Cellule Staminali Emopoietiche: attualità e prospettive
Cellule Staminali Emopoietiche: attualità e prospettive
FIDAS Nuove frontiere dell’aferesi: cellule staminali Cellule staminali emopoietiche: attualità e prospettive Prof.ssa Gabriella Girelli “Sapienza” Università di Roma Paternò, 22 Novembre 2008
Cellule Staminali Cellule immature, in grado di proliferare in modo asimmetrico, dando origine a due cellule figlie identica a se stessa matura e acquisisce (mantiene invariato il numero specifiche funzioni di cellule staminali)
In condizioni fisiologiche le CS presiedono al rinnovamento cellulare. Quando la capacità replicativa tende ad esaurirsi, il tessuto invecchia.
Differenziamento e proliferazione Per lo più, con l’aumentare del differenziamento, diminuisce il potenziale proliferativo di una popolazione staminale differenziamento proliferazione
(A, B): Cellule staminali con diverse potenzialità (C): Steps di sviluppo (riduzione delle potenzialità differenziative con il progredire di sviluppo e maturazione ) (D): Le recenti evidenze indicano che cellule staminali altamente pluripotenti persistono fino ad età avanzata. Mod. da D. Zipori , 2005
Cellule Staminali: potenzialità TOTIPOTENTI Capacità illimitata Es.:Cellule embrionali (un individuo da una singola cellula) precoci (1-3 gg) PLURIPOTENTI Capacità di originare la Es.:Cellule embrionali maggior parte dei tessuti di (<14 gg) un individuo MULTIPOTENTI Capacità di dar luogo a cellule Es.: Tessuti fetali,sangue con specifica funzione cordonale, cell. staminali adulte
Cellule Staminali: tipi EMOPOIETICHE MESENCHIMALI TISSUTALI Midollo 0.5-4% Stroma midollo 0.01% Cardiache Sangue periferico < 0.01% Tessuto adiposo < 0.01% Neurali Sangue cordonale 0.1-0.5% Altri tessuti: rare
Cellule staminali embrionali umane • Isolate e coltivate per la prima volta nel 1998 • Possono dare origine a tutti i tessuti differenziati nel nostro organismo Neuroni Epatociti Cardiomiociti
Cellule staminali embrionali: problemi aperti Formazione di Trattamenti Pochi trials clinici tumori ed costosi invasività tissutale Pochi successi in Instabilità Problemi etici modelli animali genomica Difficoltà di Problemi di ottenere colture rigetto pure immunologico Differenziazione Difficoltà di funzionale difficile stabilizzazione da regolare delle colture
Cellule staminali (CS) adulte •In molti tessuti sono presenti CS capaci di dare origine solo a cellule del tessuto da cui provengono. •Tuttavia, in vari tessuti (midollo osseo, cervello, mesenchima) si trovano CS pluripotenti capaci di dare origine a più tipi di cellule (ematiche, muscolari e nervose).
Cellule staminali adulte: concetto di plasticità Modello murino di infarto miocardico: l ’iniezione di CSE dà luogo a formazione di capillari e cardiomiociti Plasticità o trans-differenziazione: capacità di avere un destino funzionale diverso da quello del tessuto di origine
The hepatocyte-to-beta cell transdifferentiation paradigm Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 May 31; 102(22): 7781–7782.
Cellule staminali adulte: implicazioni del concetto di plasticità Patologie genetiche Possibile cura di Patologie degenerative
Presupposti per l’impiego terapeutico delle cellule staminali (CS) adulte in relazione alle caratteristiche di plasticità Le CS devono essere: • isolate dal tessuto affetto o da un tessuto sano accessibile • isolate in n° sufficiente o espanse in coltura • veicolate selettivamente al tessuto affetto • in grado di differenziarsi efficientemente nel tipo cellulare richiesto
Cellule Staminali Mesenchimali Meirelles LDS et al.: Mesenchymal stem cells reside in virtally all post- natal organs and tissues. J Cell Sci,2006,119,2204.
Cellule Staminali Mesenchimali : caratteristiche Cellule aderenti, derivanti dal midollo osseo o da altri tessuti, capaci di auto-rinnovarsi e differenziarsi in vitro e in vivo in linee cellulari multiple, specifiche , appartenenti a uno o più foglietti embrionali
Cellule Staminali Mesenchimali (CSM) Cresciute in coltura, sono in grado di costituire: Cellule adipose Cellule muscolari CSM Cellule ossee Cellule neurali Cellule cartilaginee
Impiego clinico delle CS Mesenchimali (1) Terapia corrente: – Rigenerazione ossea – Rigenerazione cartilaginea
Rigenerazione ossea 10 mesi New Engl J Med 344: 385, 2001 Mod. SIMTI 2008 - Krampera
Rigenerazione cartilaginea 1) Danno alla superficie Osteoartrite 2) Predisposizione genetica 250.000– 500.000 pazienti /anno 2,9/1000 pazienti Trattamento: curettage, trapianto di condrociti Mod . da SIMTI 2008 - Krampera
Impiego clinico delle CS Mesenchimali (2) Studi in fase pre-clinica per la rigenerazione: – Miocardica – Muscolare – Neuronica – Epiteliale
Impiego clinico delle CS Mesenchimali (3) Immunoterapia cellulare Terapia corrente: Supporto emopoietico Terapia GVHD acuta Studi clinici: Autoimmunità sistemica Studi pre-clinici: Autoimmunità neurologica Terapia antitumorale
Applicazioni cliniche delle CS Ematopoietiche (CSE) nelle patologie non- neoplastiche Patologie Patologie autoimmuni cardiovascolari Sclerosi IMA sistemica Malattia Artrite coronarica reumatoide cronica Patologie Morbo di vascolari Crohn periferiche Sclerosi multipla Polineuropatie demielinizzanti
Applicazioni cliniche delle CSE in ematologia e in oncoematologia Leucemie e Linfomi Disordini mielodisplatici/mieloproliferativi Disordini plasmacellulari Insufficienze midollari mono-plurilineari Emoglobinopatie
Altre indicazioni consolidate al trapianto di CSE Disordini congeniti del sistema immunitario Errori congeniti del metabolismo Osteogenesi imperfetta Tumori solidi
Difficoltà nel raccogliere e/o espandere con efficienza e sicurezza le CS di organi adulti ha comportato che i trials che hanno valutato l’applicazione clinica delle CS hanno impiegato CSE e/o CSM
Il trapianto di Cellule Staminali Ematopoietiche in ematologia
Cellule Staminali Ematopoietiche Midollari Cordonali Periferiche
Trapianto di CSE Midollo osseo Sangue periferico 1968 1989 Sangue cordone ombelicale 1988
Donatore Familiare 33% HLA compatibile 1% 1 locus HLA incompatibile 66% Non HLA compatibile Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Ricerca e trapianto di cellule staminali da donatore non correlato BMDW I Registri Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Ricerca e trapianto di cellule staminali da donatore non correlato BMDW: al 30 Settembre 2008 12.500.000 iscritti Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Probabilità di donatore di Cellule Staminali da Registro HLA identico 40% No Si 60% Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
1992 1a Banca di cellule staminali del sangue di cordone ombelicale Rubinstein Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Banche di cellule staminali del sangue di cordone ombelicale: al 30 Settembre 2008 oltre 300.000 cordoni bancati
Trapianto allogenico di CSE: supporto trasfusionale N° pazienti 519 Giorni dal trapianto 180 Trasfusioni globuli rossi concentrati: 5398 Xenocostas A, 2003
Impiego delle CS nelle patologie non neoplastiche: trials in corso • Diabete • Malattie epatiche • Malattie cerebro-vascolari • Lesioni spinali
Impiego delle CS nelle patologie non neoplastiche: studi sperimentali • M. Parkinson • M. Alzheimer
Ricerca e sviluppo in tema di CS Cellule Staminali Terapia cellulare Medicina Rigenerativa
FIDAS Nuove frontiere dell’aferesi: cellule staminali Cellule staminali emopoietiche: attualità e prospettive Prof.ssa Gabriella Girelli “Sapienza” Università di Roma Paternò, 22 Novembre 2008
Cellule Staminali Cellule immature, in grado di proliferare in modo asimmetrico, dando origine a due cellule figlie identica a se stessa matura e acquisisce (mantiene invariato il numero specifiche funzioni di cellule staminali)
In condizioni fisiologiche le CS presiedono al rinnovamento cellulare. Quando la capacità replicativa tende ad esaurirsi, il tessuto invecchia.
Differenziamento e proliferazione Per lo più, con l’aumentare del differenziamento, diminuisce il potenziale proliferativo di una popolazione staminale differenziamento proliferazione
(A, B): Cellule staminali con diverse potenzialità (C): Steps di sviluppo (riduzione delle potenzialità differenziative con il progredire di sviluppo e maturazione ) (D): Le recenti evidenze indicano che cellule staminali altamente pluripotenti persistono fino ad età avanzata. Mod. da D. Zipori , 2005
Cellule Staminali: potenzialità TOTIPOTENTI Capacità illimitata Es.:Cellule embrionali (un individuo da una singola cellula) precoci (1-3 gg) PLURIPOTENTI Capacità di originare la Es.:Cellule embrionali maggior parte dei tessuti di (<14 gg) un individuo MULTIPOTENTI Capacità di dar luogo a cellule Es.: Tessuti fetali,sangue con specifica funzione cordonale, cell. staminali adulte
Cellule Staminali: tipi EMOPOIETICHE MESENCHIMALI TISSUTALI Midollo 0.5-4% Stroma midollo 0.01% Cardiache Sangue periferico < 0.01% Tessuto adiposo < 0.01% Neurali Sangue cordonale 0.1-0.5% Altri tessuti: rare
Cellule staminali embrionali umane • Isolate e coltivate per la prima volta nel 1998 • Possono dare origine a tutti i tessuti differenziati nel nostro organismo Neuroni Epatociti Cardiomiociti
Cellule staminali embrionali: problemi aperti Formazione di Trattamenti Pochi trials clinici tumori ed costosi invasività tissutale Pochi successi in Instabilità Problemi etici modelli animali genomica Difficoltà di Problemi di ottenere colture rigetto pure immunologico Differenziazione Difficoltà di funzionale difficile stabilizzazione da regolare delle colture
Cellule staminali (CS) adulte •In molti tessuti sono presenti CS capaci di dare origine solo a cellule del tessuto da cui provengono. •Tuttavia, in vari tessuti (midollo osseo, cervello, mesenchima) si trovano CS pluripotenti capaci di dare origine a più tipi di cellule (ematiche, muscolari e nervose).
Cellule staminali adulte: concetto di plasticità Modello murino di infarto miocardico: l ’iniezione di CSE dà luogo a formazione di capillari e cardiomiociti Plasticità o trans-differenziazione: capacità di avere un destino funzionale diverso da quello del tessuto di origine
The hepatocyte-to-beta cell transdifferentiation paradigm Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 May 31; 102(22): 7781–7782.
Cellule staminali adulte: implicazioni del concetto di plasticità Patologie genetiche Possibile cura di Patologie degenerative
Presupposti per l’impiego terapeutico delle cellule staminali (CS) adulte in relazione alle caratteristiche di plasticità Le CS devono essere: • isolate dal tessuto affetto o da un tessuto sano accessibile • isolate in n° sufficiente o espanse in coltura • veicolate selettivamente al tessuto affetto • in grado di differenziarsi efficientemente nel tipo cellulare richiesto
Cellule Staminali Mesenchimali Meirelles LDS et al.: Mesenchymal stem cells reside in virtally all post- natal organs and tissues. J Cell Sci,2006,119,2204.
Cellule Staminali Mesenchimali : caratteristiche Cellule aderenti, derivanti dal midollo osseo o da altri tessuti, capaci di auto-rinnovarsi e differenziarsi in vitro e in vivo in linee cellulari multiple, specifiche , appartenenti a uno o più foglietti embrionali
Cellule Staminali Mesenchimali (CSM) Cresciute in coltura, sono in grado di costituire: Cellule adipose Cellule muscolari CSM Cellule ossee Cellule neurali Cellule cartilaginee
Impiego clinico delle CS Mesenchimali (1) Terapia corrente: – Rigenerazione ossea – Rigenerazione cartilaginea
Rigenerazione ossea 10 mesi New Engl J Med 344: 385, 2001 Mod. SIMTI 2008 - Krampera
Rigenerazione cartilaginea 1) Danno alla superficie Osteoartrite 2) Predisposizione genetica 250.000– 500.000 pazienti /anno 2,9/1000 pazienti Trattamento: curettage, trapianto di condrociti Mod . da SIMTI 2008 - Krampera
Impiego clinico delle CS Mesenchimali (2) Studi in fase pre-clinica per la rigenerazione: – Miocardica – Muscolare – Neuronica – Epiteliale
Impiego clinico delle CS Mesenchimali (3) Immunoterapia cellulare Terapia corrente: Supporto emopoietico Terapia GVHD acuta Studi clinici: Autoimmunità sistemica Studi pre-clinici: Autoimmunità neurologica Terapia antitumorale
Applicazioni cliniche delle CS Ematopoietiche (CSE) nelle patologie non- neoplastiche Patologie Patologie autoimmuni cardiovascolari Sclerosi IMA sistemica Malattia Artrite coronarica reumatoide cronica Patologie Morbo di vascolari Crohn periferiche Sclerosi multipla Polineuropatie demielinizzanti
Applicazioni cliniche delle CSE in ematologia e in oncoematologia Leucemie e Linfomi Disordini mielodisplatici/mieloproliferativi Disordini plasmacellulari Insufficienze midollari mono-plurilineari Emoglobinopatie
Altre indicazioni consolidate al trapianto di CSE Disordini congeniti del sistema immunitario Errori congeniti del metabolismo Osteogenesi imperfetta Tumori solidi
Difficoltà nel raccogliere e/o espandere con efficienza e sicurezza le CS di organi adulti ha comportato che i trials che hanno valutato l’applicazione clinica delle CS hanno impiegato CSE e/o CSM
Il trapianto di Cellule Staminali Ematopoietiche in ematologia
Cellule Staminali Ematopoietiche Midollari Cordonali Periferiche
Trapianto di CSE Midollo osseo Sangue periferico 1968 1989 Sangue cordone ombelicale 1988
Donatore Familiare 33% HLA compatibile 1% 1 locus HLA incompatibile 66% Non HLA compatibile Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Ricerca e trapianto di cellule staminali da donatore non correlato BMDW I Registri Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Ricerca e trapianto di cellule staminali da donatore non correlato BMDW: al 30 Settembre 2008 12.500.000 iscritti Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Probabilità di donatore di Cellule Staminali da Registro HLA identico 40% No Si 60% Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
1992 1a Banca di cellule staminali del sangue di cordone ombelicale Rubinstein Banca SCO Regione Lazio, Azienda Policlinico Umberto I
Banche di cellule staminali del sangue di cordone ombelicale: al 30 Settembre 2008 oltre 300.000 cordoni bancati
Trapianto allogenico di CSE: supporto trasfusionale N° pazienti 519 Giorni dal trapianto 180 Trasfusioni globuli rossi concentrati: 5398 Xenocostas A, 2003
Impiego delle CS nelle patologie non neoplastiche: trials in corso • Diabete • Malattie epatiche • Malattie cerebro-vascolari • Lesioni spinali
Impiego delle CS nelle patologie non neoplastiche: studi sperimentali • M. Parkinson • M. Alzheimer
Ricerca e sviluppo in tema di CS Cellule Staminali Terapia cellulare Medicina Rigenerativa