Le cellule Stromali Mesenchimali 21 Ottobre 2011,Napoli Le cellule Stromali Mesenchimali

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

Divisione asimmetrica Differenziamento delle cellule progenitrici 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 Oligopotenzialità Precursori mieloidi Pochi Alcuni tipi di cellule del sangue Cellule staminali mesenchimali Condrociti, miociti, osteoblasti, adipociti, cellule endoteliali, cellule neurali

Placentali o cordonali Adulte Principali tipi di staminali Embrionali Fetali Placentali o cordonali Adulte

Origine

Difficoltà nel controllare la differenziazione in vitro Problemi nell’uso di cellule staminali non adulte Difficoltà nel controllare la differenziazione in vitro Uso omologo: possibilità di risposta immunologica Cancerogenicità Problemi etici

Stromali o Mesenchimali 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)

Sancez-Ramos (EXP NEUROL 2000) La potenzialità Bone Jaiswal (J CELL BIOCHEM 1997) Cartilage Yoo (JBJS 1998) Fat Pittenger (SCIENCE 1999) Muscle Ferrari (SCIENCE 1998) Tendon Pancreatic β-cells (Ianus, JCI 2003) Renal epithelial cells (Kale, JCI 2003) (Badiavas ARCH DERMATOL 2003) Endothelium (Reyes JCI 2002) Liver (Schwartz, JCI 2002) Neurons Azizi (PNAS 1999) Sancez-Ramos (EXP NEUROL 2000) Makino (JCI 1999) Cardio m. ?

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 MIDOLLO OSSEO EMBRIONE FETO TESSUTO ADIPOSO SANGUE PERIFERICO MIDOLLO OSSEO VILLI CORIALI LIQUIDO AMNIOTICO CORDONE OMBELICALE

FONTI DI cellule MSC ADI MSC PBMMP

1. Accelerare i processi riparativi. 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 IT IN ACCORDANCE COMPLY Good Manufacture Practice

Chimici Biologici

1. Impiantare il midollo intero 2. Impiantare le cellule mononucleate isolate 3. Impiantare una popolazione di cellule isolate 4. 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 Tacche di profondità 5”, 12 gauge Disegno a un foro Disegno a tre fori

[Cell] nucleate/ml Tot Tot cell nucleate [Cell] nucleate/ml Tot Tot cell positive ALP+ [Cell] ALP+ /ml 40 106 1451 72 106 636 106 2836 1418 100 106 25 106 3526 882 1ml aspirato 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

[mononucleate] [MSC] Maschi Parametri che influenzano la cellularità Femmine Maschi <30 anni 56 106 38 106 14.843 2.829 30-49 28,5 106 37 106 3.482 1.288 50-69 19 106 30 106 834 3.712 >70 19,5 106 25,5 106 498 4.320 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)