UNIVERSITA DI PISA LE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE PER IL TRATTAMENTO DELLA AML

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1 UNIVERSITA DI PISA Dipartimento di Farmacia Corso di laurea CTF Corso: Basi Biochimiche dell Azione dei Farmaci LE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE PER IL TRATTAMENTO DELLA AML Pisa, 10/11/14 Silvia Mastrosimone

2 La Leucemia è un tipo di cancro delle cellule bianche del sangue. Il midollo osseo produce anormali cellule che attaccano le altre cellule del sangue impedendo loro di svolgere le normali funzioni. Nella leucemia mieloide acuta (AML) vengono prodotti troppi mieloblasti. NIH: National Cancer Institute

3 Il trattamento comprende chemioterapia, altri farmaci, radio terapia, trapianto di cellule staminali ed una terapia mirata. Quando la Leucemia è in remissione il paziente necessita di altri trattamenti addizionali per evitare che si manifesti nuovamente. NIH: National Cancer Institute

4 Tutte le cellule staminali, indipendentemente dalla loro origine, hanno tre proprietà generali: sono in grado di dividersi e di rinnovarsi per lunghi periodi non sono specializzate possono dare origine a tipi di cellule specializzate, differenziandosi

5 Il midollo osseo contiene almeno due tipi di cellule staminali; una popolazione chiamata cellule staminali ematopoietiche (HSCs) ed un altra chiamata cellule staminali mesenchimatiche. Le HSCs sono in grado di auto-rinnovarsi e possono dare origine a tutte le cellule del sangue. Sono state individuate due tipi di HSCs, long-term HSC capace di auto-rinnovarsi e short-term che possono differenziarsi nei vari tipi di cellule del sangue, ma che, in normali circostanze non sono capaci di rinnovarsi. Figure 5.1. Hematopoietic and Stromal Stem Cell Differentiation. ( 2001 Terese Winslow, Lydia Kibiuk) Stem cell biology, Marshak, D.R., Gardner, R.L., and Gottlieb, D. eds. (Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press).

6 Visto il problema di identità delle HSCs, i ricercatori hanno deciso di utilizzare marcatori presenti sulla superficie delle cellule. Qui elencati vi sono i marcatori di superficie cellulare trovati nel topo e nell uomo. Le cellule maggiormente utilizzate son quelle con i marcatori CD34 +, Thy-1 + Mouse CD34 low/- CD34 + SCA-1 + CD59 + * Thy1 +/low Thy1 + CD38 + CD38 low/- Human C-kit + C-kit -/low lin - * lin - ** Spangrude, G.J., Heimfeld, S., and Weissman, I.L. (1988). Purification and characterization of mouse hematopoietic stem cells. Science. 241, * Only one of a family of CD59 markers has thus far been evaluated. ** Lin - cells lack 13 to 14 different mature blood-lineage markers. Baum, C.M., Weissman, I.L., Tsukamoto, A.S., Buckle, A.M., and Peault, B. (1992). Isolation of a candidate human hematopoietic stem-cell population. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89,

7 Il trapianto di HSCs è una procedura che permette di ripristinare il sistema immunitario del paziente, che è stato distrutto dopo il trattamento chemioterapico. Esistono due tipi di trapianto : Autologo il donatore e il ricevente sono la stessa persona) ed Allogenico (il donatore è una persona che presenta con il paziente un alta compatibilità del gene del complesso maggiore di istocompatibilità, gene HLA).

8 1) Midollo Osseo 2) Sangue del cordone ombelicale 4) Sangue periferico 3) Liquido amniotico

9 È stato osservato che è possibile mobilitare le cellule staminali ematopoietiche dal midollo osseo nel sangue periferico. Alcune chemochine e citochine, infatti, hanno questa capacità. Le uniche citochine approvate dalla FDA per la mobilitazione delle HSCs e la successiva raccolta per aferesi, sono il fattore stimolante delle colonie granulocitarie G-CSF e il fattore GM-CSF. stemcells.nih.gov/info/scireport/pages/chapter5.aspx#negrin

10 Vi sono interazioni adesive tra le HSCs e i componenti della matrice del BM. Una HSC esprime una serie di molecole di adesione cellulare (CAM) tra cui CXCR4 (chemokine receptor-4), VLA-4 (very late antigen-4), mentre lo stroma del BM esprime i ligandi associati quali SDF-1 (stromal cellderived factor-1), VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule-1). La mobilitazione delle HSCs deriva da modifiche funzionali nel profilo di adesione delle HSCs in con i componenti della matrice del midollo osseo.

11 G-CSF induce il rilascio di una serie di proteasi, tra cui NE (neutrophil elastase), che vanno a tagliare diverse interazioni tra le molecole di adesione, come ad esempio tra CXCR4 e SDF-1. Il trattamento con G-CSF inibisce, a livello dell mrna, l espressione di SDF-1. Riducendone la quantità si aumenta la quota di HSCs non legate tramite il recettore CXCR4.

12 L asse CXCR4/SDF-1 gioca un ruolo importante nella mobilitazione delle HSCs. L interazione tra SDF-1 (stromal cell derived factor-1), una citochina prodotta nel BM, e il suo recettore CXCR4, genera dei segnali che regolano il traffico di HSCs nel midollo osseo. Aumentando i livelli di SDF-1 nel sangue periferico, con un iniezione di CXCL12, si ha un aumento della concentrazione di HSCs nel sangue con conseguente riduzione nel midollo osseo

13 Filgrastim: La somministrazione di una singola dose di mg/kg determina una significativa mobilizzazione delle cellule CD34 + in donatori sani che si verifica circa dopo 4-5 giorni. L analogo Pegfilgrastim è stato approvato dalla FDA per evitare la prolungata neutropenia causata dalla chemioterapia. Sono ancora in corso studi per verificare la validità di questo farmaco.

14 AMD3100: Può mobilitare HSCS nel sangue. È una molecola biciclica ed è un antagonista del CXCR4. È in grado di inibire il legame tra SDF-1 e CXCR4 permettendo alla HSC di non restare legata nella matrice del midollo osseo e di venire liberata. Può essere usato in modo sinergico con il fattore G-CSF.

15 Per sfruttare il potenziale delle cellule staminali ematopoietiche sarà, importante, trovare dei modi per espandere il numero di HSCs umane trapiantabili in vitro o in vivo, migliorando la raccolta per i pazienti sottoposti a trapianto autologo e allogenico. Progressi nelle tecniche di terapia genica e nella comprensione della plasticità delle cellulare potrebbero rendere le HSCs uno degli strumenti più potenti per la sanità.

16 NIH: National Cancer Institute Marshak, D.R., Gottlieb, D., Kiger, A.A., Fuller, M.T., Kunath, T., Hogan, B., Gardner, R.L., Smith, A., Klar, A.J.S., Henrique, D., D'Urso, G., Datta, S., Holliday, R., Astle, C.M., Chen, J., Harrison, D.E., Xie, T., Spradling, A., Andrews, P.W., Przyborski, S.A., Thomson, J.A., Kunath, T., Strumpf, D., Rossant, J., Tanaka, S., Orkin, S.H., Melchers, F., Rolink, A., Keller, G., Pittenger, M.F., Marshak, D.R., Flake, A.W., Panicker, M.M., Rao, M., Watt, F.M., Grompe, M., Finegold, M.J., Kritzik, M.R., Sarvetnick, N., and Winton, D.J. (2001). Stem cell biology, Marshak, D.R., Gardner, R.L., and Gottlieb, D. eds. (Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press). Spangrude, G.J., Heimfeld, S., and Weissman, I.L. (1988). Purification and characterization of mouse hematopoietic stem cells. Science. 241, Baum, C.M., Weissman, I.L., Tsukamoto, A.S., Buckle, A.M., and Peault, B. (1992). Isolation of a candidate human hematopoietic stem-cell population. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89,

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