FIZJOLOGIA REGENERACJI

Transkrypt

1 FIZJOLOGIA REGENERACJI 01 Innowacyjne metody wykorzystania komórek macierzystych w medycynie arsawa,

2 Dlaczego będziemy mówić o fizjologii regeneracji? Przyszłość medycyny leczenie szeregu schorzeń, przedłużenie komfortu życia Szczecin staje sie wiodącym w kraju ośrodkiem gdzie rozwijane są podstawy medycyny regeneracyjnej Komórki macierzyste są bezpośrednim obiektem zainteresowania medycyny regeneracyjnej Założenia i koncepcje medycyny regeneracyjnej się zmieniają dynamicznie

3 Dobra koncepcja Zły projekt

4 Ludzie zawsze marzyli o długowieczności, lecz.? - Ambrozja jest pokarmem bogów, a nie zwykłych ludzi, - Święty Graal nie został niestety odnaleziony

5 Fontanna młodości pozostaje nadal tylko fantazją artystów.. Łukasz Cranach (starszy) (1546 rok)

6 Regenerująca wątroba Prometeusza

7 Płazy ogoniaste - salamandra blastema

8 Dlaczego się nie regenerujemy jak salamandra? Regeneracja nowotwory? Inna filozofia ewolucji i przystosowania do środowiska? Poziom regeneracji tkanek jest wystarczający?

9 Drzewo Oliwne

10

11 Jeanne Louise Calment Tui Malila Rekordziści długowieczności: 1. Zółw 188 lat 2. Człowiek 122 lata 3. Jesiotr ~ 100 lat 4. Płetwal błękitny ~ 80 lat 5. Słoń afrykański 77 lat

12 Długowieczność - Regeneracja Długowieczność = Regeneracja = Komórki Macierzyste Starzenie = Spadek regeneracji = Spadek liczby/czynności komórek macierzystych? Czy komórki macierzyste okażą się naszą ambrozją? Chcę ambrozji!!!

13 Regenerujemy się cały czas Nabłonek jelita Naskórek Krwinki czerwone Krwinki białe 2 dni 14 dni 150 dni 4-7 dni

14 NADZIEJE.

15 Wykorzystanie komórek macierzystych Obecnie: KM Krwiotwórcze hematologia transplantacyjna KM Naskórka oparzenia KM Tkanki łącznej ubytki kostne Nowe potencjalne zastosowania kliniczne: Zawał mięśnia sercowego Udar mózgu Parkinsonizm Uszkodzenia rdzenia kręgowego Cukrzyca Miopatie Uszkodzenia wątroby

18

19

20

21 Komórki macierzyste panaceum na wszystko?

22 WIEDZA.

23 U progu 3-go tysiąclecia człowiek posiadł technologie, które do tej pory były przypisywane istotom najwyższym - energia jądrowa - klonowanie zarodków

24 Komórka jajowa - zapłodnienie Komórka macierzysta (Zygota) Ponad 200 różnych rodzajów komórek

25 Embriogeneza Zygota Morula Blastula (Blastocysta) Gastrula

26 Hierarchia komórek macierzystych (KM) Totipotencjalne KM (TKM) Dają początek zarówno ciału zarodka, jak i tkankom łożyska. W warunkach naturalnych totipotencjalnymi komórkami są zapłodniony oocyt (zygota) oraz pierwsze blastomery. W warunkach sztucznych totipotencję zachowuje odpowiednik zygoty tzw. klonota, powstały na skutek transferu jądra komórki somatycznej do oocytu (ang. nuclear transfer). Pluripotencjalne KM (PKM) Dają początek komórkom wszystkich trzech listków zarodkowych po przeszczepieniu do rozwijającej się blastocysty. Pluripotencjalnymi są komórki wewnętrznej masy blastocysty oraz epiblastu. Multipotencjalne KM (MKM) Dają początek komórkom jednego listka zarodkowego (mezodermy, ektodermy lub endodermy). Monopotencjalne KM lub ukierunkowane tkankowo komórki macierzyste (UTKM) Obejmują tzw. komórki ukierunkowane tkankowo, dające początek komórkom tylko jednej linii. Należą tu m.in. KM nabłonka jelit, krwiotwórcze KM, KM naskórka, KM nerwowe, KM wątroby oraz KM mięśni szkieletowych.

27 Komórka macierzysta Totipotencjalna - zarodek + łożysko Pluripotencjalna - trzy listki zarodkowe Multipotencjalna - jeden listek zarodkowy Monopotencjalna - dana tkanka

28 KM Monopotencjalne KM Totipotentcjalna KM Pluripotencjalne KM Multipotencjalne naskórek wątroba mięśnie krew układ nerwowy inne Ukierunkowanie tkankowe (Commitment)

29 Pochodzenie tkanek z poszczególnych listków zarodkowych Ektoderma Mózg, zwoje nerwowe, nerwy obwodowe, oko, naskórek, przydatki skórne, komórki barwnikowe, miazga zęba Mezoderma Układ kwrwiotwórczy i limfatyczny, śródbłonki naczyń, mięśnie szkieletowe, serce, tkanka tłuszczowa, tkanka łączna (kości, ścięgna, chrząstka), mięśniówka gładka, komórki nabłonka cewek nerkowych Endoderma Wątroba, trzustka, płuca, jelita, tarczyca

30 Cechy komórki macierzystej Samoodnawianie Stan uśpienia w cyklu komórkowym Zwiększona oporność na promieniowanie i cytostatyki Cechy morfologiczne (duże jądro, euchromatyna, wąski rąbek cytoplazmy)

31 PODZIAŁ KM SYMETRYCZNY NIESYMETRYCZNY

32 Nisza Komórki Macierzystej: Wyspecjalizowany obszar mikrośrodowiska potrzebny dla prawidłowego funkcjonowania Hormony

33 Nisze Narządowe Komórek Macierzystych Szpik kostny Mięśnie szkieletowe Mięsień sercowy Mózg Wątroba Jelito Naskórek Nerka

34 Nisza KM w naskórku i krypcie jelitowej

35 Nisze KM w mózgu 1. Hipokamp 2. Komory mózgu

36 Nisze KM w wątrobie

37 Rodzaje Ukierunkowanych Tkankowo Komórek Macierzystych Izolowanych z Tkanek Dorosłych Osobników Krwiotwórcze komórki macierzyste Komórki progenitorowe naskórka Komórki Mezenchymalne Komórki Macierzyste Mięśnia Sercowego

39 Szpik Kostny

40 Krew Mobilizowana

41 Krew Pępowinowa

43 3 weeks after Keratinocytes - cell suspension in fibrin-glue cell transplantation 3 months after

45 Komórki Mesenchymalne do leczenia ubytków kostnych

47 Komórki Macierzyste w Leczeniu Zawału Serca

48 Komórki Macierzyste w Leczeniu Zawału Serca

49 W poszukiwaniu idealnej komórki macierzystej (pluripotencjalnej)

50 Pluripotencjalna Komórka Macierzysta (PKM) - Kryteria In vitro Duże jądro wypełnione euchromatyną Ekspresja markerów PKM (np. Oct-4, Nanog) Różnicuje się w komórki wszystkich trzech listków zarodkowych In vivo Komplementacja rozwoju blastocysty Tworzy potworniaki u zwierzat doswiadczalnych

51 Potworniak u myszy doswiadczalnej

52 Test Komplementacji Blastocysty

53 Test Komplementacji Blastocysty Nienastrzyknięta blastocysta Nastrzyknięta blastocysta komórkami GFP + Green fluorescent protein (GFP) znajduje się w otoczce skórnej meduzy - Aequorea victoria. Światło białe Światło ultrafioletowe

54 ETYKA.

55 Wojna o Komórki Macierzyste

56 ?

57 ?

58

59 Nie doczekałem wykorzystania komórek embrionalnych w terapii a Ty? Ja byłem z kolei zarodkiem doświadczalnym

60 Czy jest szansa, ze bede znowu chodzila?

61

62 Klonowanie terapeutyczne

63 Klonowanie reprodukcyjne

66 Jest Pan oskarzony o klonowanie ludzi jaki jest wyrok lawy przysieglych? NIEWINNY!!!

68 Komórki pluripotencjalne izolowane z zarodków Komórki izolowane z zarodków tworzą w organizmie biorcy potworniaki Strategia budzi w naszym kręgu kulturowo-religijnym szereg kontrowersji Dotychczasowe wyniki u zwierzat eksperymentalnych są zdecydowanie przereklamowane Pojawiają się inne alternatywne strategie pozyskania komórek pluripotencjalnych

69 Potworniak

73

74

75 Różne potencjalne źródła pluripotencjalnych komórek macierzystych (PKM). PKM izolowane z bankowanych zarodków otrzymanych drogą zapłodnienia in vitro PKM izolowane z zarodków otrzymanych poprzez klonowanie terapeutyczne PKM uzyskane w wyniku transformacji komórek somatycznych (indukowane PKM) Ryzyko powstania potworniaków Problem niezgodności tkankowej Wymagany dawca komórki jajowej Zastrzeżenia natury etycznej tak tak/nie* nie * Problem różnie postrzegany przez różne główne religie światowe. Szereg religii potencjalnie akceptuje klonowanie terapeutyczne (np. islam, buddyzm, judaizm) ale zdecydowana większość odrzuca klonowanie reprodukcyjne.

76 Komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek

77 Komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek (np. szpik kostny, krew pepowinowa) - Jedyne komórki jak do tej pory stosowane w klinice - Czy są w dorosłych tkankach komórki pluripotencjalne/multipotencjalne?

78 Koncepcja plastyczności KKM

79 Koncepcja plastyczności KKM?

80 Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs). Może to tłumaczyć brak efektu plastyczności przy zastosowaniu wysoko oczyszczonej populacji KKM.

81 Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).

82 Efekty Parakrynne Komórek Macierzystych

83 Poziom wydzielanych czynnikow w pg/ml Ratajczak et al. Blood 2001;97:

84 Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).

85 Efekty Parakrynne Komórek Macierzystych

86 Mikrofragmenty Blonowe 100 nm - 1 M nm (eksosomy)

87 Mikrofragmenty x

88 Mikrofragmenty blonowe efekty parakrynne Ratajczak MZ. Blood 2006;108:

89 Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Zmiana fenotypu przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).

90 Ratajczak M.Z. et al. Leukemia 2012, 26,

92 Komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek (np. szpik kostny, krew pepowinowa) - Jedyne komórki jak do tej pory stosowane w klinice - Czy są w dorosłych tkankach komórki pluripotencjalne/multipotencjalne?

93 Zarodek Scenariusz 1 Scenariusz 2 PKM PKM UTKM UTKM + uspione PKM

94 Zarodek Scenariusz 1 Scenariusz 2 PKM PKM UTKM UTKM + uspione PKM

95

96 Komórki pluripotencjalne/multipotencjalne w dorosłych tkankach Multipotent Adult Stem Cells (MASC) Elutriation-, Lin -, after BM homing-derived cells (ELH) Multilineage-differentiating stress-enduring cells (Muse) Multipotent Adult Progenitor Cells (MAPC) Unrestricted Somatic Stem Cells (USSC) Marrow Isolated Adult Multilineage Inducible Cells (MIAMI) Omnicytes, UCB-derived Embryonic-like stem cells Spore like stem cells

97

98 Sca-1 + lin - CD45 - Sca-1 + lin - CD45 + Nanog Oct4 SSEA-1 Komórka macierzysta VSEL (Very Small Embryonic-Like stem cell) Komórka macierzysta krwiotwórcza Kucia et al. Leukemia 2006,20:

99 Content of VSELs [%] VSELs sa obecne w roznych narzadach myszy (panel A) liczba ich zmniejsza sie z wiekiem (panel B) A B Age of mice [months] Zuba-Surma et al. Cytometry 2008, 73, Ratajczak et al. Exp. Gerontology 2008, 43,

100 Krew pepowinowa - VSELs 1 m 1 m 1 m Krew mobilizowana - VSELs 1 m 1 m 1 m

101

102 Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogennej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).

104 Koncepcja krążących KM Komórki macierzyste krwiotwórcze (KKM) krążą w krwi obwodowej w celu utrzymania równowagi puli KKM w różnych miejscach organizmu, ale......gromadzone są dowody, że również PKM krążą we krwi...

105 CXCR4 SDF-1 gradient SDF-1 gradient SDF-1 gradient SDF-1 gradient SDF-1 gradient

106 VSELs kraza we krwi w stanach stresu i uszkodzen narzadowych

107 VSELs - nowa koncepcja hierarchii komórek macierzystych nowe spojrzenie na procesy starzenia i nowotworzenia

108 ?

109

110 VSEL HSC MNC ESC-D3 Heat-Map Analysis for Ct Value from realtime PCR (Heatmap builder) Pluripotency Epiblast Germ-line Specification Germ-line Development DNA methylation C/T antigen Imprinted genes Shin et al. Leukemia 2010, 24, Cell Cycle

111 VSEL HSC MNC ESC-D3 Heat-Map Analysis for Ct Value from realtime PCR (Heatmap builder) Pluripotency Epiblast Germ-line Specification Germ-line Development DNA methylation C/T antigen Imprinted genes Shin et al. Leukemia 2010, 24, Cell Cycle

112 I. Najwcześniejsze rozwojowo komórki w dorosłych tkankach maja potencjał komórek lini zarodkowej

113 Oocyt + Plemnik Trofoektoderma Zygota Morula ICM Epiblast Trofoektoderma?? Mezoderma Ektoderma Endoderma Ratajczak et al. Leukemia 2007, 21, Pierwotne komórki gamet (PGC) Gamety Mezoderma Ektoderma Endoderma

114 VSEL status Linia zrodkowa jest szkieletem ukladu komorek macierzystych w doroslym organizmie Nervous System extra-embryonic ectoderm Quiescence 1. Ectopic niche PGC precursors Muscles 2. Inhibitory factors 3. Erasure of the somatic imprint Fetal Liver Bone Marrow Embryo EPIBLAST (primitive ectoderm) Myocardium Activation 1. Inflammation, tissue injury 2. Epigenetic changes 3. Reestablishment of the Legend: somatic imprint SDF-1 gradient CXCR4 + epiblast derived cells/pgc (VSEL) Genital Ridges Adrenal Glands Ratajczak et al. J Autoimmunity 2008:30;

115 Oocyt + Plemnik Trofoektoderma Zygota Morula ICM Epiblast Trofoektoderma Usunięcie imprintu?? Usunięcie imprintu Mezoderma Ektoderma Endoderma Ratajczak et al. Leukemia 2007, 21, Pierwotne komórki gamet (PGC) Gamety Mezoderma Ektoderma Endoderma

116 II. Najwcześniejsze rozwojowo komórki w dorosłych tkankach podlegaja regulacji insulinowymi czynnikami wzrostowymi

117 Primordial germ cells

120 Primordial germ cells VSEL?

121

122 Sygnałowanie Insulinowe Proliferacja komórek Efekty Metaboliczne

123 Piętno genomowe (imprint) w locus Ig2-H19 Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:

124 Piętno genomowe (imprint) w locus Ig2-H19 Jin-Yang locus Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:

125 Usuniecie imprintingu w locus Igf2-H19 w VSELs kontroluje ich proliferację

126 Usunięcie pietna genomowego (imprintingu) w locus IGF2-H19 w pierwotnych komórkach zarodkowych i VSELs Normal Somatic Imprint Erasure of Imprint Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:

127 Usunięcie piętna genomowego (imprintingu) w locus IGF2-H19 w pierwotnych komórkach zarodkowych i VSELs Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:

128 Komórki VSEL wykazują zmniejszoną wrazliwość na insulinopodobne czynniki wrostowe.

129 III. Najwcześniejsze rozwojowo komórki w dorosłych tkankach a procesy starzenia i nowotworzenia

130 Sygnałowanie Insulinowe Proliferacja komórek Efekty Metaboliczne

131 Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulina Insulin-like growth factor-1

132 Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Wydłużenie przeżycia Mniejsze ryzyko nowotworzenia

133 Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Wydłużenie przeżycia Mniejsze ryzyko nowotworzenia Dieta wysoko kaloryczna Hormon wzrostu Insulina Insulin-like growth factor-1

134 Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Wydłużenie przeżycia Mniejsze ryzyko nowotworzenia Dieta wysoko kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Skrócenie przeżycia Zwiększone ryzyko nowotworzenia

135 Insulina/Insulinowo podobne czynniki wzrostu a starzenie Zmniejszone sygnałowanie w wyniku mutacji = wydłużone przeżycie Drożdze Robaki Muszka owocowa Myszy

136 Os Hormon Wzrostu/Insulina/IGF- 1 oraz IGF-2 w Starzeniu Niski poziom IGF-1 we krwi długożyjące myszy - Laron dwarfs - Ames dwarfs - GH -/- mice - PAPP-A -/- - RasGRF1 -/- mice Wysoki poziom IGF-1 we krwi krótkożyjące myszy - bgh transgenic mice - Igf-2 transgenic mice

137 VSEL ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 - cells per 10 6 BMMNC/body weight HSC ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 + cells per 10 6 BMMNC/body weight Wzrost VSELs (lewy panel) and KKM (prawy panel) u 2 miesięcznych i 2 letnich myszy karłow Larona (GHR -/- ) w porównaniu do myszy kontrolnych (GHR +/- ). * * * * GHR +/- GHR -/- GHR +/- GHR -/- GHR +/- GHR -/- GHR +/- GHR -/- 2 months old 2 years old 2 months old 2 years old Kucia M. et al. AGE 2013; 35:

138 VSEL ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 - cells per 10 6 BMMNC/body weight HSC ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 + cells per 10 6 BMMNC/body weight Spadek VSELs (lewy panel) and KKM (prawy panel) u 6 miesiecznych i 1 rocznych myszy transgenicznych z genem hormonu wzrostu w porównaniu do myszy kontrolnych normal bgh normal bgh normal bgh normal bgh 6 months 1 year 6 months 1 year Kucia M. et al. AGE 2013; 35:

139 2-letnie myszy karły Larona sa płodne Mysz kontrolna Mysz karzeł Larona

140 Starzenie Mam dużo VSELs!!! Ja już nie!!!

141 Zawartość VSELs [%] Liczba komórek VSEL w szpiku zmniejsza się z wiekiem Wiek myszy [miesiące]

142 Zawartość VSELs [%] Liczba komórek VSEL w szpiku zmniejsza się z wiekiem Wyzwanie dla nowoczesnej farmakologii!!! Wiek myszy [miesiące]

143 Nowotwory wywodzą się z populacji komórek macierzystych Nowotwory wzrastają raczej ze zmutowanych komórek macierzystych, niż z komórek somatycznych ulegających odróżnicowaniu. Komórki macierzyste nowotworu są odpowiedzialne za jego wzrost, odnowę oraz przerzutowanie. Nowotworzenie wiąże się z nieprawidłowymi mechanizmami kontrolującymi regenerację tkanek oraz samoodnowę komórek macierzystych. Obecność nowotworów towarzyszących chronicznym stanom zapalnym potwierdza model nowotworu, jako efektu ciągłych procesów naprawczo-regeneracyjnych.

144 Teoria powstawania nowotworow z tzw. resztek embrionalnych 1829 J. Recamier; 1854 R. Remak; 1958 R. Virchow Zaproponowali, że nowotwory powstają z przetrwałych tkanek płodowych F. Durante; 1875 J. Cohnheim Sugerowali, że w tkankach znajdują się komórki embrionalne, które jeśli ulegną aktywacji, tworzą nowotwory Wright Zaproponował, że guz Willmsa (nephroblastoma) wywodzi się z komórek zarodkowych 1911 J. Beard Nowotwory powstają z trofoblastu lub przetrwałych komórek zarodkowych Rudolf Virchow Julius Cohnheim John Beard

145 VSEL HSC MNC VSEL HSC MNC VSEL HSC MNC VSEL HSC MNC Fold difference (mrna) Fold difference (mrna) Fold difference (mrna) Fold difference (mrna) Dane potwierdzające powstawanie nowotworów z komórek linii zarodkowej Obecność klasycznych guzów linii germinalnej miednica, sródpiersie, mózg. np. nasieniak, guzy jajnika, yolk sac tumor, teratoma, teratocarcinoma Obecność tzw. Cancer Testis (C/T) Antigens w komórkach wielu guzow litych (np., guzach zoladka, pluc, watroby, pecherza moczowego, czerniaku, medulloblastoma, miesakach dzieciecych) MAGE-A MAGE-A MAGE-B Ssbx1 VSELs wykazują ekspresje C/T Antigens Wykrywanie obecności gonadortopiny lozyskowej (hcg) oraz/lub antygenu karcyembrionalnego (CEA) w przebiegu szeregu nowotworów Ekspresja Oct-4 w komórkach wielu guzów nowotworowych (np. raka żołądka, płuc, pęcherza moczowego, guzach sluzówki jamy ustnej). Ratajczak et al. Am J Pathology 2009, 174,

146 Utrata piętna genomowego w zespole Beckwith-Wiedemanna Normal Somatic Imprint Loss of Imprint (LOI) Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:

147 Utrata pietna genomowego w zespole Beckwith-Wiedemanna Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:

148 Karły Larona Defekt receptora hormonu wzrostu w wątrobie bardzo niski poziom krązącego IGF-I w surowicy krwi

149 Karły Larona Defekt receptora hormonu wzrostu w wątrobie bardzo niski poziom krązącego IGF-I w surowicy krwi

150 Insulina Insulino podobne czynniki wzrostowe i ich wplyw na VSELs Zmniejszenie stymulowania insuliną oraz insulino podobnymi czynnikami wzrostowymi: - Chroni VSELs przed przedwczesnym starzeniem - Zapewnia prawidłowa regenerację narządów. Przewlekłe stymulowanie insuliną oraz insulino podobnymi czynnikami wzrostowymi : - Przedwczesne starzenie i eliminacja VSELs z tkanek - Ryzyko ransformacji nowotworowej.

151

152 Problemy do zapamiętania Komórka macierzysta totipotencjalna a pluripotencjalna Definicja komórki macierzystej ukierunkowanej tkankowo Potencjalne źródła komórek pluripotencjalnych dla medycyny regeneracyjnej plusy i minusy Plastyczność krwiotwórczych komórek macierzystych alternatywne mechanizmy wyjaśniające Nisze tkankowe KM Krążenie komórek macierzystych w ustroju Rola KM lokalnych i krążących w regeneracji narządów Komórki VSELs pochodzenie i potencjalna rola w ustroju w stanach fizjologii i patologii Metylacja regionu regulatorowego genu Igf2-H19 w fizjologii i patologii KM