Le promesse della medicina rigenerativa

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1 Le promesse della medicina rigenerativa Antonio Amoroso Università degli Studi di Torino Dipartimento di Genetica Biologia e Biochimica Facoltà di Medicina e Chirurgia Giovedì 10 giugno 2010 Azienda Ospedaliera S. Giovanni Battista di Torino S.C. Immunologia dei Trapianti

2 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

3 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

4 etimologia: in inglese stem = fusto, stelo. in italiano lo stame della vita era il filo a cui era legato il destino degli uomini, che le Parche filavano e tagliavano al momento opportuno. definizione: sono cellule che hanno la capacità di perpetuare se stesse indefinitamente e di differenziarsi in almeno un tipo cellulare maturo. Si distinguono in: unipotenti, multipotenti, totipotenti.

5 Stem Cell Therapy for Tissue Replacement Stem cells are the parent cells of every cell in the body. Under the right conditions, ES cells can be transformed into a variety of cells that make up the bone marrow, brain, muscle, skin, pancreas, and liver

6 Da dove sono recuperabili le cellule staminali?: embrione organismo adulto cordone ombelicale fonti non fisiologiche

7 Da dove sono recuperabili le cellule staminali?: embrione organismo adulto cordone ombelicale fonti non fisiologiche

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11 Generation of embryonic stem cells

12 DIFFERENTIAZIONE DELLE CELLULE STAMINALI

13 Quali problemi?

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17 Da dove sono recuperabili le cellule staminali?: embrione organismo adulto cordone ombelicale fonti non fisiologiche

18 Bone Marrow Stem Cells O ther C ell T ypes?? B o ne C ells M es enc him a l s tem c ells B o ne M a rrow S tem C ells H em o po ietic s tem c ells O ther C ell T ypes?? B lo o d C ells

19 Dove troviamo le SC adulte? midollo osseo sangue periferico epitelio apparato digerente cornea fegato cervello epidermide polpa dentaria pancreas vasi sanguigni muscolo retina scheletrico

20 Da dove sono recuperabili le cellule staminali?: embrione organismo adulto cordone ombelicale fonti non fisiologiche

21 OGAWA M

22 Da dove sono recuperabili le cellule staminali?: embrione organismo adulto cordone ombelicale fonti non fisiologiche

23 Dalle cellule già differenziate possibilità di riprogrammare il loro genoma mediante diverse tecnologie.

24 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

25 sono stati clonati numerosi organismi Dalla pecora Dolly, Cani, gatti, tori, topi

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27 e l uomo? È possibile clonare l uomo? Per quali finalità? E lecito farlo?

28 Therapeutic cloning: Derivation of embryonic stem cells from the patient Solter and Gearhart, Science 1999

29 Diabetico

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36 Quale sviluppo per le cellule staminali embrionali?

37 Le ips Lo sviluppo è dettato da episodi epigenetici: è quindi sulla carta reversibile. Le ips (induced pluripotent stem cells) sono cellule staminali indotte, ovvero cellule somatiche che tramite l introduzione di fattori definiti riacquisiscono le caratteristiche di staminalità embrionale.

38 Storia delle ips Primo articolo sull argomento Cell, Agosto 2006

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47 GENERATION OF ISOGENIC PLURIPOTENT STEM CELLS Fibroblast Mesechyme cell Hepatocyte Gastric epithelial cell Reprogramming* by 4 factor: - Oct4, - Sox2, - Klf4 - cmyc Pluripotent cell types (can give rise to cells of the body) ips cells ES cells Blastocyst stage embryo * Retrovirus, highly risky for tumour induction, are used to deliver genes into the cells and to allow their integration into DNA Bang et al., Science, 2008

48 Science 25 September 2008 Induced pluripotent stem cells generated without viral integration Matthias Stadtfeld, Masaki Nagaya, Jochen Utikal, Gordon Weir, Konrad Hochedlinger Science 9 October 2008 Generation of mouse induced pluripotent stem cells without viral vectors Keisuke Okita, Masato Nakagawa, Hong Hyenjong, Tomoko Ichisaka, Shinya Yamanaka NATURE BIOTECHNOLOGY ADVANCE ONLINE PUBLICATION 17 October 2008 Efficient and rapid generation of induced pluripotent stem cells from human keratinocytes Trond Aasen, Angel Raya, Maria J Barrero, Elena Garreta, Antonella Consiglio, Federico Gonzales, Rita Vassena, Josipa Bilic, Vladimir Pekarik, Gustavo Tiscornia, Michael Edel, Stèphanie Bouè, and Juan Carlos Izpisùa Belmonte

49 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

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52 Target Diseases for Stem Cell Therapy Blood Diseases: HSCs can regenerate all of the different cell types in blood Heart Disease: ES cells can be induced to form cardiac muscle cells that actually beat in culture Brain and Spinal Cord Injury: HSCs can also be transplanted into the brain where they are reprogrammed to generate neurons and glial cells Skin and Hair Replacement: Clinical trials underway for venous ulcers, burn injury, and hair transplants Type 1 Diabetes: Insulin-producing structures similar to pancreatic islets have been generated from mouse ES cells in culture

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54 Clinical Applications When transplanted into an injured tissue (eg. damaged cardiac muscle following heart attack) heart cells derived from ES cells in culture can contribute to tissue regeneration in vivo

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58 Location of neural stem cells within adult periventricular subependymal zone and hippocampus ('brain marrow')

59 Human neurosphere* clones, and cells derived from them, grown in tissue culture from stem/progenitor cells cultivated from adult human brain specimens taken at biopsy and necropsy

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64 Quali sono le regole? La produzione delle cellule

65 Quali sono le regole? La produzione delle cellule Le terapie cellulari come farmaci Cell factory certificate Procedure GMP Normative europee

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67 Quali sono le regole? La produzione delle cellule Il loro utilizzo a scopo di trapianto

68 Quali sono le regole? La produzione delle cellule Il loro utilizzo a scopo di trapianto La sperimentazione

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72 Centri Trapianto di cellule staminali emopoietiche in Regione Piemonte

73 Centro Regionale di Medicina Rigenerativa

74 AZIENDA OSPEDALIERO-UNIVERSITARIA SAN GIOVANNI BATTISTA DI TORINO

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79 LABORATORIO CENTRO TRAPIANTI A RE A L I R LE TE TERI S N NS NO A NO RE A 1 A P A RE M A GMP E AR G 2 3

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84 staminali emopoietiche da donatore consanguineo o da Registro Donatori di Midollo Osseo o da Banca del Cordone Ombelicale, per la cura di malattie oncoematologiche, di alcuni tumori solidi, di alcune malattie del sistema emopoietico ed immunitario staminali mesenchimali, per la prevenzione della malattia del trapianto verso l ospite e la rigenerazione di tessuto osseo e cartilagineo pelle espansa in vitro (cheratinociti e fibroblasti, per la cura delle ustioni e di alcune malattie della cute) cartilaginee, per la riparazione delle articolazioni dopo traumi staminali limbari, per la rigenerazione di lesioni della cornea fibroblasti, per la cura di malattie dermatologiche ed ortopediche cellule del sistema immunitario, per l immunoterapia dei tumori

85 Prelievo di cute per la coltivazione dei cheratinociti E praticamente simile ad una biopsia cutanea. E necessario inviare al laboratorio un piccolo frammento di cute a tutto spessore del paziente (2 cm x 1 cm) prelevato da un area sana, possibilmente nascosta (regione retroauricolare, regione inguinale) I cheratinociti coltivati saranno pronti dopo un tempo medio di circa tre settimane.

86 I cheratinociti coltivati in vitro generano foglietti coesivi di epitelio stratificato che mantiene le caratteristiche dell epidermide Colture di cheratinociti autologhi sono ampiamente utilizzate per il trattamento di estese aree ustionate e per la rigenerazione epidermica LIMITI: infezioni, preparazione del sito di innesto (dermoabrasione, escarectomia o necrectomia, escarotomia) Lamina sollevata Aspetto istologico

87 - fibrina + fibrina

88 TRAPIANTO AUTOLOGO DI CONDROCITI

89 TRAPIANTO AUTOLOGO DI CONDROCITI (B rittberg M. et al. N Engl J Med 1994)

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100 A traditional view of stem cells

101 The New Stem Cells TOTIPOTENT? MULTIPOTENT

102 Plasticity in mammalian somatic stem cells Wei et al, Stem Cells 2000;18:409

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104 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

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114 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

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116 Le offerte di cellule staminali La stampa riporta molte controversie pro e contro la ricerca sulle cellule staminali. Poiché i media hanno un ruolo di rilievo nel formare l opinione sui recenti progressi, il dibattito sulle cellule staminali si basa spesso sulla carenza di un informazione accurata e obiettiva. Anche chi vuole speculare sulle malattie e su disperazione e speranze di chi è colpito utilizza strumentalmente i mass media.

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122 Cell Stem Cell 3, december 4, 2008

123 Indication Neurologic Cardiovascular Diabetes Musculoskeletal Cancer Autoimmune, systemic Blood, non-cancer Gastrointestinal Opthalmic Sex-related Blood, cancer Dermatological HIV/AIDS Infections (non-hiv) Respiratory Allergies Endocrine, non-diabetes Nephrologic Psychiatric Obstetric/gynecologic Urologic None Frequency % Cell Stem Cell 3, december 4, 2008

124 Cell Stem Cell 3, december 4, 2008

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129 Le promesse della medicina rigenerativa Le cellule staminali Le sorgenti alternative di cellule staminali Terapie consolidate con cellule staminali adulte Bioingegneria Le terapie sperimentali con cellule staminali Conclusioni

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133 Migliorare le conoscenza sulle cellule staminali Mettere a disposizione le terapie cellulari consolidate Sviluppare ricerca clinica che fa uso di terapie cellulari Avviare progetti multidisciplinari per integrare competenze diverse

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135 Riunione annuale progetto METREGEN WP5 Culture of Stem cells on selected characterized scaffolds: viability/apoptosis, cell differentiation, DNA double strand breaks by FACS and confocal microscopy analysis Responsabile Antonio AMOROSO inizio: Aprile 2009 fine: Febbraio 2012 Torino, 30 Novembre 2009

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