Sangue ed Ematopoiesi. Le Cellule del Sangue e la loro Origine

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1 Sangue ed Ematopoiesi Le Cellule del Sangue e la loro Origine

2 Sangue Connettivo specializzato Fluido viscoso, leggermente alcalino (ph 7.4) Circola all interno del distretto vascolare Plasma Porzione liquida Globuli Rossi, Globuli Bianchi e Piastrine Porzione corpuscolata o figurata Peculiarità rispetto agli altri tessuti connettivi: - La matrice extracellulare (liquida) non è prodotta dalle cellule presenti nel sangue - Le cellule del sangue originano in distretti differenti e poi migrano nel sangue

3 Sangue: 8% del peso del corpo % in Volume (5 litri) Plasma (% in peso) Proteine 7% Albumina 58% Globuline 38% Composizione del sangue Plasma 55% Elementi Figurati 45% Acqua 91% Altri soluti 2% Elementi Figurati (x mm 3 ) Piastrine Fibrinogeno 4% Ioni Nutrienti Prodotti di Rifiuto Gas Sostanze regolatrici (ormoni) Globuli Bianchi Neutrofili 60-70% Linfociti 20-25% Globuli Rossi 4,2-6,2 milioni Monociti 3-8% Eosinofili 2-4% Basofili 0.5-1%

4 Sangue Funzioni principali: - trasporto di gas, nutrienti, cataboliti, cellule e ormoni - difesa (sistema immune) - regolare la temperatura - regolare il ph

5 Sangue Scambio del fluido con i tessuti è regolato dall equilibrio tra la pressione sanguigna e la pressione osmotica colloidale L apparato respiratorio e renale mantengono il ph del sangue regolando i livelli di CO 2 e H + /HCO 3 -

6 Plasma 55% del volume del sangue Acqua Elettroliti Proteine plasmatiche

7 Proteine del Plasma Albumina Prodotta dal Fegato, mantiene pressione osmotica colloidale e trasporta metaboliti insolubili Globuline - α e β, prodotte dal Fegato, trasporto ioni metallici, proteine che legano lipidi e vitamine liposolubili, inibitori proteasi - γ, prodotte da plasmacellule, anticorpi della difesa immunitaria Proteine della coagulazione Protrombina e fibrinogeno, prodotte dal Fegato Proteine del complemento C1-C9, prodotte dal Fegato, difesa microorganismi e risposta infiammatoria Lipoproteine plasmatiche Chilomicromi, trigliceridi dall intestino al fegato Lipoproteine a densità molto bassa (VLDL) e Lipoproteine a bassa densità (LDL): trigliceridi e colesterolo dal fegato alle corpo Lipoproteine ad alta densità HDL: dal corpo al fegato

8 Elementi Figurati Eritrociti (Globuli Rossi) 99% delle cellule Trasportano Ossigeno Leucociti (Globuli Bianchi) Proteggono dalle infezioni e insorgenza tumori Granulari Polimorfonucleati Neutrofili, basofili, eosinofili Agranulari Linfociti e Monociti Piastrine Frammenti cellulari, coagulazione

9 Eritrociti (Globuli Rossi)

10 Eritrociti (Globuli Rossi) 4-5 x 10 6 /mm 3 Dimensioni circa 8x2 µm Forma di disco biconcavo Non-nucleati, nucleo perso durante la maturazione Contengono: Emoglobina (10-30% del totale) ATP, lipidi, anidrasi carbonica Trasporto ossigeno dai polmoni ai tessuti ed anidride carbonica dai tessuti ai polmoni

11 Eritrociti

12 Eritrociti Emoglobina Grossa proteina tetramerica, composta da 4 catene che legano il gruppo Eme Trasportatore dei gas respiratori Ossiemoglobina, legata all ossigeno Carboemoglobina, legata alla CO 2 Trasporta anche ossido nitrico (NO), vasodilatatore 4 tipi di catene, α, β, γ, δ Feto: HbF, α 2 γ 2 Adulto: HbA 1, α 2 β 2 96% del totale HbA 2, α 2 δ 2, 2% del totale HbF, restante 2%

13 Membrana cellulare specializzata, resistente e flessibile: 50% proteine, 40% lipidi, 1 0% carboidrati

14 Anemia Minor numero di Eritrociti (minor ossigenazione) Anemia aplastica (patologie del midollo osseo) Anemia Emorragica Anemia Emolitica (Infezione) Anemia perniciosa (basso assorbimento vitamina B12) Anemia da deficienza di ferro Policitemia Maggior numero di Eritrociti (elevata viscosità) Policitemia secondaria (causata dall'altitudine) Policitemia vera (cancro al midollo)

15 Eritrociti Anormali Cambiamenti Osmotici Difetto funzionalità renale Difetti genetici a carico dell'emoglobina Anemia falciforme Talassemia Elissocitosi e Sferocitosi Deficienza di spettrina nella membrana cellulare

16 Rimozione degli Eritrociti Emocateresi eritrocitaria Avviene nella milza o nel fegato Vita media = 120 giorni Attraversa l intero sistema circolatorio almeno volte Sferocita: eritrocita danneggiato (meno flessibile) da rimuovere

17 Leucociti

18 Leucociti Sono le cellule bianche del sangue /mm 3 Non svolgono funzioni nel circolo, ma lo usano per spostarsi. Per giungere a destinazione escono attraverso l endotelio dei vasi Funzione di difesa dell organismo da sostanze estranee (microorganismi), o per rimozione delle cellule morte e dei residui cellulari

19 Leucociti Si possono classificare in: Granulociti, granuli specifici nel citoplasma Neutrofili, Basofili, Eosinofili, Agranulociti, non presentano granuli citoplasmatici Linfociti, Monociti, che differenziano in Macrofagi e Dendritiche

20 Neutrofili Sono i leucociti più comuni (60-70%) Sono cellule ad attività fagocitica (contro patogeni) Aspetto: Diametro 9-13 µm Granuli citoplasmatici Nucleo Multilobato, 3-5 lobi connessi da sottili tratti di cromatina, aumentano con l età Corpo di Barr: Cromosoma X inattivo

21 Granulazione Granuli azzurrofili (primari - grandi): Lisosomi Granuli specifici (secondari - piccoli): Composti ad azione microbicida Granuli terziari: Gelatinasi e catepsine Neutrofili

22 Neutrofili Funzione Cellule molto mobili, le prime ad arrivare sul luogo di un infezione Funzione di difesa contro i patogeni avviene attraverso diversi passaggi: 1) Migrazione 2) Riconoscimento 3) Fagocitosi 4) Digestione

23 Migrazione - I neutrofili, attratti dalle chemochine, aderiscono alle selectine delle cellule endoteliali dei vasi - La presenza di citochine infiammatorie (IL-1, Interferoni e TNF) induce le cellule endoteliali a produrre ICAM-1 che permette un legame forte con le integrine dei neutrofili - Quindi i neutrofili secernono i granuli terziari per degradare la membrana basale e entrare nel connettivo

24 Riconoscimento dei patogeni e Fagocitosi - Giunti nel sito di infezione i neutrofili fagocitano il parassita Riconoscimento dei patogeni tramite Toll-like receptors Riconoscimento dei patogeni tramite anticorpi

25 Digestione di un batterio da parte di un neutrofilo - Infine digeriscono il patogeno utilizzando lisosomi e granuli specifici, e secernono leucotrieni innescando il processo infiammatorio Grossi granuli azzurrofili Lisosomi Piccoli granuli specifici lisozima, lattoferrina,

26 Basofili Sono i leucociti meno comuni, meno del 1% dei globuli bianchi Aspetto: 8-10 µm di Ø Nucleo ad S, spesso mascherato dalla presenza di numerosi granuli citoplasmatici

27 Basofili Granulazione Granuli specifici: Eparina, istamina, perossidasi, fattore chemiotattico eosinofilo e neutrofilo. Basofili per la presenza di molti GAG. Granuli azzurrofili: Lisosomi

28 Funzione: Basofili Iniziatori della risposta infiammatoria (Reazioni di ipersensitività immediata - shock anafilattico, allergie) Hanno recettori di membrana per le IgE. Legame antigene alle IgE induce rilascio dai Granuli Specifici Eparina previene la coagulazione del sangue nel sito di infezione Istamina provoca vasodilatazione, contrazione muscoli lisci dell apparato respiratorio Leucotrieni, effetto simile ad istamina ma più lento e duraturo. Attirano linfociti e neutrofili. Interleuchina 4 stimola produzione di IgE da parte di cellule B (feedback positivo)

29 Eosinofili 2-4% di tutti i globuli bianchi Aspetto: Dimensione, µm Ø Nucleo bilobato a forma di occhiale

30 Granulazione: Granuli specifici Parte interna, più elettrondensa: Proteina basica maggiore, proteina cationica eosinofila e neurotossina Parte esterna, meno elettrondensa Fosfolipasi, Fosfatasi acida, ribonucleasi, catepsine, perossidasi Granuli azzurrofili lisosomi Eosinofili

31 Funzione: Eosinofili Cellule secretorie (anche fagocitiche) Presenti nelle mucose (respiratorie, gastroenterico, riproduttivo) e nella cute Rilascio della proteina basica maggiore e proteina cationica eosinofila, causa buchi nella parete e morte del parassita. Allo stesso tempo svolgono azione anti-infiammatoria tramite la fagocitosi di complessi antigene-anticorpo e il rilascio di sostanze inibitorie dell infiammazione. Richiamati nel sito di infezione da leucotrieni, istamina e fattore chemiotattico eosinofilo rilasciate da neutrofili e basofili

32 Monociti Le cellule più grandi del sangue 3-8% di tutti i globuli bianchi. Rimangono in circolo solo pochi giorni, poi migrano nel connettivo dove differenziano in Macrofagi o Dendritiche Aspetto: µm di Ø Nucleo grande, eccentrico, forma a ferro di cavallo o fagiolo. Occupa circa 50% della cellula Citoplasma grigio-azzurro con granuli azzurrofili e piccoli vacuoli

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34 Funzione: Monociti Dopo aver lasciato il circolo si trasformano in: 1 ) Macrofagi: Sono fagociti molto efficienti, eliminano cellule morte o danneggiate (es.: eritrociti), antigeni e batteri Secernono citochine che attivano risposta infiammatoria, la proliferazione e la maturazione di cellule dell immunità adattativa 2) Cellule dendritiche - Fagocitano antigeni ed espongono epitopi antigenici alle cellule immunocompetenti (cellule T)

35 Antigen Presenting Cells (APC) Macrofagi Cellule dendritiche Pelle Langerhans Cervello Microglia Polmone Macrofagi alveolari Fegato Kupffer Milza Macrofagi Rene Fagociti Sangue Monociti Linfonodi Macrofagi Precursori nel midollo Articolazioni Cellule sinoviali

36 APC caricano gli antigeni sul MHC Li mangiano Tramite fagocitosi Li digeriscono Enzimi specializzati in vescicole specializzate Li espongono MHC con l'antigene vengono posizionati in membrana Prendono contatto con i linfociti T MHC MHC

37 MHC Complesso maggiore di istocompatibilità (MHC) Proteine di membrana che espongono antigeni estranei Sono codificate dai geni più polimorfici del nostro genoma MHC I Espresso da tutte le cellule somatiche, Presenta antigeni intracellulari Riconosciuto da linfociti T-citotossici MHC II Espresso da Antigen Presenting Cells (APC s) professionali Presentano antigeni endocitati Riconosciuto dai linfociti T-helper

38 Linfociti 20-25% di tutti i globuli bianchi Aspetto: Nucleo eccentrico, denso e che occupa circa il 90% della cellula Citoplasma scarso, con pochi granuli azzurrofili 8-12 µm di Ø Diversi tipi che non si distinguono morfologicamente ma solo tramite marcatori molecolari Linfociti B (1 5%) Linfociti T (80%) Natural Killer (NK, 5%)

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40 Funzione dei Linfociti Riconoscimento specifico di antigeni estranei (risposta adattativa) Riconosciuto l antigene migrano nei linfonodi e nella milza, dove formano cloni di cellule identiche con due caratteristiche Cellule effettrici, linfociti immunocompetenti tornano in circolo Cellule con memoria, non partecipano alla risposta immunitaria, ma rimangono pronte a rispondere se si ripresenta quell antigene

41 Linfociti B: Risposta immunitaria umorale (tramite anticorpi) Differenziano e diventano competenti nel midollo osseo Differenziano in Plasmacellule per produrre anticorpi Linfociti T: Risposta immunitaria mediata da cellule (tramite TCR) Si formano nel midollo osseo e maturano nel Timo T Citotossici: uccisione cellule estranee o infette T Helper: stimolano T citotossici e linfociti B T Regolatorie: soppressione della risposta immunitaria Natural Killer Sono in grado di uccidere le cellule estranee o cancerogene. Pur simili alle cellule T non hanno il TCR

42 Linfociti B: Riconoscimento tramite Anticorpi Prodotti dalle plasmacellulle Presentano due catene pesante e due catene leggere La regione variabile (formata da ambedue le catene) riconosce l antigene mentre la regione la costante della catena pesante interagisce con i recettori espressi dalle cellule fagocitiche Diverse classi di Anticorpi: Originano da differenze nella Regione Costante (IgD, IgM, IgG, IgA, IgE)

43 Come possiamo produrre anticorpi contro ogni possibile antigene?

44 Linfociti T: Riconoscimento tramite TCR T citotossico riconosce complesso peptide virale-mhc I ed uccide la cellula infettata TCR: Recettore delle cellule T T helper (Th1) riconosce complesso peptide batterico-mhc II ed attiva il macrofago T helper (Th2) riconosce complesso peptide antigenico-mhc II ed attiva il linfocita B

45 Immunità adattativa

46 Piastrine /mm µm di Ø, forma discoidale, Presentano molti organelli ma prive di nucleo Residui cellulari derivanti dalla frammentazione del citoplasma dei megacariociti nel midollo Fondamentali per la coagulazione

47 Piastrine Ricco glicocalice Regione periferica chiara detta Ialomero Regione centrale detta Granulomero Sistema tubulare denso e Sistema tubulare aperto

48 Piastrine Granuli Granuli alfa Fibrinogeno, PDGF, Tromboplastina, trombospondina (Aggregazione e coagulazione) Granuli delta Calcio, ADP, ATP, serotonina (Aggregazione e vasocostrizione) Granuli lambda Enzimi idrolitici, dissoluzione del coagulo

49 Coagulazione Formazione di un coagulo sanguigno, un ammasso gelatinoso costituito da un reticolo di fibrina che intrappola le piastrine per occludere il sito di rottura del vaso Emostasi primaria: Aggregato di piastrine Emostasi Secondaria: Rete di fibrina stabilizza l aggregato di piastrine L attivazione della Fibrina avviene tramite una cascata di attivazione dei fattori della coagulazione: ogni fattore attiva quello successivo, fino ad arrivare all attivazione della trombina e della fibrina

50 Piastrine e Coagulazione L endotelio danneggiato rilascia il Fattore di Von Willebrand e la Tromboplastina Tissutale e cessa la produzione inibitori della coagulazione - EMOSTASI PRIMARIA: In presenza del Fattore di Von Willebrand, le piastrine aderiscono al collagene subendoteliale e le une alle altre, rilasciando il contenuto dei granuli (Tromboplastina Piastrinica, Trombospondina, Serotonina) e inducono vasocostrizione - EMOSTASI SECONDARIA: Le Tromboplastine e il fattore XII (che si attiva a contatto con il collagene esposto) permettono l attivazione dei fattori di coagulazione

51 Rimozione del coagulo: Fibrinolisi Una volta riparato il vaso, le cellule endoteliali rilasciano l attivatore del plasminogeno, che trasformano il plasminogeno in plasmina, una proteasi in grado di degradare la fibrina e lisare il coagulo A questa fase partecipano anche i granuli λ delle piastrine

52 Tessuti Ematopoietici e del sistema immune Tonsille ed Adenoidi Linfonodi Timo Milza Appendice Placche del Peyer Midollo Linfonodi Linfatico

53 Ematopoiesi o emopoiesi Processo responsabile della formazione delle cellule del sangue cellule ematiche al giorno, 4% del peso corporeo Tessuti Ematopoietici Midollo osseo: Dal 5 mese di vita embrionale è responsabile della produzione di tutte le cellule del sangue

54 Midollo osseo Consistenza gelatinosa, altamente vascolarizzato, separato dal tessuto osseo dall endostio Sito di differenziamento delle cellule ematiche a partire da Cellule Staminali Ematopoietiche Pluripotenti Midollo rosso (attivo) o giallo (non attivo, adipociti) Dove: - cavità midollare delle ossa lunghe (femore, omero) - trabecole delle ossa spugnose (sterno, cranio, vertebre, costole, bacino, scapole)

55 Cellule avventiziali (o reticolari) svolgono una funzione di sostegno nel differenziamento e regolano il passaggio nel circolo delle cellule mature Organizzazione: Isole ematopoietiche - Cellule ematiche a diversi stadi di maturazione Vascolarizzazione: - Sinusoidi: Struttura trilaminare formata da endoteliali, membrana basale, cellule avventiziali

56 Midollo Rosso

57 Ematopoiesi Prenatale Divisa in 4 fasi Fase mesoblastica Mesoderma del sacco vitellino, a partire da aggregati di cellule mesenchimali Fase epatica (fegato). Eritrociti nucleati, Compaiono i leucociti - Fase splenica (milza) insieme a quella epatica - Fase mieloide (midollo) insieme allo sviluppo delle ossa Postnatale Avviene nel midollo osseo

58 Ematopoiesi Produzione continua di cellule ematiche da precursori staminali Cellule staminali sono definite quelle cellule indifferenziate in grado di andare incontro a divisione e generare due cellule staminali oppure una staminale e una in grado di differenziare in uno o più tipi cellulari

59 Ematopoiesi Cellule staminali emopoietiche pluripotenti Poco numerose: 0,1% delle cellule del midollo Per mitosi possono generare: 1) Due cellule pluripotenti 2) Una pluripotente e una multipotente: Ci sono due tipi di staminali multipotenti - mieloide (Precursore di granulociti, eritrociti, monociti e piastrine) CFU- GEMM (Colony- Forming Unit- GEMM) - linfoide (Precursore di cellule B e T) CFU- Ly (Colony- Forming Unit- Ly)

60 Ematopoiesi Staminale Pluripotente Multipotente mieloide Multipotente linfoide

61 Ematopoiesi Dalle multipotenti si generano le Cellule progenitrici Cellule unipotenti (a volte bipotenti) Formano una o due linee cellulari Capacità di rigenerarsi (anche se limitata) Dalle progenitrici si generano le Cellule precursori Derivano dalle progenitrici Persa la capacità rigenerarsi Ancora non differenziate ma con caratteristiche morfologiche che ne permettono la loro classificazione Si dividono e differenziano, originando un clone di cellule mature

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63 Ruolo dei fattori solubili nell ematopoiesi La proliferazione e il differenziamento di cellule staminali, progenitrici e precursori è regolato dall azione di fattori solubili (interleuchine)

64 Ematopoiesi Aspetti in comune tra le diverse vie di differenziamento: Riduzione delle dimensioni Addensamento della cromatina Riduzione o scomparsa dei nucleoli Comparsa nel citoplasma delle caratteristiche della cellula matura (Es.: granuli)

65 Eritropoiesi

66 Eritropoiesi Processo tramite il quale vengono prodotti ogni giorno nuovi eritrociti: CFU-GEMM (multipotente) in presenza di GM-CSF e IL-3 è indirizzata verso la linea CFU-E CFU-E (unipotente) in presenza di eritropoietina dà luogo al proeritroblasto, il primo precursore della serie eritrocitaria L eritropoietina viene prodotti dal rene ed aumenta quando si abbassa il numero di eritrociti circolanti o quando vi è ipossia

67 Eritropoiesi

68 Proeritroblasto nucleo eucromatico, citoplasma basofilo Eritroblasto basofilo riduzione volume cromatina addensata, Eritroblasto policromatico Nucleo con cromatina molto addensata, no nucleoli, sintesi emoglobina

69 Eritroblasto ortocromatico nucleo in fase di espulsione, molta emoglobina, citoplasma acidofilo, no mitosi Reticolocita nucleo assente, residuo di reticolo endoplasmatico Eritrocita No organelli, solo emoglobina

70 Granulocitopoiesi

71 Granulocitopoiesi - Staminale multipotente comune origina ogni tipo di progenitore granulocitico Progenitori: - CFU- Eo e CFU- Ba Staminali unipotenti per basofili ed eosinofili - CFU- GM bipotente, origina la serie neutrofila (CFU- G) e monocitaria (CFU- M)

72 Differenziamento Neutrofili Basofili e Eosinofili seguono evoluzioni simili Mieloblasto precursore di tutte e 3 le serie (indistinguibili tra loro) nucleo con eucromatina. Poco citoplasma con numerosi mitocondri e ribosomi Metamielocita Mieloblasto Promielocita nucleo eccentrico con eterocromatina. Granulazioni primarie citoplasmatiche (granuli azzurrofili) Promielocita

73 Mielocita Citoplasma con granuli specifici ed azzurrofili Matamielocita nucleo a forma di fagiolo no mitosi, no nucleoli Mielocita Promielocita Neutrofilo giovane Nucleo a ferro di cavallo, molta eterocromatina Metamielocita Neutrofilo giovane

74 Monocitopoiesi

75 Nel giro di un paio di giorni entrano nel connettivo e differenziano in Macrofagi o in Dendritiche Monoblasti, morfologicamente indistinguibili dai mieloblasti Promonociti Cellule grandi, nucleo eccentrico indentato, eucromatina. Citoplasma basofilo con numerosi granuli azzurrofili Monociti entrano nel circolo Monocitopoiesi

76 Formazione delle piastrine

77 Formazione delle piastrine Megacarioblasto Nucleo unico ovale o reniforme Promegacariocita Endomitosi, nuclei polipliodi, fino 64n Citoplasma basofilo: Granuli azzurrofili Stimolato a proliferare e differenziarsi dalla trombopoietina

78 Megacariocita µm Nucleo unico plurilobato Disposti vicino ai sinusoidi inviano al loro interno dei prolungamenti citoplasmatici Si frammentano in seguito ad invaginazioni del plasmalemma (canali di demarcazione), e danno origine a gruppi di Propiastrine Propiastrine appena rilasciate si risolvono in singole Piastrine

79 Megacariocita

80 Linfopoiesi -Staminali multipotenti CFU- Ly, si dividono nel midollo osseo e formano: CFU-LyB => linfociti B immunocompetenti Il differenziamento avviene nel midollo osseo (negli uccelli nella borsa di Fabrizio) CFU-LyT => linfociti T immunocompetenti, Il differenziamento avviene nel midollo osseo e poi nel timo In seguito l incontro con l antigene stimolerà la proliferazione negli organi linfoidi (milza e linfonodi)

81 Linfopoiesi