (Integrin β1 chain)
+
CD 44
H-CAM, Pgp-1, Hermes antigen (ECMR-III)
++
CD 49d
VLA-4 subunit (Integrin 4)
+
CD 54
Intercellular Adhesion Molecule, ICAM-1
+
CD 90
Thy-1
++
CD 105
Endoglin
++
CD 14
MO2 - LPS-receptor
--
CD 45
Leukocyte common antigen (LCA), T200
--
CD 71
T9 – Transferrin Receptor
-
CD 106
VCAM-1
--
Funzioni delle MSC
• Supporto all’ematopoiesi
• Attrazione di cellule ematopoietiche
circolanti (homing)
• Immunosoppressione
• Capacità di differenziare in cellule
tessuto-specifiche (rigenerazione
tissutale)
• Angiogenesi- Vasculogenesi
Teoria della plasticità
Fattori tissutali locali (citochine, fattori di crescita) possono
“riprogrammare” la cellula staminale
Alexander Jakovlevich Friedenstein
(1924-1997)
Friedenstein, 1966 J EMBRYOL EXP MORPH
…origine
Osso trabecolare (Osyczka, 2002 Ann NY Acad Sci)
Periostio (Nakahara 1991, J Othop Res)
Grasso sottocutaneo (Zuk, 2001 Tissue Eng)
Grasso viscerale (Tholpady, 2003 Anat Rec)
Grasso intrapatellare (Whickham, 2003, Clin. Orthop &R.R.)
Periciti (Brighton, 1992 Clin Orthop)
Sangue (Zvaifler, 2000 Arthritis Res)
Derma (Toma, 2001Nat Cell Biol; Young, 2001, Rec)
Muscolo (Lu, 2003 BBRC)
Membrana sinoviale (De Bari, 2001 Arthritis Rehum)
Pancreas fetale (Hu, 2003 J lab Clin Med)
Polpa dei denti (Gronthos, 2000 PNAS)
Denti da latte (Miura 2003 PNAS)
Legamenti Peridontali (Trubiani 2005; Int J of Immunopat & Pharm)
La potenzialità
Cartilage
Bone
Jaiswal
(J CELL BIOCHEM 1997)
Yoo (JBJS 1998)
Fat
Pittenger
(SCIENCE 1999)
Pancreatic -cells
Muscle
Tendon
Ferrari
(SCIENCE 1998)
Renal epithelial cells
(Kale, JCI 2003)
(Ianus, JCI 2003)
Endothelium
Liver
Neurons
Cardio m.
?
?
(Reyes JCI 2002)
(Badiavas
ARCH DERMATOL 2003)
(Schwartz, JCI 2002)
Azizi (PNAS 1999)
Sancez-Ramos (EXP NEUROL 2000)
Makino
(JCI 1999)
Applicazioni terapeutiche delle ASCs
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Ferite difficili /Ustionati
PVD
Infarto miocardico
tumore
Artrite
Parkinson
Alzheimer
Diabete
Disfunzioni ematiche
Lesioni del midollo
Rigenerazione Tissutale
FONTI DI cellule MSC
EMBRIONE
FETO
TESSUTO ADIPOSO
SANGUE
PERIFERICO
MIDOLLO OSSEO
VILLI CORIALI
LIQUIDO AMNIOTICO
CORDONE OMBELICALE
FONTI DI cellule MSC
ADI
MSC
PBMMP
Obbiettivi
1. Accelerare i processi riparativi.
2. Intervenire dove gli attuali approcci terapeutici non sono soddisfacenti
70% della serie leucocitaria
19% della serie eritroide
Circa 1:18.000 SSC
Su 64.000.000 di cellule nulceate 3555 SSC
Muschler GF:
J Orthop Res. 2001 Jan;19(1):117-25
1. Impiantare il midollo intero
2. Impiantare le cellule mononucleate isolate
3. Impiantare una popolazione delle cellule isolate
4. Impiantare le cellule dopo espansione
Il sogno…
Prelievo
impianto
Isolamento
Assemblaggio
Espansione
Fattori di crescita
La normativa
EU
IN ACCORDANCE
IT
COMPLY
Good Manufacture Practice
Chimici
Biologici
1.
2.
3.
4.
Impiantare il midollo intero
Impiantare le cellule mononucleate isolate
Impiantare una popolazione di cellule isolate
Impiantare le cellule dopo espansione
-Midollo
Due tipi di cellule:
Emapoietiche
• Popolazione estesa
• Formano linee sangue
• Non formano osso?
Mesenchimali
• Popolazione limitata
• Formano cellule
osteoprogenitrici
• Formano osso,tendine,
cartilagine,muscolo,grasso
Mesenchimali
Emapoietiche
Concentrazione di cellule Mesenchimali Stromali
Aghi per aspirato midollare
Attacco luer
Manico ergonomico
5”, 12 gauge
Disegno a un
foro
Tacche di
profondità
Disegno a tre
fori
Tot cell
nucleate
[Cell]
nucleate/
ml Tot
40 106
40 106
1451
1451
72 106
636 106
2836
1418
100 106
25 106
3526
882
1ml aspirato
Tot cell
[Cell]
positive ALP+ /ml
ALP+
2ml aspirato
4ml aspirato
Aspiration to obtain osteoblast progenitor cells from human
bone marrow: the influence of aspiration volume
G. Muschler, C. Bohem, K. Easley.
J Bone Joint Surg (Am), 1997;79-A;1699-1709
Il prelievo midollo osseo dalla cresta iliaca
anteriore o posteriore
Limitare il volume di aspirato a 2-4 ml
per prelievo
L’ago a 3 e a 5 fori permettono di aumentare
il volume di prelievo con un cospicuo
risparmio di tempo senza inficiare la qualità
dell’aspirato
Parametri che influenzano la cellularità
Età
[mononucleate]
[MSC]
Femmine Maschi Femmine Maschi
<30 anni
56 106
38 106
14.843
2.829
30-49
50-69
>70
28,5 106
19 106
19,5 106
37 106
30 106
3.482
834
1.288
3.712
498
4.320
25,5 106
Muschler GF, Nitto H, Boehm C, Easley K. Age- and gender-related changes
in the cellularity of human bone marrow and the prevalence of
osteoblastic progenitors. J Orthop Res. 2001 Jan;19(1):117-25
Ruolo dei monociti/macrofagi
nella vasculogenesi
• Creano lo spazio tissutale
attraverso la degradazione
locale della matrice
extracellulare
• Facilitano la penetrazione
dei progenitori formano
tunnel (co-migrazione)
• Coadiuvano la
trasformazione delle
colonne cellulari in
strutture tessutali
complesse (vasi)