Corso di Ematologia Dr. Mario Tiribelli Clinica Ematologica - Udine mario.tiribelli@uniud.it

What is a stem cell? A stem cell is a cell that has the ability to divide (self-replicate) for indefinite periods (often throughout the live of the organism) Under the right conditions, or given the right signals, stem cell can differentiate to the many different cell types that make up the organism

The differentiation potential of stem cells Pluripotent stem cells are cells that can give rise to cells derived from all three embrionic germ layers Unipotent (Multipotent) stem cell are capable of differentiating along only one lineage. They provide for the a steady state of self-renewal for the tissue

Hematopoietic stem cells Is a cell isolated from the blood or marrow that can renew itself, can differentiate to a variety of specialized cells, can mibilized out of the bone marrow into circulating blood, and can undergo programmed cell death, called apoptosis, a process by which cells that are detrimental or unneeded self-destruct

STEM CELLS (Till and McCullogh experiment - 1970)

CELLULE STAMINALI EMOPOIETICHE Implicazioni: Malattia della cellula staminale: aplasia leucemia Terapia con cellule staminali trapianto plasticità delle cellule staminali: nuovi orrizzonti ?

Sources of Hematopoietic Stem Cells Bone marrow is the classic source; about 1:100,000 cells in the marrow is a long-term, blood-forming stem cell; other cells present include stromal cells, stromal stem cells, blood progenitor cells and mature and maturing white and red blood cells Peripheral blood: a small number of stem and progenitor cells circulate in the bloodstream in steady state conditions, but they can migrate from marrow to blood in greater numbers under cytokine or chemotherapy stimuli Cord blood:and placenta are rich of HSC that are supposed to have higher capability of developing cells of multiple germ layers

MIDOLLO OSSEO

ASPIRATO MIDOLLARE BIOPSIA OSSEA

EMOPOIESI Popolazione midollare 5-10 x 1011 cellule Cellule staminali: 0.01% CELLULA STAMINALE MULTIPOTENTE CAPACITA’PROLIFERATIVA E DIFFERENZIATIVA (AUTOMANTENIMENTO E DIFFERENZIAZIONE) CD34 + CELLULE STAMINALI COMMISSIONATE NON HANNO CAPACITA’ DI AUTOMANTENIMENTO SONO UNIPOTENTI

Cellula staminale multipotente Cellule staminali commissionate Precursori Cellule mature Sangue

Hematopoietic and Stromal Stem cell Differentiation

MICROAMBIENTE EMOPOIETICO (“nicchia emopoietica”) INTERAZIONE TRA CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE CON IL MICROAMBIENTE MIDOLLARE (ADIPOCITI, FIBROBLASTI, ENDOTELIO, MACROFAGI, LINFOCITI) PRODUZIONE DI CITOCHINE CONTATTO CELLLULA STAMINALE-STROMALE (MOLECOLE DI ADESIONE)

CYTOKINES REGULATION OF HAEMOPOIESIS

GROWTH FACTORS G - CSF A 19kD GLYCOPROTEIN DEFINED BY THE ABILITY TO STIMULATE NORMAL GRANULOCYTE COLONIES. RECEPTORS FOR G-CSF HAVE BEEN IDENTIFIED ON BOTH HUMAN NEUTROPHILS AND LEUKEMIC CELL LINES. IT STIMULATES NEUTROPHILS INCREASES, AND IN A LESSER WAY MONOCYTES, LYMPHOCYTES AND PLA- TELETS

GROWTH FACTORS EPO A 30.4 Kd GLICOPROTEIN. IT HAS SEVERAL EFFECTS ON ERYTHROCYTOPOIESIS, BUT THE PRIMARY SEEMS THE PREVENTION OF APOPTOTIC DEATH OF CFU-E AND PROERITHROBLASTIS. MOREOVER IT REGULATES ALSO PROLIFERA- TION AND GROWTH OF MATURE ERYTHROID CELLS.

ERYTHROPOIETIN PRODUCTION BY THE KIDNEY

THE NEGATIVE FEEDBACK LOOP OF ERYTHROPOIETIN PRODUCTION

REGRESSIONE ESPONENZIALE DELL’EPO IN RAPPORTO ALL’EMATOCRITO 10000 REGRESSIONE ESPONENZIALE DELL’EPO IN RAPPORTO ALL’EMATOCRITO 1000 100 EPO sierica (Mu/ML) 10 1 EMATOCRITO (%)

ERITROPOIETINA UMANA RICOMBINANTE DARBEPOIETINA α > 2 residui ricchi di acido sialico all’ estremità N-terminale > attività biologica > emivita

GROWTH FACTORS TPO PRIMARY EFFECTS: MKC PROGENITORS PROLIFERATION; GROWTH OF MATURATION; PLATELETS FORMATION FROM MKC; PLATELETS INCREASES;

CELLULE DEL SANGUE PERIFERICO NORMALE

SANGUE PERIFERICO

Striscio di sangue periferico

SANGUE PERIFERICO

EMIVITA DELLE CELLULE DEL SANGUE ERITROCITI 120 giorni PIASTRINE 8 giorni GRANULOCITI 6-8 ore MONOCITI 8 ore LINFOCITI VARIABILE

PRODUZIONE DI ERITROCITI: 1010 PER OGNI ORA PRODUZIONE DI LEUCOCITI : 109 PER OGNI ORA CAPACITA’ DI INCREMENTARE LA PRODUZIONE (COME RISPOSTA A PERDITA DI SANGUE, ANEMIA, INFEZIONI, …) ANCHE DI 5-10 VOLTE

GLOBULI ROSSI-RETICOLOCITI

Piastrine

Granulociti neutrofili

Granulociti eosinofili Granulociti basofili

Monociti

Linfociti

Grandi linfociti granulari

Lettura dell’emocromo Hb (emoglobina) 12-16 g/dl Globuli rossi 4.00-5.20 x 106/ul Ematocrito 37-47% MCV (volume corpuscolare medio) 90-95 MCH (concentrazione media di Hb) 27-32 pg RDW 11-14 Piastrine 150-400 x 103/ul Globuli bianchi Neutrofili Eosinofili Basofili Linfociti Monociti 4-10 x 103/ul 2-8 x 103/ul 0-0.5 x 103/ul 9-0.2 x 103/ul 1-4 x 103/ul 0.2-1 x 103/ul

VALORI EMATOLOGICI NORMALI DONNA UOMO GLOBULI ROSSI 4-5x106/mmc 4.5-5.5x106/mmc EMOGLOBINA 116 - 160g/L 125-170g/L EMATOCRITO 36- 42% 40- 45%

VOLUME CORPUSCOLARE MEDIO v.n. 80 - 100 EMATOCRITO x10 MCV (3) = No. globuli rossi/mmc (in milioni)

CONCENTRAZIONE EMOGLOBINICA CORPUSCOLARE MEDIA v.n. 30 - 36g/dl EMOGLOBINA x10 MCHC (g/dl) = EMATOCRITO

CONTENUTO EMOGLOBINICO CORPUSCOLARE MEDIO v.n. 27 - 31pg EMOGLOBINA x10 MCH (pg) = No. globuli rossi/mmc (in milioni)

ERITROCITI CELLULE PRIVE DI NUCLEO A FORMA DI DISCO BICONCAVO. DIAMETRO 6-8, SPESSORE 2.5 , VOLUME 80-100 3 IL GLOBULO ROSSO NORMALE CONTIENE DA 27 A 32 pg DI EMOGLOBINA IN SOLUZIONE. L’EMOGLOBINA COSTITUISCE CIRCA IL 30-36% DEL VOLUME DELL’ERITROCITO FUNZIONE DEL GLOBULO ROSSO E’ DI CAPTARE O2 E SCARICARE CO2 A LIVELLO POLMONARE E CEDERE O2 E CARICARE CO2 A LIVELLO PERIFERICO

CAUSE DI ANOMALIE DELLA MORFOLOGIA DEI GLOBULI ROSSI ERITROPIESI ANOMALA CHE PUO’ ESSERE EFFICACE O INEFFICACE INADEGUATA FORMAZIONE DI EMOGLOBINA DANNI AI GLOBULI ROSSI DOPO LA FUORIUSCITA DAL MIDOLLO, COMPRESI GLI EFFETTI DI RIDOTTA O ASENTE FUNZIONE SPLENICA TENTATIVO DI COMPENSO MIDOLLARE A UNA CONDIZIONE DI ANEMIA CON AUMENTO DELLA ERITROPIESI

CONSEGUENZE SULLA MORFOLOGIA DEI G. R. AUMENTATA VARIAZIONE DELLE DIMENSIONI (ANISOCITOSI), DELLA FORMA (POICHILOCITOSI) E PUNTEGGIATURE BASOFILE CONTENUTO EMOGLOBINICO RIDOTTO O DISOMOGENEO (IPOCROMASIA, ANISOCROMASIA O DIMORFISMO) SFEROCITOSI, ELLISSOCITOSI, O FRAMMENTAZIONE (SCHISTOCITOSI); PRESENZA DI CORPI DI Pappenheim, di Howell Jolly, e poichilociti (target cells, acantociti, sferociti) SEGNI DI IMMATURITA’ POLICROMASIA E ERITROBLASTEMIA

EMAZIE NORMALI

EMAZIE MICROCITICHE ED IPOCROMICHE

EMAZIE MICROCITICHE / IPOCROMICHE ED EMAZIE MACROCITICHE DOPPIA POPOLAZIONE: EMAZIE MICROCITICHE / IPOCROMICHE ED EMAZIE MACROCITICHE

TARGET CELLS ( TALASSEMIA MINOR)

SFEROCITOSI

SCHISTOCITI

ANEMIA FALCIFORME