CELLULE STAMINALI APPLICAZIONI TERAPEUTICHE (3 CFU) Maurilio Sampaolesi lesson 9. BIOTECNOLOGIE Specialistica Corso ANATOMIA UMANA II ( )

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1 CELLULE STAMINALI APPLICAZIONI TERAPEUTICHE (3 CFU) Maurilio Sampaolesi lesson 9 BIOTECNOLOGIE Specialistica Corso ANATOMIA UMANA II ( )

2 SISTEMA NERVOSO CENTRALE encefalo tronco encefalico, cervelletto, diencefalo, due emisferi cerebrali midollo spinale neuromeri segmenti cranio-caudale sostanza grigia neuroni, processi dendritici e neuritici, glia, vasi sostanza bianca neuriti mielinizzati e non, glia, vasi pseudobipolare bipolare multipolare NEURONI: Sensitivi Motori (effettori) Interneuroni

3 TESSUTO NERVOSO OLIGODENDROCITA ASTROCITI NEURONE by R.GALLI

4 SISTEMA NERVOSO CENTRALE ARCHI RIFLESSI arco riflesso monosinaptico arco riflesso verticale orizzontale riflesso patellare tendine rotuleo del quadr.: 1 recettore 2 via afferente 3 via efferente 4 organo effettore

5 SISTEMA NERVOSO CENTRALE midollo spinale neuromeri 2 nervi spinali (radice ant. e post.) emergono da ogni neuromero nel rigonfiamento radicale albergano i neuroni sensitivi (gangli spinali)

6 Il corno posteriore è occupato in buona parte dal nucleo proprio, disposto dorsalmente al midollo dorsale (di Clarke). Nel nucleo di Clark terminano le fibre della sensibilità propriocettiva ed originano fibre dirette al cervelletto. Proseguendo posteriormente, si trova la sostanza gelatinosa (di Rolando) ricoperta a sua volta dalla sostanza spongiosa. Nel corno anteriore i motoneuroni sono raggruppati in gruppi di nuclei suddivisibli in: gruppo mediale, laterale e centrale.

7 Encefalo è contenuto nella scatola cranica 1400 gr nel sesso maschile e gr in quello femminile; formato da una parte assile, il tronco encefalico e da centri soprassiali, il cervelletto e gli emisferi cerebrali faccia inferiore dell encefalo

8 IPOTALAMO COTROLLO NEUROENDOCRINO L ipotalamo esercita un controllo sul sistema endocrino Vasopressina o ADH ormone antidiuretico e Ossitocina Funzioni: -controllo vita vegetativa -termoregolazione -fame e sete -comportamento sessuale -regolazione sfera emotiva -regolazione ritmo sonno-veglia

9 TELENCEFALO emisferi cerebrali sono separati dalla scissura interemisferica, situata sopra il corpo calloso

10 MENINGI avvolgono l encefalo e il midollo spinale: Dura madre (membrana spessa e fibrosa) Aracnoide (organizzazione trabecolare in cui circola liquor) Pia madre (membrana a contatto con il tessuto nervoso) MENINGI SPINALI MENINGI ENCEFALICHE

11 Schema della circolazione del liquor nelle cavità ventricolari e nello spazio subaracnoideo MENINGI ENCEFALICHE L aracnoide contiene il liquor che si raccoglie in cisterne subaracnoidee. La pia madre riveste l encefalo ed è responsabile per la produzione del liquor o liquido cefalorachidiano

12 Compartimento staminale adulto CELLULE STAMINALI NEURALI ADULTE

13 Neuroni, astrociti, oligodendrociti Maturazione Astroblasti Neuroblasti Oligodendroblasti Cellule staminali del sistema nervoso centrale adulto Automantenimento Progenitori bipotenti Differenziamento - rimozione di mitogeni (EGF, FGF2) - esposizione a citochine (LIF, CNTF) - espressione di geni (Emx2)

14 Cellule staminali del sistema nervoso centrale adulto Localizzazione Zona periventricolare (cellule ependimali, cellule gliali) Rostral migratory stream (RMS) Giro dentato dell ippocampo

15 Cellule staminali del sistema nervoso centrale adulto Isolamento Isolate per la prima volta nel 1992 (Reynolds and Weiss). In vitro identificate in risposta a fattori mitogeni specifici. In vivo identificate in seguito a somministrazione di analoghi di base.

16 Dissociazione del tessuto (regione periventricolare o ippocampo) + EGF&bFGF Neurosfere primarie, secondarie, terziarie, n... Dissociazione Proliferazione dopo esposizione a fattori di crescita per ore + EGF&bFGF + EGF&bFGF Proliferazione dopo esposizione a fattori di crescita per 3-5 giorni - EGF&bFGF Differenziamento dopo rimozione di fattori trofici Cellule staminali Progenitori Differenziate

17 Enzymatic/ mechanical dissociation SINGLE CELL SUSPENSION ADULT FOREBRAIN MITOGENS Dissociation PRIMARY NEUROSPHERES MITOGEN REMOVAL TERTIARY....n.. NEUROSPHERES SECONDARY NEUROSPHERES MATURE CELLS Neural stem cells from the adult SVZ First isolated in 1992 by Reynolds and Weiss Satisfy in vitro the criteria accepted to define a stem cell

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20 CARDIOSFERE

21 OLIGODENDROCITA ASTROCITI NEURONE

22 Terapia cellulare di malattie neurodegenerative tramite cellule staminali Caratteristiche utili delle cellule staminali nervose: sorgente continua e rinnovabile di neuroni e glia. coltivabili per lunghi periodi senza perdita di stabilità genetica. prone ad essere modificate tramite ingegnerizzazione per la correzione di difetti congeniti. disponibili in notevoli quantità.

23 Next steps (ongoing) Source of cells Human neural stem cells (hnscs) Naive Manipulation prior to transplantation (oligodendroglial committment in vitro) Animal model Chronic and multifocal CNS demyelination in non-human primates

24 Human foetal neural stem cells (hnscs) display stable functional features Total Cell Number Proliferation and self-renewal DE p20 Genetic stability CTX p Passage 13 through 18 Passage 25 through Days In Vitro Multipotency % of Immunoreactive cells neurons astrocytes (TUJ1) (GFAP) DE passage 18 13,66 58,41 passage 29 14,37 32,5 CTX passage 18 13,5 41,2 passage 30 17,6 51,7 TUJ1 GFAP NG2 O4 1-3%

25 Human foetal NSCs can be genetically modified U3 substitution RSV Dapi TUJ1 GFP U3 deletion GA RRE y CMV egfp Dapi GFAP GFP Dapi GalC GFP

26 Cell therapy approach for Parkinson s disease hnscs Integration, survival, differentiation of transplanted cells Behavioral tests Transplant of hnscs in the striatum of 6- OHDA-lesioned rats Dopaminergic induction epigenetic approach --> exposure to specific molecules (GFs, cytokines) or unknown factors secreted by different cells/cell lines. genetic approach --> expression of key genes in in dopamine synthesis or genes active during embryonic development (Nurr1/Not1). A. Vescovi, R.Galli, L. DeFilippis-SCRI CELLULE STAMINALI NEURALI UMANE COME STRUMENTO PER LA TERAPIA SOSTITUTIVA NELLE MALATTIE DI PARKINSON E HUNTINGTON. Fondazione Cariplo Cell-tracing TH-GFP cells G. Consalez-DIBIT

27 Naive hnscs in a non-human primate model of CNS demyelination Human foetal NSCs vs syngenic Schwann cells in marmosets with EAE Groups Neuroimmunology Unit, DiBiT-HSR SCRI, DiBiT-HSR Laboratoire des Affections de la Myeline et des Canaux Ioniques Musculaires, Centre Hospitalier Universitaire Pitie-Salpetriere,Paris, FR Dept. Immunobiology, BPRC, Rijswijk, NL Sponsors European Community (project no. HPRI-CT PCDD-11) The Myelin Project Associazione Italiana Sclerosi Multipla

28 Gene-targeting of endogenous stem cells (In collaboration with L. Naldini, TIGET- 1-LV-GFP injection 2-In vivo analysis GFP-expressing cells in the SVZ- RE-OB pathway 2 and 6 months after LV-GFP injection RE OB 3-SVZ of LV-GFP injected mice ---> neural stem cell lines Proliferation, self-renewal 7 days 1E+06 GFP GFAP Multipotency DAPI ESTIMATED N. OF CELLS X E+05 1E+04 1E+03 INJECTED SIZE (GFP+) GFP TUJ1 DAPI primary spheres CONTROLATERAL 1E DAYS IN VITRO GFP O4 DAPI Tertiary spheres

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