1

KOMÓRKI

MACIERZYSTE

Cechy komórek macierzystych:

• zdolno

do samoodnowy

(wielokrotnych podziałów

bez ró nicowania i „starzenia si ”)

• zdolno

do podziałów asymetrycznych

(jedna komórka potomna pozostaje

komórk macierzyst , a druga

rozpoczyna proces ró nicowania)

• zdolno

do generowania w pełni zró nicowanych, wyspecjalizowanych

komórek organizmu

komórka

macierzysta

naskórka*

komórka

macierzysta

hemopoezy

komórki

w zła

zarodkowego

zygota

Przykłady

komórki

jednego typu

monopotentne

komórki z

jednego listka

zarodkowego

multipotentne

komórki ze

wszystkich

listków

zarodkowych

(z wyj tkiem

ło yska)

pluripotentne

wszystkie

komórki

organizmu

totipotentne

Mog si

ró nicowa w:

Komórki

macierzyste

Komórki macierzyste mog si charakteryzowa ró nym

„poziomem macierzysto ci”, czyli ró nym potencjałem ró nicowania

Potencjał ró nicowania komórek macierzystych

Dwie główne odmiany komórek macierzystych:

• zarodkowe (embrionalne)

• somatyczne („dorosłe”)

łatwiejsza kontrola ró nicowania

trudniejsza kontrola ró nicowania

brak immunogenno ci*
*(przy przeszczepie autologicznym)

immunogenne*
*(nie dotyczy klonowania terapeut.)

ograniczony czas hodowli

w hodowli „nie miertelne”

trudne do uzyskania* i hodowli

*(wyj tki: szpik i krew p powinowa)

łatwe do uzyskania i hodowli

multipotentne, niekiedy

pluripotentne (?)

pluripotentne

rezyduj ce w tkankach dojrzałego

organizmu, równie uzyskiwane z

krwi p powinowej lub ło yska

uzyskiwane z w zła zarodkowego

blastocysty

Somatyczne

Embrionalne

Metody badania komórek macierzystych

(1) Hodowla (ró nicowanie

in vitro)

• ró nicowanie spontaniczne (tworzenie

kolonii)

• modyfikacja składu płynu hodowlanego

(po ywki): obecno

w niej odpowiednich

czynników (np. czynników wzrostowych)

powoduje ró nicowanie komórek

macierzystych w okre lonym kierunku

(2) Transplantacja (ró nicowanie

in vivo)

• ró nicowanie w naturalnym otoczeniu

tkankowym

• identyfikacja KM i ich komórek potomnych

(markery)

(3) Implantacja do w zła zarodkowego

• kontrola pluripotencji

• tylko w do wiadczeniach na zwierz tach

Markery komórek macierzystych

Embrionalne KM

Oct 3/4 – czynnik transkrypcyjny

SSEA1-3 – antygeny powierzchniowe

TRA1-60, 1-81 – antygeny powierzchniowe

Somatyczne KM

ABCG2 – transporter błonowy

CD133 – antygen powierzchniowy

(KM hemopoezy, neuralne KM,

mezenchymatyczne KM)

CD34 – antygen powierzchniowy

(KM hemopoezy)

STRO-1 – antygen powierzchniowy

(mezenchymatyczne KM)

Nestyna – białko filamentów po rednich

(neuralne KM)

Hodowane komórki macierzyste mo na

wtórnie znakowa białkami fluoryzuj cymi

2

Leczenie komórkami macierzystymi

Dzi :

• białaczki

• chłoniaki

Jutro:

• niewydolno

mi nia sercowego

• cukrzyca (I typu)

• choroba Alzheimera

• choroba Parkinsona

• stwardnienie rozsiane

• uszkodzenia rdzenia kr gowego

• ogniskowe uszkodzenia mózgu (wylew, zawał)

• pierwotne niedobory immunologiczne

• choroby autoimmunizacyjne (tocze , reumatoidalne zapalenie stawów)

• i wiele innych chorób, zwłaszcza o podło u genetycznym

(zastosowanie genetycznie zmodyfikowanych komórek macierzystych)

Medycyna regeneracyjna i rekonstrukcyjna

a

komórki w zła zarodkowego

pobranie do hodowli

(zniszczenie zarodka)

namna anie,

pasa owanie,

ew. zamra anie

(magazynowanie)

hodowla w obecno ci

ró nych czynników

indukuj cych ró nicowanie

Embrionalne

komórki macierzyste

ródło:

„nadliczbowe” zarodki

uzyskane w procesie

zapłodnienia

in vitro

przeciwwskazania

etyczne

Cechy embrionalnych komórek macierzystych

Morfologiczne:

• du e jasne j dro

• pojedyncze du e j derko

• mało cytoplazmy

• bardzo niewiele organelli

• mitochondria w pobli u j dra

Biochemiczne:

• wysoka aktywno

fosfatazy zasadowej

• wysoka aktywno

telomerazy

Aktywacja

Represja

Interakcja

Komórka macierzysta

Endoderma pozazarodkowa
Trofoektoderma

Geny „macierzysto ci” (pluripotencji)

embrionalnych KM

Utrzymuj zdolno

do samoodnowy

i pluripotencj komórki macierzystej,

ich ekspresja zanika lub obni a si

w trakcie ró nicowania

OCT3/4

SOX2

NANOG

REX1

HESX1

DNMT3B

LIN28

NPM1

KLF4

OC90

Koduj czynniki transkrypcyjne

Embrionalne komórki macierzyste

hodowane bez czynników hamuj cych

lub pobudzaj cych ró nicowanie

spontanicznie tworz kuliste agregaty

- ciałka embrionalne (kule zarodkowe).

Komórki w obr bie ciałek ró nicuj si

m.in. w komórki chrz stne, mi niowe,

nerwowe, „na laduj c”rozwój zarodka.

Embrionalne komórki macierzyste

wszczepione do organizmu (zwierz t

z zahamowanym ukł. immunologicznym)

tworz guzy nowotworowe, tzw.

potworniaki (teratoma), zawieraj ce

ró ne tkanki.

komórka somatyczna

wszczepienie j dra

komórki somatycznej

oocyt

usuni cie j dra

komórkowego

wyhodowanie

zarodka in vitro

i wszczepienie

do macicy

KLONOWANIE

REPRODUKCYJNE

Dolly

wyhodowanie

zarodka in vitro,

pobranie komórek

macierzystych

i ich hodowla

KLONOWANIE

TERAPEUTYCZNE

Jak stworzy „własne” komórki macierzyste, czyli

transfer j dra komórki somatycznej (SCNT)

3

pacjent

pobranie

komórki

oocyt pozbawiony

j dra

transfer j dra

hodowla (i ew. ró nicowanie)

komórek macierzystych

komórki B komórki kardiomiocyty

neurony hepatocyty

krwi

transplantacja komórek

zgodnych immunologicznie

Transfer j dra komórki

somatycznej umo liwia

uzyskanie komórek

macierzystych zgodnych

immunologicznie z biorc

Problem: KM uzyskane

w ten sposób s „starsze”,

maj ni szy potencjał

podziałowy i wi cej

uszkodze DNA

przeciwwskazania

etyczne

Somatyczne komórki macierzyste

• znajduj si we wszystkich narz dach

zdolnych do odnowy i regeneracji

• rzadko si dziel

• maj mniejszy potencjał ró nicowania

ni embrionalne KM

Proliferacja somatycznych KM

kom. macierzysta

(rzadkie podziały)

namna aj ce si

kom. progenitorowe

(cz ste podziały)

kom. zró nicowane

brak przeciwwskaza

etycznych

naczynia

(czynniki humoralne)

komórki

zró nicowane

zako czenia

nerwowe

substancja

mi dzykomórkowa

struktura

otoczenia

Somatyczne kom. macierzyste rezyduj w specyficznych dla nich

rejonach (mikro rodowiskach), w tzw. niszach

Nisza odpowiada za

sygnalizacj reguluj c

aktywno

komórek

macierzystych

Elementy składowe niszy:

• komórki zró nicowane

(sygnalizacja parakrynna

i kontaktowa)

• naczynia krwiono ne

(sygnalizacja endokrynna)

• zako czenia nerwowe

(sygnalizacja neuralna)

• substancja mi dzykomórkowa

(sygnalizacja kontaktowa)

Somatyczne KM wykorzystuj niektóre szlaki sygnalizacji charakterystyczne

dla rozwoju zarodkowego (Wnt, Notch, Sonic hedgehog) i dla ró nicowania

dojrzałych tkanek (BMP – białka morfogenetyczne ko ci, FGF, EGF, TGF / )

?

?

?

Plastyczno

somatycznych

komórek macierzystych:

fakt czy złudzenie?

Plastyczno : zdolno

somatycznej

komórki macierzystej do ró nicowania

w komórki innych tkanek,

ni tkanka, w której rezyduje.

Cz

uczonych uwa a,

e obserwowana plastyczno

nie jest rzeczywistym zjawiskiem

i wynika:

• z niejednorodno ci KM izolowanych

z tkanki (mog tam by KM

dla ró nych linii komórkowych)

• z fuzji KM z komórkami

zró nicowanymi

• nie udowodniono, e uzyskiwane

w hodowli niektóre zró nicowane

komórki wskazuj ce na plastyczno

s w pełni funkcjonalne

Komórki macierzyste szpiku krwiotwórczego

(mo na je uzyskiwa przez punkcj szpiku lub z krwi obwodowej)

• komórki macierzyste hemopoezy

• mezenchymatyczne komórki macierzyste (wchodz w skład zr bu)

komórki

progenitorowe

ródbłonka

ko

osteoklast

Nisza szpikowych

komórek macierzystych

• tkanka kostna

• włókna srebrochłonne

• substancja podstawowa

• osteoblasty/komórki

ródko cia

• osteoklasty

• komórki progenitorowe

i zró nicowane

• komórki zr bu

• adipocyty

• naczynia zatokowe

Wielokierunkowa sygnalizacja

utrzymuje komórki macierzyste

w stanie spoczynkowym lub uruchamia

ich namna anie i ró nicowanie

Niewielka cz

komórek macierzystych

opuszcza nisz i kr y w krwi obwodowej

BMP

4

Komórki macierzyste hemopoezy

s od ponad 20 lat wykorzystywane

w leczeniu białaczek i chłoniaków

„przeszczep szpiku”:

• allogeniczny

• autoglogiczny

Mezenchymatyczne komórki macierzyste

Mo na je uzyska z wielu ródeł:

• szpik kostny

• krew obwodowa

• tkanka tłuszczowa (liposukcja)

• skóra

• sznur p powinowy

• ło ysko

• owodnia

Niska immunogenno , własno ci immunosupresyjne (zmniejszona ekspresja

MHC, hamowanie proliferacji limfocytów B i T oraz produkcji czynników

prozapalnych).

Podane wraz z hemopoetycznymi KM, zmniejszaj cz sto

wyst powania

i nasilenie reakcji immunologicznej „przeszczep przeciw biorcy”

Mezenchymatyczne komórki macierzyste

ró nicuj si w:

• chondrocyty

• osteoblasty

• adipocyty

• komórki ródbłonka

• komórki mi nia sercowego

• włókna m. szkieletowe

• hepatocyty (?)

• komórki beta (?)

• neurony (?)

• komórki neurogleju (?)

W zale no ci od ródła, MKM ró ni si

własno ciami i potencjałem ró nicowania

W badaniach przedklinicznych,

mezenchymatyczne KM:

• przyspieszały gojenie uszkodze ko ci

• poprawiały tworzenie i wzrost ko ci u pacjentów

z osteogenesis imperfecta

• naprawiały (cz ciowo) uszkodzenia chrz stki

stawowej w chorobie zwyrodnieniowej

• poprawiały (umiarkowanie) unaczynienie

i wydolno

mi nia sercowego

u pacjentów po zawale serca

• poprawiały ukrwienie ko czyn dolnych

i zmniejszały dolegliwo ci u pacjentów

z mia d ycowym niedokrwieniem ko czyn dolnych

Własne mezenchymatyczne KM pacjentów zostały pomy lnie u yte

w medycynie rekonstrukcyjnej:

• „wyprodukowały” (na specjalnym rusztowaniu) ko

szcz kow , któr

z powodzeniem wszczepiono pacjentowi po usuni ciu nowotworu szcz ki;

• skolonizowały tchawic nie yj cego dawcy (uprzednio pozbawion komórek);

tchawic wszczepiono pacjentowi w miejsce głównego oskrzela zniszczonego

przez proces martwiczy

• hodowane na biodegradowalnym rusztowaniu, wytworzyły struktury

o budowie płatków zastawek serca

Komórki progenitorowe

ródbłonka

• powstaj w szpiku kostnym

(z mezenchymatycznych KM)

• kr

w krwi

• osadzaj si w miejscach uszkodze

ródbłonka lub w rejonach niedokrwienia

• naprawiaj uszkodzony ródbłonek

lub tworz nowe kapilary

• ich liczba w krwi kr

cej jest ujemnie

skorelowana z:

- wiekiem

- czynnikami ryzyka chorób

układu sercowo-naczyniowego

- nasileniem mia d ycy

• w badaniach przedklinicznych

po transplantacji tych komórek

uzyskano obiecuj ce wyniki

w leczeniu zawału serca,

zawału mózgu i chorób naczy

obwodowych

czynniki

uszkadzaj ce

naprawa

angio-

geneza

ischemia

Komórki macierzyste obecne w krwi p powinowej:

• KM hemopoezy

• mezenchymatyczne KM

• kom. progenitorowe ródbłonka

• pluripotentne KM (?)

Cechy:

• wy szy (do 8 x) potencjał proliferacyjny, ni KM szpiku

• markery „macierzysto ci”: Oct3/4, Sox2, Rex1

• ni sza immunogenno

Pluripotentne KM ró nicuj si w:

• hepatocyty, komórki B, pneumocyty II typu

• adipocyty, chondrocyty, osteoblasty, kom. mi niowe gładkie, rodbłonek

• neurony, astrocyty, oligodendrocyty

5

W do wiadczeniach na zwierz tach, ludzkie KM

krwi p powinowej:

• indukuj angiogenez i wspomagaj regeneracj

tkanki nerwowej po jej uszkodzeniu

• podane do uszkodzonego (zawał) mi nia

sercowego, przekształcaj si w kardiomiocyty,

zmniejszaj uszkodzony obszar i poprawiaj

wydolno

mi nia

W badaniach przedklinicznych

KM krwi p powinowej:

• odtwarzały wszystkie linie hemopoetyczne

w szpiku po mieloablacji

• poprawiały stan chorych z niedoborami

immunologicznymi

• przedłu ały czas prze ycia dzieci

z neurodegeneracyjn chorob Krabbego

• poprawiały kr enie obwodowe u pacjentów

z chorob Bürgera

Banki krwi p powinowej: „polisa na zdrowie”

czy kosztowne ubezpieczenie bez pokrycia?

Ło ysko

Komórki macierzyste owodni

(uzyskiwane z owodni lub

z płynu owodniowego)

Owodnia:

• nabłonek

• blaszka podstawna

• beznaczyniowa mezenchyma

Komórki macierzyste:

• owodniowe nabłonkowe KM

• owodniowe mezenchymatyczne KM

Charakterystyka owodniowych KM:

• ekspresja Oct3/4 i Nanog

• słaba immunogenno

• wydzielaj czynniki hamuj ce procesy zapalne

i reakcje immunologiczne

nabłonkowe

mezenchymatyczne

W hodowli mog si

ró nicowa :

owodniowe nabłonkowe KM:

• hepatocyty

• komórki beta

owodniowe mezenchymatyczne KM:

• kom. mi nia sercowego

• chondrocyty

owodniowe KM

Perycyty – komórki macierzyste

zlokalizowane w naczyniach?

• maj bardzo podobny charakter

do mezenchymatycznych KM

• w hodowli ró nicuj si w komórki pochodzenia

mezenchymatycznego (chondrocyty, osteoblasty,

adipocyty, komórki mi niowe gładkie)

• spontanicznie tworz miotuby

• po transplantacji do mi ni (u zwierz t) ró nicuj si

w funkcjonalne włókna mi niowe szkieletowe

• perycyty naczy o rodkowego układu nerwowego

w hodowli ró nicuj si w komórki nerwowe i glejowe

(?)

Komórki macierzyste mi ni szkieletowych

(1) Komórki satelitarne

Monopotentne (?)

Regeneracja mi nia

Nisza:

• kontakt z błon komórkow

włókna mi niowego

• blaszka podstawna

• naczynie włosowate

• płytka motoryczna (?)

(2) Multipotentne mi niowopochodne komórki macierzyste

(mezenchymatyczne KM? perycyty?)

• izolowane z mi ni szkieletowych

• lokalizacja i nisza nieznane ( ciany naczy ?)

• w hodowli ró nicuj si w miotuby, w komórki mi nia sercowego

i w osteoblasty

• po transplantacji do tkanek (zwierz ta do wiadczalne) ró nicuj si

w włókna mi niowe, komórki mi nia sercowego, komórki linii

hemopoetycznych i komórki ródbłonka

W badaniach na zwierz cych modelach chorób:

• regenerowały mi nie i poprawiały

ich wydolno

w chorobie Duchenne’a

• wbudowywały si w uszkodzony

mi sie sercowy

• przyspieszały gojenie uszkodze ko ci

Hodowane na rusztowaniu (w rurce)

z poliuretanu wytwarzały „prototyp”

naczynia, które po wszczepieniu do

aorty szczura przekształcało si

w t tnic o normalnej budowie

6

Pierwsze badania kliniczne dotycz ce

leczenia komórkami macierzystymi

pacjentów po zawale serca

Wstrzykiwanie komórek macierzystych (mi niowo-

pochodnych KM lub KM szpiku) do obszaru blizny

pozawałowej lub do naczy wie cowych

Problem: tylko ok. 1-4% podanych KM

„przyjmuje si ” w mi niu sercowym

Mi niowowpochodne KM:

- 3 badania (30 pacjentów): nieco lepsze parametry

wydolno ci m. sercowego w porównaniu z grup

kontroln

- 1 badanie (40 pacjentów): brak ró nic w wydolno ci

m. sercowego w porównaniu z grup kontroln

Szpikowe KM:

- 6 bada (210 pacjentów): nieco lepsze parametry

wydolno ci m. sercowego w porównaniu z grup

kontroln

- 1 badanie (50 pacjentów): brak ró nic w wydolno ci

m. sercowego w porównaniu z grup kontroln

zawał

blizna ł cznotkankowa

Neuralne komórki macierzyste

Lokalizacja:

• strefa przykomorowa

• warstwa podziarnista zakr tu z batego

hipokampa

(w tych rejonach zachodzi neurogeneza)

Nowe neurony migruj ze strefy

przykomorowej do opuszki w chowej

Nowe neurony wbudowuj si

w warstw ziarnist zakr tu

W swoich niszach neuralne komórki macierzyste wyst puj w obr bie

powtarzaj cych si „gniazd neurogenezy” wraz z komórkami progenitorowymi

i neuroblastami

komora

k. macierzyste
k. progenitorowe
neuroblasty

Pozostałe składniki niszy:

• komórki ependymy

• kapilary

• substancja mi dzykomórkowa

Neuralne komórki macierzyste

s morfologicznie podobne

do komórek glejowych

(gleju radialnego)

strefa przykomorowa

strefa podziarnista

ependyma

Neuralne komórki macierzyste:

• w hodowli ró nicuj si w neurony,

astrocyty i oligodendrocyty

• po transplantacji (u zwierz t):

- poprawiaj funkcje motoryczne

po uszkodzeniu rdzenia kr gowego

- wbudowuj si do istoty czarnej

w modelu choroby Parkinsona

- poprawiaj pami

w modelu

choroby Alzheimera

- poprawiaj mielinizacj w modelach

chorób demielinizacyjnych

- gromadz si w rejonach uszkodze

i procesów zapalnych, tworz c

„ektopowe nisze”

Problem: na razie wszystkie te lecznicze efekty s nieznaczne, dalekie

od oczekiwa , s problemy z ró nicowaniem NKM, niekiedy generuj one

nowotwory

Neuralne komórki macierzyste

nabłonka w chowego

• trwałe linie komórkowe

(ponad 200 podziałów)

• wysoka aktywno

telomerazy

• w hodowli tworz agregaty (neurosfery)

zło one z komórek o cechach neuronów

i komórek glejowych

• w do wiadczeniu na zwierz tach

po transplantacji do uszkodzonego

rdzenia kr gowego poprawiały

funkcje motoryczne

Komórki macierzyste siatkówki

Nisza: warstwa pigmentowanych

komórek w rejonie przej cia

nabłonka ciałka rz skowego

w siatkówk

Komórki macierzyste:

• ekspresja nestyny

• w hodowli ró nicuj si we wszystkie typy komórek siatkówki (kom.

fotoreceptoryczne, dwubiegunowe, poziome, amakrynowe, kom. Müllera)

• transplantacja in vivo (zwierz ta) prowadzi niekiedy do wytworzenia

kilkuwarstwowego „prototypu” siatkówki z komórkami zawieraj cymi

białka typowe dla fotoreceptorów, ale nie udało si dotychczas uzyska

odtworzenia funkcjonuj cej siatkówki

Inne mo liwo ci regeneracyjne siatkówki:

• po uszkodzeniu siatkówki, kom. Müllera mog si ró nicowa

w kom. fotoreceptoryczne i dwubiegunowe (u zwierz t)

7

komórki

macierzyste

macierz

włosa

Komórki macierzyste naskórka

(korzenia włosa)

• zlokalizowane w zewn trznej pochewce włosa,

w pobli u przyczepu mi nia wyprostnego

• migruj do warstwy podstawnej naskórka

i do macierzy włosa

• ró nicuj si w komórki naskórka i wszystkich

nabłonkowych struktur włosa, a tak e gruczołów

zwi zanych z korzeniami włosów (łojowych,

zapachowych)

• ich lokalizacja jest zwi zana z cyklem włosa

stary włos

(wypada)

nowy włos

Komórki macierzyste endometrium

• nabłonkowe KM

• zr bowe (mezenchymatyczne) KM

Nabłonkowe KM

• w nabłonku blisko dna gruczołów

Zr bowe KM:

• na granicy z myometrium,

• z reguły w kontakcie ze cian naczynia,

• ekspresja Oct3/4

W hodowli:

• nabłonkowe KM ró nicuj si

w komórki nabłonka

powierzchniowego i gruczołów

• zr bowe KM ró nicuj si

w adipocyty, kom. mi niowe

gładkie, chodrocyty i osteoblasty

komórki

macierzyste

Komórki macierzyste oł dka

Nisza (cie

gruczołu oł dkowego):

• fibroblasty podnabłonkowe

• perycyty kapilarów

• komórki Cajala

• komórki okładzinowe

(wszystkie te komórki wydzielaj

czynniki sygnałowe/wzrostowe

i wi

ce je białka/receptory, m.in

FGF, EGF, TGF- , IGF, Hedgehog, Wnt)

Komórki badano in situ, nie udało si

ich izolowa , nic nie wiadomo o ich

potencjale in vitro lub in vivo

kom. powierzchniowe

kom. macierzyste

fibroblasty

kom. luzowe szyjki

kom. okładzinowe

kom. dokrewne

kom. główne

enterocyty

krypta

kom. kubkowe

kom. Panetha

kom. dokrewne

fibroblast

kapilara

neuron

ród cienny

Komórki macierzyste

jelit

• lokalizacja:

ponad dnem krypt

jelitowych

• nisza:

- blaszka podstawna

- fibroblasty otaczaj ce krypt

- naczynia włosowate

- zako czenia nerwowe włókien splotu Meissnera

• ró nicuj si we wszystkie typy komórek

nabłonka jelitowego

Komórki macierzyste

w troby (komórki owalne)

• lokalizacja: w przewodzikach

ółciowych i cholangiolach

• in vivo ró nicuj si

w hepatocyty i komórki

przewodów ółciowych

• ich liczba zwi ksza si

w marsko ci i nowotworach

w troby

Za regeneracj mi szu watrobowego

(np. po resekcji cz ci w troby)

odpowiadaj głównie hepatocyty

(po 3 dniach od resekcji dzieli si

ponad 90% hepatocytów)

P

O

Komórki macierzyste płuc

Oskrzelikowo-p cherzykowe KM

• zlokalizowane na pograniczu oskrzelików

i p cherzyków płucnych

• ró nicuj si w oba typy pneumocytów

i we wszystkie typy komórek nabłonka

oskrzelików

Pneumocyty II typu

• mog si ró nicowa w pneumocyty I typu

Komórki oskrzelikowe (Clary)

• specjalna odmiana (?) tych komórek

kontaktuj ca si z ciałkami neuroepitelialnymi

mo e si ró nicowa w inne

typy komórek nabłonka

oskrzelików

Komórki podstawne

• ró nicuj si we wszystkie

typy komórek nabłonka

dróg oddechowych

8

cz

yn

n

ik

i r

ak

ot

w

ór

cz

e

kom. macierzyste

kom. progenitorowe

kom. zró nicowane

kom. macierzysta

nowotworu

rozwój

nowotworu

Patologia - komórki macierzyste nowotworu

Hipoteza: nie wszystkie komórki nowotworu maj jednakowy potencjał

proliferacyjny – za rozrost nowotworu odpowiadaj przede wszystkim jego

komórki macierzyste, wywodz ce si bezpo rednio z komórki, która jako

pierwsza uległa transformacji nowotworowej

transformacja

nowotworowa

terapia niszcz ca regresja nowotworu

komórki macierzyste i wyleczenie

terapia

konwencjonalna wznowa nowotworu

Zatem terapia przeciwnowotworowa, która nie zniszczy macierzystych

komórek nowotworu, b dzie nieskuteczna

pobranie

fibroblastów skóry

hodowla fibroblastów

wprowadzenie „genów

macierzysto ci”:

Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc

selekcja zmodyfikowanych

genetycznie komórek

hodowla

indukowane pluripotentne

komórki macierzyste

2006-2007: Przełom? (1)

Indukowane kom. macierzyste

Przekształcenie fibroblastów

myszy w pluripotentne komórki

macierzyste przez

reprogramowanie genetyczne

Indukowane komórki macierzyste

zachowuj si jak embrionalne KM:

• w hodowli tworz ciałka embrionalne

• po wszczepieniu tworz

potworniaki zawieraj ce komórki

wywodz ce si ze wszystkich

listków zarodkowych

• w hodowli ró nicuj si w:

- komórki krwi

- komórki mi nia sercowego

- komórki nerwowe

indukowane pluripotentne

komórki macierzyste.

wszczepienie do

blastocysty

zwykła mysz

potomstwo:

mysz

chimera

+

zwykła

mysz

krzy owanie

mysz zbudowana

wył cznie z komórek potomnych indukowanych KM

• wszczepione do blastocysty

myszy doł czaj do w zła

zarodkowego

Blastocysta in vivo rozwija si

prawidłowo, potomstwo to

myszy-chimery (zbudowane

zarówno z komórek zarodka,

jak i z komórek potomnych

indukowanych KM)

W wyniku krzy owania takich

chimer ze zwykłymi myszami

w ród potomstwa s myszy

zbudowane w 100% z komórek

potomnych indukowanych KM

Jest to ostateczny dowód na

w pełni pluripotentny charakter

indukowanych KM

(Takahashi i Yamanaka, Cell, 126:

652, 2006)

mysz z anemi

sierpowat

pobranie fibroblastów

transfer „genów

macierzysto ci”

hodowla

indukowanych KM

korekta wadliwego genu

KM z prawidłowym

genem

ró nicowanie

w KM hemopoezy

ZDROWA MYSZ

Wyleczenie choroby

uwarunkowanej

genetycznie

(u myszy)

przy u yciu

indukowanych KM

Hanna i wsp., Science

318: 1920 (2007)

Przekształcenie fibroblastów

dorosłego człowieka

w pluripotentne komórki

macierzyste

brak

przewciwwskaza

etycznych

(1) Takahashi i wsp., Cell 131: 834

(2007)

(2) Yu i wsp., Science 318: 1917

(2007)

pobranie

fibroblastów skóry

hodowla fibroblastów

wprowadzenie „genów

macierzysto ci”:

(1) Oct3/4, Sox2, Klf4, c-Myc

(2) Oct3/4, Sox2, Lin28, Nanog

selekcja zmodyfikowanych

genetycznie komórek

hodowla

indukowane pluripotentne

komórki macierzyste

9

Adrenoleukodystrofia sprz ona z chromosomem X

(X-ALD) to wyst puj ca u chłopców choroba demielinizacyjna wywołana
brakiem białka ALD kodowanego przez gen ABCD1.

Komórki macierzyste hemopoezy pobrano ze szpiku pacjentów, skorygowano

w nich wadliwy gen ABCD1 i „naprawione” komórki wstrzykni to pacjentom
do ylnie.

Po roku 9 do 14% leukocytów wykazywała obecno

białka ALD.

Po 16 miesi cach od podania komórek proces demielinizacji w o rodkowym

układzie nerwowym pacjentów został zahamowany.

(Cartier et al., Science 326:818, 2009)

Udana terapia przy u yciu ludzkich

genetycznie skorygowanych

komórek macierzystych

pobranie

fibroblastów skóry

hodowla fibroblastów

wprowadzenie „genów

ró nicowania neuralnego”:

Asc11, Brn2, Myt11

selekcja genetycznie

zmodyfikowanych komórek

hodowla

indukowane

komórki nerwowe

2010: Przełom? (2)

Komórki macierzyste

niepotrzebne?

Indukowane komórki nerwowe

Przekształcenie fibroblastów

myszy w sprawne czynno ciowo

neurony poprzez reprogramowanie

genetyczne

Indukowane komórki nerwowe:

• generuj potencjały czynno ciowe

• tworz miedzy sob działaj ce

synapsy

(Vierbuchen et al., Nature 463:

1035, 2010)

pobranie

fibroblastów skóry

hodowla fibroblastów

wprowadzenie „genów

ró nicowania kardiomiocytów”:

Gata4, Mef2c, Tbx5

selekcja genetycznie

zmodyfikowanych komórek

hodowla

indukowane

kardiomiocyty

Komórki macierzyste

niepotrzebne?

Indukowane kardiomiocyty

Przekształcenie fibroblastów

myszy w sprawne czynno ciowo

kardiomiocyty poprzez

reprogramowanie genetyczne

Indukowane kardiomiocyty:

• spontanicznie si kurcz

• po przeszczepieniu do serca

wbudowuj si i podejmuj

czynno

(Ieda et al., Cell 142:375, 2010)

pobranie komórek

zewn trzwydzielniczych

trzustki

hodowla

wprowadzenie „genów

ró nicowania kom. beta”:

Ngn3, Pdx1, Mafa

selekcja genetycznie

zmodyfikowanych komórek

hodowla

indukowane

komórki beta

Komórki macierzyste

niepotrzebne?

Indukowane komórki beta

Przekształcenie komórek

zewn trzwydzielniczych trzustki

w sprawne czynno ciowo

komórki beta poprzez

reprogramowanie genetyczne

Indukowane komórki beta:

• wydzielaj insulin

• po przeszczepieniu podejmuj

czynno

i obni aj poziom

glukozy u myszy z cukrzyc

(Zhou et al., Nature 455:627, 2008)

pobranie fibroblastów

transfer genów

„macierzysto ci”

lub ró nicowania

hodowla

indukowanych komórek

korekta wadliwego genu

komórki z prawidłowym

genem

ró nicowanie

Przyszło ?

ZDROWY

CZŁOWIEK

CHORY PACJENT