stem ćelije
TRANSCRIPT
![Page 1: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/1.jpg)
STOMATOLOŠKI FAKULTET UNIVERZITET U BEOGRADU
Matične ćelije
Prof.dr Vesna Danilović
![Page 2: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/2.jpg)
stem ćelije
![Page 3: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/3.jpg)
definicija
Matične ćelije predstavljaju nespecijalizovane ćelije koje imaju neograničenu sposobnost samoobnavljanja sopstvene populacije i mogućnost diferenciranja u veći broj specijalizovanih ćelija.
![Page 4: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/4.jpg)
Najvažnije osobine
1. Neograničena sposobnost samoobnavljanja sopstvene populaciji
2. Mogućnost da se diferenciraju u različite ćelijske tipove (potentnost)
![Page 5: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/5.jpg)
broj deoba fibroblasta čoveka in vitro je ograničen Hayflick-ov limit
Hayflick L. 1965
![Page 6: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/6.jpg)
• Samoobnavljanje: obavezna asimetrična deoba, jedna ćelija ostaje identična majci, a druga se dalje diferencira.
• Stohastička diferencijacija: jedna ćerka ćelija razvija se u pravcu terminalno diferencirane ćelije, a druga se simetrično deli na dve identične stem ćelije
![Page 7: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/7.jpg)
Life Sciences-HHMI Outreach. Copyright 2006 President and Fellows of Harvard College.
differentiatedcell
Self-renewal
Stem Cell
CellStem
Differentiation
![Page 8: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/8.jpg)
Hijerarhija stem ćelija
• Totipotentne– imaju sposobnost diferencijacije u sve ćelijske tipove uključujuči i ekstraembrionalne strukture.
• Pluripotentne – imaju sposobnost diferencijacije u ćelije sva tri klicina lista.
• Multipotentne – imaju sposobnost diferencijacije u različite somatske ćelije.
• Unipotentne – imaju sposobnost diferencijacije u jedan tip ćelije.
![Page 9: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/10.jpg)
Tipovi stem ćelijaEmbrionalne – potiču iz unutrašnje ćelijske mase
blastociste. Fetalne – potiču iz placente ili pupčane vrpceSomatske/adultne – nediferencirane ćelije u
odredjenim delovima “zrelih” tkiva. iPS ćelije – indukovane pluripotentne stem ćelije
generisane postupkom REPROGRAMIRANJA diferenciranih ćelija (npr. kloniranje)
![Page 11: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/11.jpg)
embrionalne stem ćelije embrionalne ćelije karcinoma embrionalne germinativne ćelije
Vrste pluripotentnih stem ćelija
![Page 12: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/12.jpg)
PRVA NEDELJA RAZVIĆAbrazdanje zigota, morula, blastocista, decidualna
reakcija
• 1. dana – 2 blastomere• 2. dana – 4 blastomere• 4. dana – 16/32
blastomere, obavijene zonom pelucidim - morula
![Page 13: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/13.jpg)
5. dana formira se blastocista
• šupljina – blastocela• unutrašnja ćelijska masa
- embrioblast – embrion, amnion, alantois i žumančana kesa
• omotač – trofoblast – deo placente i horion
![Page 14: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/14.jpg)
Embrionalne vs adultne stem ćelijepro et contra
• Totipotentne• Veliki broj• Izazivaju imunu reakciju• Pravne i etičke dileme
• Multi/pluripotentne• Limitiran broj, teška
izolacija• Nema imune reakcije –
autologne ćelije
![Page 15: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/15.jpg)
embrionalne stem ćelije - protiv
• Teško ih je izolovati i kultivisati in vitro• Teško je održati čistu kulturu• Potencijal za tumorogeni rast i destrukciju tkiva
(sličnost sa adultnim stem ćelijama)• Problemi sa funkcionalnom diferencijacijom• Imunološka netolerancija• Skromni rezultati na animalnim modelima• Etički problemi
![Page 16: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/16.jpg)
• Upotreba genetski i epigenetski nestabilnih embrionalnih stem ćelija štetna je po ljudsko zdravlje,
![Page 17: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/17.jpg)
iPS ćelije – indukovane pluripotentne stem ćelije: reprogramiranje
Laboratorijski postupak kojim se funkcionalno zrele ćelije “reprogramiraju” i dobijaju karakteristike embrionalnih stem ćelija (indukovane pluripotentne stem ćelije IPS)
![Page 18: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/18.jpg)
Nobelova nagrada za fiziologiju i medicinu 2012.
![Page 19: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/19.jpg)
“Magic four”
uvodjenjem samo četiri gena: OCT3/4, Sox2, c-Myc, Klf4 postiže se dediferenciranje (Takahashi i Yamanaka, 2006)
![Page 20: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/20.jpg)
Lokalizacija adultnih stem ćelija – uloga “niše”
• Adultne stem ćelije i progemitorne ćelije naseljavaju odredjena područja koja se označavaju kao ćelijske niše
• Niše funkcionišu kao mikrosredina koja reguliše rast i diferencijaciju rezidentnih stem ćelija
• Mutacije ćelija, signali koje primaju i promene u mikrosredini aktiviraju stem ćelije
![Page 21: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/21.jpg)
Uloga “niše”
• Mirovanje• Samoobnavljanje• Diferencijacija• Migracija• Apoptoza
![Page 22: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/22.jpg)
Uloga niše
![Page 23: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/23.jpg)
Homeostaza u niši: ravnoteža izmedju samoobnavljanja i diferencijacije
• Veza izmedju ćelija niše, stem ćelija i komponenti matriksa ostvaruje se preko adhezivnih proteina- kadherina i β katenina
• Niša generiše faktore koji učestvuju u kontroli broja, proliferacija i determinacije stem ćelija.
• Razvojni signalni putevi i molekuli hh, Wnt, BMPs, FGF i Notch imaku ključnu ulogu u ravnoteži izmedju nediferenciranog i diferenciranog stanja.
![Page 24: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/24.jpg)
• U normalnim uslovima niša čuva stem ćelije u “mirujućem” stanju, tako što obezbedjuje antiproliferativne signale.
• Bilo koja mutacija koja dovodi do rezistencije na antiproliferativne signale ili nezavisnost od njihovog delovanja može prouzrokovati nekontrolisanu proliferaciju ćelija i potencijalnu tumorogenezu
![Page 25: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/25.jpg)
• Signali iz niše sprečavaju proliferaciju i diferencijaciju.• Mutacije iz ćelija niše ili stem ćelija dovode do
nekontrolisane proliferacije i moguće tumorogeneze.
![Page 26: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/26.jpg)
• TGF β (transformig growth beta) i BMP (bone morphogenetic proteins) imaju snažan antiproliferativni efekat na ćelije.
• Wnt molekuli promovišu proliferaciju ćelija.• Narušavanje odnosa BMP/wnt je narušavanje
odnosa izmedju antiproliferativnih i proliferativnih signala,
![Page 27: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/27.jpg)
Hemijski faktori niše
• Hormoni (npr parathormon, koji trigeruje BMPs koji ispoljavaju uticaj na diferencijaciju osteoblasta) Yu et al. , 2012.
• Joni (npr. kalcijum, koji utiče na naseljavanje koštane srži hemopoetskim ćelijama) Wang LD et al., 2011.
• ROS molekuli (reactive oxidative specimens), koji u malim koncentracijama promovišu samoobnavljanje progenitornih neuronskih ćelija. Kennedy et al., 2012.
![Page 28: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/28.jpg)
Fizički faktori niše
• 1. oblik ćelije (npr. okrukli oblik favorizuje adipogenezu, dok ljuspast osteogenezu) McBeath et al., 2004.
• 2. elasticitet ECM (npr. elasticitet koštanog tkiva 10-100 Kpa favorizuje osteogenezu, dok elasticitet mozga od nekoliko stotina Kpa favorizuje neurogenezu) Engler AJ, et al., 2006.
• 3, topografska površina ECM (npr. nanotopografske karakteristike skafolda kod koštanih supstituenata favorizuju osteogenezu) Dalby et al., 2007.
![Page 29: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/29.jpg)
Fizički faktori niše
• 1. sile istezanja i kompresije (Terraciano et al., 2007)
• 2. hidrostatski pritisak (Liu et al., 2010)• 3. sila gravitecije (Yuge et al., 2006)• 4. elektromagnetno polje (Tsai et al., 2009)• 5. parcijalni pritisak kiseonika (Serena et al.,
2009)
![Page 30: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/30.jpg)
Osobine adultnih stem ćelija: Dediferencijacija
osobina somatskih MĆ/progenitornih ćelija da se vrate u prethodni, primitivniji stadijum, a zatim da se difereciraju u pravcu druge ćelijske linije
![Page 31: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/31.jpg)
Transdiferencijacija:
sposobnost adultnih MĆ da se direktno, bez nakova dediferencijacije, diferenciraju u pravcu odredjenih ćelijskih linija
![Page 32: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/32.jpg)
plasticitetOsobina MĆ da se transdiferenciraju u različite (brojne) ćelijske tipove pod uticajem transkripcionih regulacionih mehanizama. Heyworth C et al., 2002
![Page 33: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/33.jpg)
1961. godina, tad je počelo…
Ernest Mc Culloh i James Till (1961) – prva funkcionalna klasifikacija MĆ u hemopoetskom sistemu što je postavilo temelj za dalja istraživanja u oblasti MĆ
![Page 34: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/34.jpg)
Matične ćelije hematopoezeNajbolje proučene matične ćelije
Jedine koje se primenjuju u terapijske svrhe
![Page 35: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/35.jpg)
Pogled unazad
• Kleinsmith i Pierce (1964) – otkriće MĆ u teratokarcinomima
• Evans i Kaufman (1981); Martin (1981) – izolovane su MĆ iz mišijih embriona i opisana je tehnika njihove kultivacije in vitro
• Thomson i sar. (1998) – izolovane su i kultivisane MĆ iz humanih blastocista
![Page 36: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/36.jpg)
Pogled unazad
• Rebinhuoff i sar (2000); Cown i sar (2004) – ćelije iz humane blastociste koje se u diferencijacionom medijumu razvijaju u embrioidna telašca
• Korišćenjem ove metode dobijen je veliki broj linija embrionalnih matičnih ćelija koje imaju normalan kariotip, imaju visoku telomeraznu aktivnost, eksprimiraju markere karakteristične za matične ćelije i održavaju potencijal za diferencijaciju in vitro i in vivo.
![Page 37: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/37.jpg)
Membranski markeri embrionalnih ćelija
1. SSEA markeri (stage specigic embryonic antigen). SSEA-3 je najizraženiji kod najprimitivnijih embrionalnih ćelija, dok je SSEA -1 karakterističan za proces diferencijacije
2. TRA (tumor rejection antigen) 3. CD9 – (cluster of diferentiation)4. HLA-1 (human leukocyte antigen)
![Page 38: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/38.jpg)
Vrste adultnih stem ćelija
Hemopoetske stem ćelije: krv i imuni sistemMezenhimalne stem ćelije: koštano tkivo, hrskavice,
masno tkivo, tetive/ligamentiNeuralne stem ćelije: neuroni, glija ćelijeEpitelne stem ćelije: koža, sluznice
![Page 39: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/39.jpg)
Mezenhimne matične ćelije (MMĆ)
• Freidenstain i sar, 1968 – predpostavio postojanje multipotentnih prethodnika nehemopoetskih MĆ
• Owen, 1985 – sistem stromalnih ćelija koje imaju mogićnost samoobnove i diferenciranja u različite ćelije (osteociti, hondrociti, adipociti i glatke mišićne ćelije)
• Caplan, 1991 – prvi upotrebio termin Mezenhimalne matične ćelije
![Page 40: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/40.jpg)
Funkcionalne ososbine MMĆ
• MMĆ ne naseljavaju samo tkiva mezenhimnog porekla, a njihov potencijal za diferencijaciju je daleko širi (neuroni – ektoderm, insulociti - endoderm), tako da naziv ne odražava njihovu pravu prirodu.
• Ima ih u placenti, krvi pupčanika, masnom tkivu, pulpi zuba, potpornom aparatu zuba, koštanoj srži.
• Pokazuju niz sličnosti, ali i značajne razlike (Kern, 2006, Stenderup, 2003.)
![Page 41: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/41.jpg)
Standardi za definisanje humanih MMĆ International Society for Cellular Therapy/
ISCT:
• 1. adherentnost za plastičnu podlogu pri standardnim uslovima kultivisanja
• 2. specifična ekspresija površinskih markera• 3. multipontentni potencijal diferencijacije (tri
mezenhimalne linije: osteoblasti, hondroblasti i adipociti)
![Page 42: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/42.jpg)
Funkcionalne ososbine MMĆ
• Krajem devedesetih godina prošlog veka dokazana je njihova sposobnost diferencijacije u ćelije mezodermalnog, ali i ektodermalnog i endodermalnog porekla (Pittinger i sar. 1999)
![Page 43: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/43.jpg)
Mobilisane MMĆ, pod uticajem faktora sredine ispoljavaju najmanje tri uloge u regeneraciji tkiva:
• 1.uloga tkivno specifične ćelije - npr. miokardiocite, glatke mišićne ćelije i endotelne ćelije (Gojo i sar. 2003; Psaltis i sar. 2008.)
• 2. funkcionalnih ćelija koje stvaraju mikrosredinu, neophodnu za regeneraciju (Aronin i Tuan, 2010)
• 3. regulatorne ćelije koje ispoljavaju trofičku i imunomodulatornu ulogu (Ankrum i Karp, 2010)
![Page 44: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/44.jpg)
MMĆ poseduju antiinflmatorna i imunomodulatorna svojstva
• Nizak stepen ekspresije histokompatibilonog kompleksa (MHC) ima za posledicu izostanak aktivacije limfocita (Le Blanc i Rindgen, 2007)
• MMĆ suprimiraju aktivaciju i proliferaciju T i B Ly ( Jonnes i sar, 2007).
• MMĆ luče antiinflamatorne i antiapoptotične molekule (Le Blanc i Rindgen, 2007)
![Page 45: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/45.jpg)
Mogućnost korišćenja transplantacije MMĆ u terapiji
• GVHD (graft versus host disease)• Autoimune bolesti: diabetes tipa 1 (Florina i
sar., 2009); reumatoidni artritis (Bouffi i sar., 2009); sistemski lupus eritematozus (Zhang i sar., 2010); multipla skleroza (Martino i sar., 2010)
![Page 46: Stem ćelije](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081421/587d26a71a28ab1c2f8b6a55/html5/thumbnails/46.jpg)
Uloga MMĆ u regeneraciji
• Trofička uloga se ostvaruje preko trofičkih molekula: glikoproteina EEM, citokina i faktora rasta (Ankrum i Karp, 2010)
• Trofička uloga se ostvaruje putem direktnog kontakta sa ćelijama tkiva koje su naselile. Taj mehanizam nije sasvim razjašnjen (Plotnikov i sar., 2008)
• U inicijalnim fazama povrede onemogućena je diferencijacija MMĆ (van Poli i sar., 2008.)