Universitatea Ovidius Constanta Facultatea de Medicina

Universitatea Ovidius Constanta Facultatea de Medicina

Celulele stem mezenchimale in terapii celulare

Cuprins

1. Introducere 3

1.1.Celula stem mezenchimala : generalitati4

1.2.Heterogenitatea culturilor de celule stem mezenchimale.......81. 4

1.1 5

1.2 6

1. Introducere

Celulele stem mezenchimale au fost identificate pentru prima data in gelatina Wharton in anul 2004 de catre Wang si colaboratorii. De atunci au fost publicate numeroase studii conform carora celulele stem mezenchimale sunt considerate instrumente veritabile de inlocuire, reparare, regenerare si intinerire a celulelor si tesuturilor bolnave. Cercetarile in vitro (in laborator) sau pe modele animale au demonstrat deja utilitatea potentiala a transplantului de celule stem mezenchimale.

In acest proiect am urmarit sa expun atat caracteristicile si utilitatea acestor celule stem mezenchimale cat si noutatile, istoria, evolutia cat si impactul unor interventii ce implica aceste celule in terapiile celulare.

Obiectivul acestui studiu de cercetare vizeaz urmtoarele preocupri medicale:

istoria natural a celulelor stem, evoluia i utilitatea acestora

performana unui transplant

impactul unei intervenii (terapeutice, de depistare, de prevenie sau de

educaie).

Celulele stem mezenchimale sunt in prezent evaluate in diferite studii pre-clinice si clinice oferind potential semnificativ pentru terapii celulare in domeniul repararii si regenerarii tisulare.

Celulele stem se utilizeaz in prezent n tratamentul a mai mult de 70 de afeciuni severe, acute sau cronice, proprietatile lor specifice conferindu-le un potential urias in tratarea bolilor. Transplantul de celule stem autolog (pentru aceeasi persoana) este indicat pentru cazurile in care boala nu este de natura genetica (ereditara), iar transplantul alogen (pentru o persoana diferita fata de cea de la care s-a facut prelevarea) este indicat atat pentru bolile mostenite cat si pentru celelalte tipuri de boli.

Primul transplant de celule stem din cordonul ombilical a fost efectuat de echipa condusa de Prof. Eliane Gluckman n 1988 la un copil care suferea de anemie aplastic Fanconi. In prezent exista in lume peste 600.000 de unitati de celule stem din sangele cordonului ombilical stocate, dintre care peste 20.000 au fost eliberate in vederea transplantului pentru tratarea afectiunilor maligne si non-maligne la copii si adulti.

2. Celula stem mezenchimala generalitati Celulele stem sunt celule care au atat capacitatea de autoreplicare (reinoire) cat si capacitatea de diferentiere in alte tipuri celulare; practic sunt celule nespecializate care dau nastere unor celule specializate.

Celulele stem sunt de doua tipuri:

embrionare, sunt celulele recoltate din embrioni pana in stadiul de blastocist si ele au capacitatea de a da nastere tuturor tesuturilor din organism;

adulte, rezida in majoritatea tesuturilor adulte si contribuie la mentinerea

homeostaziei tisulare si la reinoirea celulelor tisulare in caz de leziune; se crede ca

si ele pot da nastere altor tipuri de celule dar oricum capacitatea lor de diferentiere

este mult mai redusa decat a celor embrionare;

in stroma maduvei osoase exista un subset de celule nehematopoietice numite

celulel stem mezenchimale;

aceste celule pot fi recoltate si cultivate in vitro si induse sa se diferentieze terminal in osteoblasti, condrocite, adipocite, tenocite, celule neurale si celule ale stromei hematopoietice;

S-a crezut multa vreme ca aceste celule stem adulte au un potential de diferentiere restrictionat la tipurile de celule din tesutul in care se gasesc. S-a constatat insa ca aceste celule stem adulte pot da nastere si altor tipuri celule, din alte tesuturi. De exemplu, celule stem hematopoietica poate da nastere la celule ovale hepatice (bloodto-liver).

Celula stem neurala, pe langa cele trei tipuri de celule din creierul adult,

poate produce celule stem hematopietice (brain-to-blood). Celulele stem mezenchimale din maduva pot produce celule asemanatoare celulelor neuronale (marrow-to-brain).

celulele stem adulte (cum sunt cele hematopoietice si mezenchimale) au capacitatea de a parasi tesutul lor gazda, pot circula in sange si apoi se pot grefa in tesutul tinta.

Pentru a-si pune in functiune programul de diferentiere este necesar ca aceste

celule sa ajunga intr-un micromediu tisular optim.TIPURILE DE CELULE STEM UMANE

CARACTERISTICILE CELULELOR STEM MEZENCHIMALE (CSM).

cel mai frecvent probele de maduva osoasa se obtin prin punctie sau in cursul

interventiilor chirurgicale;

dupa depunerea celulelor pe placile de cultura, in mediu de cultura suplimentat cu ser fetal bovin se obtine cultura primara de celule stem mezenchimale;

la microscopia optica obisnuita culturile de CSM se prezinta ca o populatie omogena de celule de forma asemanatoare fibroblastilor. Studiile asupra ciclului celular au aratat ca doar o fractiune din CSM prolifereaza activ (~10%), restul sunt blocate la stadiul G0/G1 al ciclului celular. Acest procent mare de celule aflate la stadiul G0/G1 sugereaza competenta si disponibilitatea lor spre diferentiere.

Figura 1. Aspectul culturilor de CSM.Cultura primara este apoi expandata; unele preparate de CSM pot rezista pana la 15

replicari dar altele inceteaza sa prolifereze dupa circa 4 replicari, in functie de

procedura folosita la recoltarea maduvei, frecventa scazuta a CSM in materialul

recoltat si varsta donorului. In ciuda potentialului lor expansiv in vitro, CSM nu isi

pierd kariotipul normal si activitatea telomerazei, totusi cultivarea de lunga durata

interfera cu functionarea normala a celulelor si duce la aparitia semnelor de

senescenta si apoptoza celulara.

Cu ajutorul anticorpilor monoclonali s-a reusit o mai buna caracterizare a fenotipului

CSM si s-a descoperit ca aceste celule n-au un fenotip specific: ele imprumuta

carateristici moleculare ale celulelor mezenchimale, endoteliale, epiteliale si

musculare. CSM nu exprima markeri specifici liniei hematopoietice (CD45, CD34 si

CD14).CSM produce o gama larga de factori de crestere, interleukine si chemokine

hematopoietice si nehematopoietice si desi unii factori sunt exprimati constitutiv alti

factori sunt exprimati doar dupa stimulare. Acesti factori sunt importanti si au rol

inductiv/reglator nu numai pentru CSM cat si pentru celelalte tipuri celulare din

micromediul maduvei osoase, lucru intarit si de constatarea ca CSM secreta un numar

important de molecule din matricea extracelulara, cum sunt fibronectina, laminina,

colagen si proteoglicani si un numar de receptori celulari implicati in interactiunile

celula-matrice si celula-celula. Foarte importanta este expresia puternica a CD44

(receptor pentru liganzi de genul acidului hialuronic si osteopontinului), care joaca un

rol central in organizarea matricei extracelulare din maduva osoasa si os.

Figura 2. Detalii ale micromediul din maduva osoasa in care rezida CSM

3. HETEROGENICITATEA CULTURILOR DE CELULE STEM MEZENCHIMALE- cand se investigheaza culturile de CSM din punct de vedere proliferativ, acestea par a fi neomogene.

studiile au aratat ca in culturile de CSM exista o populatie celulara latenta,

formata din celule mici si agranulare (celule RS-1), cu o capacitate redusa de a

genera colonii de celule; aceste celule au un profil antigenic diferit de majoritatea celulelor proliferative din culturile de CSM. Totusi, aceste celule RS-1 pot fi facute sa prolifereze in anumite conditii si se crede ca reprezinta un rezervor ex-vivo de celule care se reinoiesc (celule stem autentice), neangajate inca spre proliferare sau diferentiere in cultura.

marea majoritate a celulelor dintr-o cultura de CSM sunt celule proliferative, care in functie de conditiile de mediu, manifesta potential de diferentiere spre anumite linii celulare. Circa 30% din aceste celule au un triplu potential de diferentiere: spre calea osteocitara, condrocitara si adipoasa, restul celulelor prezinta un potential de diferentiere spre calea osteocitara si condrocitara sau doar osteocitara. Nu s-au identificat celule cu potential dual de diferentiere spre calea osteocitara/ adipoasa sau condrocitara/adipocitara si nici nu s-au identificat celule cu potential de diferentiere limitat strict la calea condrocitara sau adipocitara. S-au identificat insa celule cu un potential cvadruplu de diferentiere: spre calea osteocitara, condrocitara, adipocitara si a stromei hematopoietice.

Culturile de celule stem mezenchimale obtinute din maduva osoasa nu sunt omogene ci sunt formate din celule latente si angajate in proliferare, cu diferite potentiale de diferentiere. Pe masura ce aceste celule prolifereaza si se diferentiaza isi pierd capacitatea de autoreinoire (stemicitatea).

4. IERARHIA PROLIFERATIVA A CELULELOR STEM MEZENCHIMALEMaduva osoasa este considerata in vivo ca fiind locul in care rezida celulele stem

mezenchimale neangajate (uncommitted), care prin potentialul lor de autoreinoire si de diferentiere furnizeaza organismului celule mezenchimale nediferentiate si

diferentiate, pe durata intregii existente a acestuia. Conceptul de ierarhie proliferativa a fost dezvoltat pentru a explica existenta unor populatii celulare intr-un tesut si care cuprind atat celule stem, cat si progenitori neangajati (uncommitted) si angajati (committed). Conceptul se bazeaza pe presupunerea ca proliferarea, diferentierea si maturarea celulelor sunt procese independente: celulele stem se divid fara a se matura iar celulele pornite pe care diferentierii se pot matura dar isi pierd capacitatea de diviziune. Totusi, populatia de celule progenitoare angajate (committed) se divid si se si matureaza, prezentand proprietati intermediare intre celulele stem si celulele functionale mature. Asadar, notiunea de stemicitatea celulelor stem nu este o proprietate a unui tip particular de celula ci este spectrul posibilitatilor de diferentiere un tipurilor celulare dintr-o populatie de celule.

In figura de mai jos este prezentata ierarhia proliferativa a celulelor stem

mezechimale din maduva osoasa (ce tipuri celulare pot lua nastere din celulele stem mezenchimale in conditii de stimulare potrivita).

Celula stem

Hematopoietica

Neurala

Epiteliala

Embrionara

Mezenchimala

Maduva osoasa

Creier

Epiderm

Celule germinale primordiale

Maduva osoasa

Masa celulara interna a

blastocistului;

CONSTANA 2014 Page 1