ANATOMIA UMANA
(3 CFU)
Maurilio Sampaolesi
lesson 1
BIOTECNOLOGIE
(2011-2012)
Introduzione alle cellule staminali:
cellule staminali embrionali ed adulte
Ciclo cellulare e cellule staminali.
Cellule staminali e cellule tumorali.
Le cellule staminali ematopoietiche.
Cellule staminali nella terapia cellulare.
Cellule staminali e migrazione.
Vettori virali nella trasduzione delle cellule
staminali.
I mesoangioblasti, un esempio di cellule
staminali associate ai vasi
TESTI CONSIGLIATI
-Le cellule staminali M. Sampaolesi
Mulinio ed. 2011
-Enciclopledia Italiana Treccani
XXI secolo: Il corpo e la mente:
Cellule Staminali pg 237-246
-ESSENTIAL OF STEM CELL BIOLOGY
Edited by Lanza ELSEVIER
-HANDBOOK of STEM CELLS
Edited by Lanza ELSEVIER
-Blog on line: Papers
Perchè tanta attenzione nei media?
Potenzialità applicative delle cellule staminali
Esperimenti per
studiare sviluppo
e regolazione
genica
Sviluppo di
farmaci e
test di
tossicità
Tessuti e cellule per la terapia
Midollo
Osseo
Cellule
nervose
Cellule
cardiache
Isole del
Pancreas
A
Stem cells
Progenitor cells
Differentiated
cells
C
B
Unipotent
Multipotent
Come possiamo definire le cellule staminali ?
Staminale
Progenitore
La pluripotenza delle cellule staminali
S
S
S
S
D1
D1
D1
P
D1
D2
P
D3
D1
D4
Unipotente
Pluripotente
Origine e potenziale differenziativo delle
cellule staminali embrionali e adulte
Tipo di
Cellula
Origine
Differenziamento
Ortodosso
Embrionale
Emopoietica
Blastocisti
Tutti i tessuti
Sacco vitellino/AGM Sangue
Fegato fetale
Macrofagi
Cordone ombelicale Microglia
Midollo osseo
Osteoclasti
Mesenchimale
Periciti
Osteoblasti
(Midollo osseo)
Condroblasti
Adipociti
Endoteliale
Endotelio
Endotelio
Neurale
Epiteliale
(polarizati)
Zona
Neuroni
subventriculare Astrociti
Ependima (?)
Oligodendrociti
Epidermide,
Cellule epiteliali
Vie respiratorie
differenziate
digerenti, uro-genitali
Differenziamento
Non ortodosso
Muscolo scheletrico
Fegato ed Epiteli (?)
Neuroni & Glia
Muscolo cardiaco
Muscolo liscio
Astrociti
Muscolo cardiaco, scheletrico ?
Periciti, muscolo liscio
Muscolo cardiaco
Sangue
Muscolo scheletrico
Molti tessuti: embrione (?)
????
CELLULE STAMINALI:
che cosa è cambiato negli ultimi anni?
1.
Le cellule staminali sono
state isolate e coltivate da
organi le cui cellule non si
dividono normalmente
2. Le cellule staminali di un tessuto (es.
Midollo osseo) possono dare origine a
cellule differenziate di tessuti diversi da
quello in cui risiedono (es, muscoli,
cuore, cervello, etc.), ma di
recente…….
Cervello
Muscoli
?
?
Sangue
Osso e
Cartilagine
Epiteli
X
?
Midollo
osseo
Cuore
?
Fegato
Vasi
Le cellule staminali embrionali derivano dalla blastocisti
Le cellule staminali adulte originano dopo la gastrulazione
PROIEZIONE FILM
STEM CELLS by Austin Smith
Le cellule staminali embrionali possono essere cresciute
indefinitamente in vitro e, a seconda delle condizioni di
coltura, possono generare diversi tipi di cellule differenziate
Soprattutto, neuroni, cardiociti, endotelio e cellule del sangue
Purtroppo (per noi) dopo la nascita non ci sono più
cellule staminali embrionali nel nostro corpo
Quindi abbiamo di fronte due prospettive:
1. Utilizzare le cellule staminali adulte
2. Creare in vitro nuove cellule staminali embrionali
Nel secondo caso è necessario riprogrammare il nucleo di
una cellula somatica mediante trasferimento in un ovocita
enucleato. Questo è tecnicamente possibile ma suscita
interrogativi complessi
Nel 1963 John Gurdon dimostrò che era possibile generare delle rane a
partire dal nucleo di una cellula somatica dell’intestino di un girino
Nel 1997 Wilmuth e i suoi colleghi dimostrarono lo
stesso fenomeno in un mammifero
But, how really society should interfer with research ?
Nel mese di Aprile del 2002, il gruppo di Rudi Jaenisch ha
dimostrato che è possibile isolare una cellula somatica da un
animale affetto da una malattia genetica, generare da questa
una nuova cellula staminale embrionale, “curarla” e reinserirla nel topo malato
Cell, Vol. 109, 17–
17–27, April 5, 2002, Copyright •2002 by Cell Press
Correction of a Genetic Defect
by Nuclear Transplantation and
Combined Cell and Gene Therapy
William M. Rideout III,1,6 Konrad Hochedlinger,1,2,6
Michael Kyba,1,6 George Q. Daley,1,3
and Rudolf Jaenisch1,4,5
1Whitehead Institute for Biomedical Research
9 Cambridge CenterCambridge, Massachusetts 02142
University of Vienna A-1010 Vienna, Austria
3 Division of Hematology/Oncology
, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School
Boston, Massachusetts 02115
4Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, Massachusetts 02142
Le cellule staminali neurali sono cresciute come neurosfere e
possono differenziare in neuroni (rosso), astrociti (blu) e
oligodendrociti (verde) ma anche in cellule muscolari (verde in
c, d)
L’iniezione di neuroblasti fetali sembrò una possibilità
Ma l’effetto terapeutico fu transiente:
probabilmente i neuroblasti non sopravvivono
Le cellule staminali neurali, iniettate nel cervello di ratti
deficienti per DOPA, ripristinano neuroni dopaminergici
Lo stesso effetto si osserva con cellule staminali embrionali
DEFINIZIONE DI CELLULA STAMINALE
IERI
ALBERS ET AL., 1990
• DI PER SE NON È
DIFFERENZIATA IN MODO
TERMINALE
• CAPACITÀ DI DIVIDERSI
SENZA LIMITE
• LE CELLULE FIGLIE POSSONO
SCEGLIERE TRA IL RIMANERE
CELLULA STAMINALE O
DIFFERENZIARE
TERMINALMENTE
DEFINIZIONE DI CELLULA STAMINALE
OGGI
STATIC
Ø Undifferentiated Cells (lack differentiation
markers and specific morphology)
Ø Proliferation Capacity
Ø Ability to Self-Maintain
Ø Ability to Generate Differentiated Progeny
DYNAMIC
Ø Can Vary Proliferation and Self-Maintenance
Ø Flexible in Differentiation Fate Choice
Ø Capable of Tissue Homeostasis (and repair)
Le cellule negli organismi multicellulari, nei
tessuti specializzati, possono avere un diverso
grado di specializzazione, anche definito
differenziamento.
All’interno di ogni tessuto esiste una popolazione
cellulare che serve al rinnovamento del tessuto
stesso, definita popolazione di cellule “staminali”.
Le cellule staminali sono scarsamente
differenziate e si dividono attivamente.
Le cellule differenziate non si dividono più, ma
svolgono la loro funzione e quindi vanno
incontro a morte programmata (apoptosi).
I compartimenti di cellule staminali e
differenziate nella proliferazione delle
cellule epiteliali intestinali
Tre categorie di cellule:
Cellule molto specializzate: cellule nervose,
muscolari, i globuli rossi hanno perso la capacità di
dividersi.
Cellule differenziate che normalmente non si
dividono, ma lo possono fare in risposta ad uno
stimolo appropriato, per esempio le cellule del
fegato.
Cellule attivamente proliferanti: cellule staminali nei
tessuti epiteliali e nel midollo osseo, cellule
germinali.