Rigenerazione del Sistema. Biotecnologie Farmaceutiche

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1 Rigenerazione del Sistema Nervoso Biotecnologie Farmaceutiche

2 Concetti Generali Il Sistema Nervoso Centrale (CNS) è resistente a fenomeni rigenerativi Le cellule staminali del CNS sono Presenti in piccolo numero Localizzate in aree ristrette SVZ: zona subventricolare (terzo ventricolo) Incapaci di indurre eventi rigenerativi significativi

3 Rigenerazione in vitro di Cellule Nervose Cellule Nervose Originate da Cellule della Glia

4 Encefalo

5 Sinapsi

6 Dati Preliminari Primi tentativi in piccoli trials clinici negli anni 90 per l uso di cellule primarie fetali di encefalo per curare i morbi di Parkinson e di Huntington Tali tentativi hanno dato prova concettuale della fattibilità della procedura I tentativi attuali sono rivolti al transdifferenziamento di cellule staminali di altri tessuti

7 Potenziali Applicazioni Patologie neurodegenerative Morbo di Parkinson Morbo di Huntington Morbo di Alzheimer Sclerosi Multipla Patologie secondarie Vascolari Ictus Traumatiche Traumi encefalici Traumi spinali

8 Potenziali Benefici Rigenerazione del tessuto direttamente da parte delle cellule staminali trapiantate Invio di segnali trofici e di regolazione che rallentino la degenerazione Stimolazione della plasticità tissutale e modificazioni del microambiente Induzione della rigenerazione degli assoni Stimolazione delle cellule staminali endogene

9 Cellule Trapiantabili Cellule ES Derivate dalla massa embrionale interna Cellule EG Derivate dalle gonadi primitive Cellule staminali neuronali Prelevate da encefali di feti o di adulti Cellule staminali mesenchimali Midollo osseo, cordone ombelicare, liquido amniotico

10 Cellule ES Trapiantate nel corpo striato di ratti parkinsoniani hanno generato neuroni dopaminergici e restaurato alcune funzioni Eventi avversi Vari ratti sono deceduti per lo sviluppo di teratomi Potenziali rimedi Pre-differenziamento in vitro delle cellule ES in neuroni (contaminazione con ES indifferenziate?) Cloning terapeutico di cellule somatiche del paziente (problemi tecnici ed etici!)

11 Cellule EG Embryonic Germ cells derivate dalle gonadi di feti di 5-9 settimane Rispetto alle cellule ES sono Più facili da ottenere Più facili da differenziare Tendono però a differenziare spontaneamente in coltura Non formano teratomi

12 Cellule Staminali Neuronali Prelevate dall encefalo di feti o di adulti Sono già orientate verso la linea neuronale Hanno scarso potere proliferativo Danno rischi ridotti di formazione di tumori In vitro differenziano principalmente in neuroni GABAergici In colture a lungo termine convertono in cellule della glia Utilizzate in vivo per la rigenerazione del tessuto nervoso hanno dato risultati scoraggianti Hanno però effetti trofici che rallentano la progressione della neurodegenerazione

13 Cellule Staminali Mesenchimali Possono essere derivate da vari tessuti Midollo osseo Sangue del cordone ombelicale Liquido amniotico Possono essere ingegnerizzate mediante trasduzione di geni esogeni Possono essere utilizzate per trapianti autologhi

14 MSC del Midollo osseo Possono essere isolate facilmente Possono essere espanse in vitro per aumentarne in numero I protocolli di prelievo, isolamento ed espansione sono già messi a punto per il BMT E stato dimostrato che possono attraversare la barriera ematoencefalica e raggiungere zone danneggiate dell encefalo Questo apre la prospettiva di una infusione sistemica senza interventi chirurgici sul CNS Esistono evidenze di un loro trans-differenziamento in cellule nervose e della glia E stato però dimostrato che esprimono marcatori di varie linee cellulari neuronali ma anche non neuronali Non esistono prove della persistenza del fenotipo neuronale in trapianti in vivo.

15 MSC del Cordone Ombelicale Fonte illimitata Potenzialmente utilizzabili, più tardi nella vita, per trapianti autologhi In colture appropriate esprimono marcatori della linea neuronale Trapiantate in ratti con ictus hanno colonizzato il tessuto danneggiato inducendo un recupero funzionale Infuse in ratti modello di sclerosi amiotrofica laterale, morbo di Parkinson, morbo di Huntingon o morbo di Alzheimer ne hanno allungato la sopravvivenza Non vi è stato però un riscontro anatomico del loro attecchimento, pertanto non è sicuro che il miglioramento sia dovuto ad un effetto diretto dell infusione cellulare

16 MSC del Liquido Amniotico

17 MSC del Liquido Amniotico Sono isolate dal liquido amniotico (mesenchymal amniocytes) Mostrano bassa immunogenicità Dati sperimentali sono però ancora scarsi Hanno un elevato potere di espansione E sufficiente lo scarto del prelievo amniotico effettuato per diagnosi prenatale In vitro possono essere indotte a differenziare in cellule che esprimono marcatori neuronali Trapiantate nell encefalo di ratti ischemici sono in grado di sopravvivere, migrare e differenziare in astrociti e neuroni

18 Cellule Staminali Neuronali Ingegnerizzate Cellule staminali neuronali possono essere trasdotte con v-myc per aumentare il potere espansivo Si ottengono vari tipi di cloni con piccole differenze che li rendono più propensi a differenziare in neuroni o in glia Possono essere trasdotte per esprimere specifici geni neuronali P.es il recettore NURR può indurre il differenziamento in cellule dopaminergiche Possono essere trasdotte per esprimere recettori importanti per l homing nella sede danneggiata P.es il recettpre CXC4 le rende sensibili al fattore chemiotattico SDF-1 prodotto dagli astrociti delle aree danneggiate Possono essere trasdotte per esprimere fattori neurotrofici ed impiantate incapsulate nell area danneggiata. Ottenuta la rigenerazione la capsula può essere rimossa

19 Morbo di Parkinson Degenerazione progressiva dei neuroni dopaminergici della sostanza nigra 300 pazienti trattati con cellule primarie fetali Miglioramento in alcuni pazienti piuttosto persistente La fonte di cellule è però molto limitata, impossibile da utilizzare in larga scala Cellule ES difficili da differenziare, possibilità di formazione di teratomi Scarsi risultati, nessun miglioramento nel topo Dopo il trapianto, i risultanti neuroni dopaminergici risultano più vulnerabili dei neuroni residenti e vanno incontro rapidamente a degenerazione Tentativi con altri tipi cellulari hanno dato esito negativo Qualche miglioramento è stato ottenuto con la concomitante somministrazione di fattori neurotrofici

20 Morbo di Huntington Mutazione autosomica dominante della proteina huntingtin che provoca degenerazione di un gruppo di neuroni GABAergici del corpo striato Morbo simile al Parkinson, con difetti motori e cognitivi, progressivo, fatale Offre la possibilità di impiantare le cellule direttamente nel corpo striato in pazienti con diagnosi genetica, eventualmente ancora asintomatici Trattamenti con cellule fetali e cellule ES hanno dato risultati e problemi simili al Parkinson

21 Sclerosi Amiotrofica Laterale Degenerazione progressiva dei neuroni motori della corteccia cerebrale ed del grigio anteriore del midollo spinale Paralisi lenta e progressiva, fatale dopo molti anni E ancora più difficile da trattare con terapia cellulare perché la lesione non è localizzata La terapia cellulare deve essere accompagnata da neuroprotezione mediante fattori neurotrofici

22 Morbo di Alzheimer Demenza senile e pre-senile All autopsia ampie aree cerebrali risultano degenerate Si manifesta con perdita di memoria e funzioni cognitive, perdita di autonomia e morte dopo oltre 20 anni di malattia Si ritiene che le fasi precoci del morbo siano dovute a degenerazione di neuroni colinergici del lobo frontale del telencefalo Questa localizzazione iniziale renderebbe il morbo di Alzheimer potenzialmente curabile con terapia cellulare

23 Eventi Traumatici/Ischemici Ischemia cerebrale (ictus) Localizzata, recuperabile se trattata con anticoagulanti entro 3 ore Potenzialmente curabile con terapia cellulare Rigenerazione spontanea osservata in loco Cellule del SVZ possono migrare nell area ischemica Lesioni del midollo spinale Difficilmente trattabili con terapia cellulare per l impossibilità di ricostituire i lunghi assoni dei motoneuroni

24 Malattie Demielinizzanti Sclerosi multipla Malattia autoimmune con infiammazioni localizzate in varie aree dell encefalo Caratterizzata da ri-mielinizzazione in stadi precoci In stadi tardivi i neuroni vanno incontro a degenerazione ed i sintomi diventano irreversibili In questo caso le cellule da rigenerare sono gli oligodendrociti