”Le Cellule staminali adulte e cordonali una realta’ ed una prospettiva terapeutica”

Prof. Luca Pierelli Dipartimento di Medicina Sperimentale, Universita’ degli

Studi “ Sapienza” Roma Dipartimento di Medicina Trasfusionale

Azienda Ospedaliera S. Camillo-Forlanini, Roma

Le cellule staminali umane etimologia del termine

“Staminale” derivazione greca --> stamin-inos = trave, montante

“Staminale” derivazione latina--> stamen-minis = relativo allo stame (il filo dell’ordito, anche riferibile allo stame della vita. Le Parche, secondo il

mito, filavano il destino della vita)

“Staminale” derivazione anglosassone--> staminal = cellula capostipite di un clone

Le cellule staminaliumane

tipologie

• Totipotent stem cells : zigote

• Pluripotent stem cells : cellule staminali embrionali

• Induced pluripotent stem cells : IPS mediante riprogrammazione dei geni Oct-3/4; SOX; Klf; Myc; Nanog; LIN28

• Adult, multipotent, oligopotent, monopotent

Le cellule staminaliumane tipologie

CONCETTO DI STAMINALITA’

• Capacita’ di autorinnovarsi • Lunga sopravvivenza • Ampio repertorio differenziativo • Capacita’ di differenziare in elementi

funzionalmente attivi

Cellula Staminale Emopoietica nella configurazione di elementi monopotenti

Figure 4. Stages of human yolk sac formation. (Top) The primary yolk sac (1°YSC) is formed 7–8 days postconception. Intermediate cells (IC; depicted as white cells) migrate from the endodermal (EL) layer (dark-col- ored cells) of the primary yolk sac to fill in the space between the endo- derm and trophoblastic basal lamina (TBL). (Middle) The secondary yolk sac (2°YSC) is formed by the remnants of the primary yolk sac following its collapse and fragmentation. (Bottom) By 12 days postconception, the secondary yolk sac has expanded to the edge of the embryonic disk, is lined by endoderm cells (dark cells), and protrudes into the exocelom (EXO). The mesoderm adjacent to the trophoblastic basal lamina (TBL) has differ- entiated into mesothelium (MESO). Hematopoietic activity will be present in yolk sac blood islands arising in the secondary yolk sac by week 3 of gestation. Reproduced with permission of F.F. Nogales (ed): The Human Yolk Sac and Yolk Sac Tumors, Berlin: Springer-Verlag, 1993, pp. 35–36.

“Emopoiesi” ovvero la produzione delle cellule del sangue

NASCITA

ETA’ GESTAZIONALE (giorni)

20 100 20 40 60

TIMO

SACCO VITELLINO

FEGATO FETALE

MILZA FETALE MILZA ADULTA

MIDOLLO OSSEO

260

ETA’ (anni)

DISTRIBUZIONE DEL MIDOLLO OSSEO NEI BAMBINI E NEGLI ADULTI

Midollo osseo

Fegato

Encefalo

Muscolo striato

Cellule ematiche

Adipociti

Cellule staminali nervose

Osso

Endotelio vascolare

Stroma midollare

Cellule epiteliali

Neuroni

Cellule della gliaMuscolo cardiaco

Esempio di plasticita’ staminale nei tessuti murini .

Generazione di mioblasti da staminali umane CD133+ In presenza di desametazone ed idrocortisone

Anti-Myosin D

CD133+ da sangue di cordone

Generazione di osteoblasti da staminali umane CD133+ in presenza di desametazone, ac. ascorbico e beta-glicerol-

fosfato

Anti-Osteopontin

CD133+ da sangue di cordone

Generazione di precursori endoteliali da staminali umane CD133+ in presenza di EGF, VEGF, bFGF, IGF e acido ascorbico

CD133+ da sangue di cordone

Generazione di precursori cardiomiocitici da staminali umane CD133+

in presenza di 5-azacitidina

CD133+ da sangue di cordone

Impiego clinico delle cellule staminali/progenitori CD34+

•Trapianto allogenico (leucemie acute, leucemie croniche, immunodeficienze, aplasie midollari, tesaurismosi, emoglobinopatie)

Chemioterapia d’ induzione

della risposta

Regime di condizionamento mieloablativo e/o immunosoppressivo

Trapianto allogenicoReinfusione di progenitori

emopoietici HLA-compatibiliRecupero emopoietico

con chimerismo GVHD GVT

F O L L O W

U P

Infusione linfociti del donatore

Impiego clinico delle cellule staminali/progenitori CD34+

• Trapianto autologo (leucemie acute, mielomi, linfomi, carcinoma mammario, carcinoma ovarico, tumori germinali, malattie autoimmuni)

Chemioterapia d’ induzione della risposta

Chemioterapia/chemioradioterapia ad alte dosi (6/7 volte le dosi

convenzionali)

Trapianto autologoReinfusione di progenitori

emopoietici

Recupero emopoietico

F O L L O W

U P

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P, D'Antonio D, De Laurenzi A, De Rosa L, Fioritoni G, et al.

22

Vantaggi e svantaggi

Raccolta delle cellule staminali emopoietiche dal sangue

cordonale

Raccolta delle cellule staminali emopoietiche dal sangue

midollare

Raccolta delle cellule staminali emopoietiche dal sangue

periferico

Europa: 2011

Europa: 2011

L’intero pianeta: 2006-2008

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Luznik L1, O'Donnell PV, Symons HJ, Chen AR, Leffell MS, Zahurak M, Gooley TA, Piantadosi S, Kaup M, Ambinder

RF, Huff CA, Matsui W, Bolaños-Meade J, Borrello I, Powell JD, Harrington E, Warnock S, Flowers M, Brodsky RA,

Sandmaier BM, Storb RF, Jones RJ, Fuchs EJ.

HSC NicheCytokinereceptor

SDF-1gradient

VLA4/VCAM1 c-Kit

SCF

Extracellular matrix proteinsand soluble cytokines

Vascular endothelium

CXCR4

Stromal cells

Notch1/Jagged1

Mesenchimal Stem Cells Descritte nel 1970 Friedenstein e coll. Origine midollare

Derivate da un progenitore non emopoietico

Forma fibroblastoide

Anni ‘80 Castro-Malaspina

0.01-01% cellule midollari

Elementi cellulari in grado di produrre citochine stimolanti l’emopoiesi

Denominate CFU-F Unità formanti colonie fibroblastoidi

Multipotenza delle MSC

MSC alla confluenza

Osteogenesi

Membrana di acido ialuronico Imbibita di midollo osseo (residuo dopo intervento chirurgico per condropatia in coltura rilascia nel tempo MSC

MSC da SVF + scaffold di Fosfato Tri-calcico - Adipogenesi prima della colorazione

MSC da SVF + scaffold di Fosfato Tri-calcico - Adipogenesi colorazione con Oil Red

MSC da SVF + scaffold di Fosfato Tri-calcico - Osteogenesi

MSC da SVF + scaffold di Fosfato Tri-calcico - Osteogenesi

➢ 2006, Ringden et al. - 8 pazienti ➢ 2007, Fang et al. - 6 pazienti

➢ 2008, Le Blanc et al. - 55 pazienti di cui 25 pediatrici studio multicentrico non randomizzato

➢ 2008, Muller et al. - 5 pazienti ➢ 2009, Kebriae et al. - 32 pazienti ➢ 2009, Kurtzberg et al. - 59 pazienti pediatrici ➢ 2009, von Bonin et al. - 13 pazienti ➢ 2010, Martin et al. - 244 pazienti studio multicentrico randomizzato ➢ 2010, Zhou et al. - 4 pazienti cGVHD ➢ 2010, Lucchini et al. - 11 pazienti pediatrici ➢ 2010, Weng et al - 19 pazienti → Median follow-up 697 g, 4 CR, 10 PR

MSC e GVHD

• Fattibilità e sicurezza del trattamento

• Assenza o lievi effetti collaterali immediati e/o ritardati dopo infusione di MSC • I pazienti che rispondevano al trattamento con MSC hanno potuto sospendere gli immunosoppressori

• Risposta completa o parziale nella maggior parte dei pazienti soprattutto se pediatrici

• Risposta maggiore nella GVHD acuta rispetto alla cronica

MSC e GVHD

Rischi di ricomparsa nel tempo della sintomatologia da GVHD

RISULTATI

Follow up a distanza

Future perspectives

From cell therapy to cell-free therapy……

From cell therapy to tissue therapy…..

MSC therapeutic effect by secreting trophic

factors?

What the role of microvescicles secreted by MSC in culture supernatants?

The challenge of Regenerative Medicine

Shinya Yamanaka

Premio Wolf per la medicina 2011 Nobel per la medicina 2012

Shinya Yamanaka (Higashiōsaka, 4 settembre 1962)

Legge 19 febbraio 2004, n. 40"Norme in materia di procreazione medicalmente assistita"pubblicata nella Gazzetta Ufficiale n. 45 del 24 febbraio 2004

ART. 13.(Sperimentazione sugli embrioni umani). 1. È vietata qualsiasi sperimentazione su ciascun embrione umano. 2. La ricerca clinica e sperimentale su ciascun embrione umano è consentita a condizione che si perseguano finalità esclusivamente terapeutiche e diagnostiche ad essa collegate volte alla tutela della salute e allo sviluppo dell'embrione stesso, e qualora non siano disponibili metodologie alternative. 3. Sono, comunque, vietati: a) la produzione di embrioni umani a fini di ricerca o di sperimentazione o comunque a fini diversi da quello previsto dalla presente legge; b) ogni forma di selezione a scopo eugenetico degli embrioni e dei gameti ovvero interventi che, attraverso tecniche di selezione, di manipolazione o comunque tramite procedimenti artificiali, siano diretti ad alterare il patrimonio genetico dell'embrione o del gamete ovvero a predeterminarne caratteristiche genetiche, ad eccezione degli interventi aventi finalità diagnostiche e terapeutiche, di cui al comma 2 del presente articolo; c) interventi di clonazione mediante trasferimento di nucleo o di scissione precoce dell'embrione o di ectogenesi sia a fini procreativi sia di ricerca; d) la fecondazione di un gamete umano con un gamete di specie diversa e la produzione di ibridi o di chimere. 4. La violazione dei divieti di cui al comma 1 è punita con la reclusione da due a sei anni e con la multa da 50.000 a 150.000 euro. In caso di violazione di uno dei divieti di cui al comma 3 la pena è aumentata. Le circostanze attenuanti concorrenti con le circostanze aggravanti previste dal comma 3 non possono essere ritenute equivalenti o prevalenti rispetto a queste. 5. È disposta la sospensione da uno a tre anni dall'esercizio professionale nei confronti dell'esercente una professione sanitaria condannato per uno degli illeciti di cui al presente articolo.

Le cellule staminaliumane tipologie

Cotransplantation Tissue regeneration

Immune regulation