ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ. «Ιατρική Ερευνητική Μεθοδολογία» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «Ιατρική Ερευνητική Μεθοδολογία» ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΒΛΑΣΤΟΚΥΤΤΑΡΑ ΚΑΙ ΠΡΩΤΟΠΑΘΗΣ ΚΑΡΚΙΝΟΣ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΜΑΡΙΟΥΛΑ ΓΙΑΝΝΟΥΛΑ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ κ.λαμπροπουλοσ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ Μέλη Τριμελούς Επιτροπής κ.λαμπροπουλοσ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣ κ.φωτουλακη ΜΑΡΙΑ κ.ευαγγελιου ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΥΝΙΟΣ 2011

2 - 1 -

3 Η παρούσα διπλωματική εργασία είναι το αποτέλεσμα μιας σειράς αλληλεπιδράσεων με διάφορα άτομα, καθένα από τα οποία έπαιξε ένα σημαντικό ρόλο στην εξέλιξή της. Αξίζει, λοιπόν, να αφιερώσω την παρούσα σελίδα για να ευχαριστήσω ειλικρινά τα άτομα αυτά για τη βοήθεια που μου προσέφεραν. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαιτέρως τον επιβλέποντα καθηγητή κ. Λαμπρόπουλο Αλέξανδρο για την ουσιαστική βοήθεια που μου προσέφερε με την άψογη συνεργασία, τις πολύτιμες συμβουλές και την καθοδήγησή του σε όλη την διάρκεια της εκπόνησης αυτής της διπλωματικής εργασίας. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κ.ευαγγελίου Αθανάσιο και την κ.φωτουλάκη Μαρία για τη συμμετοχή τους στην τριμελή επιτροπή καθώς και για τις παρατηρήσεις και τις υποδείξεις τους στη βελτίωση της εργασίας

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Τα τελευταία χρόνια τα βλαστικά κύτταρα μονοπωλούν το ενδιαφέρον περισσότερο από κάθε άλλο πεδίο στη βιολογία. Αυτό συμβαίνει γιατί η αποκάλυψη και η αποκωδικοποίηση των μοναδικών ιδιοτήτων τους αναμένεται να βοηθήσει στην κατανόηση των βιολογικών μηχανισμών των κυττάρων και παράλληλα να οδηγήσει στην ανεύρεση δυνητικών θεραπειών με εφαρμογή στα εκφυλιστικά νοσήματα και την αναγεννητική ιατρική. Στη συστηματική αυτή ανασκόπηση επιτελείται μία αναφορά στις κατηγορίες των βλαστικών κυττάρων και αναπτύσσονται τα βασικά στοιχεία της φυσιολογίας και της διαφοροποίησής τους. Ακόμα περιγράφονται τα χαρακτηριστικά των διαφόρων υποπληθυσμών τους κατά τη διάρκεια της εμβρυογένεσης και της εγκαθίδρυσης των κυτταρικών σειρών. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στα καρκινικά βλαστικά κύτταρα, τις ιδιότητές τους, τον τρόπο διαίρεσής τους, τη βιοενεργότητά τους καθώς και τις διαφορές τους από τα φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα. Ακόμα περιγράφονται οι πρωτοπαθείς όγκοι του εγκεφάλου, τα νευρικά βλαστικά κύτταρα, η υπόθεση των καρκινικών βλαστικών κυττάρων, οι επιφανειακοί δείκτες των βλαστικών κυττάρων που προκαλούν πολύμορφο γλοιοβλάστωμα και τα κύτταρα προέλευσής του, το μικροπεριβάλλον του όγκου. Τέλος γίνεται αναφορά στη χρησιμοποίηση των βλαστικών κυττάρων για τη θεραπεία του πρωτοπαθούς καρκίνου του εγκεφάλου και συγκεκριμένα θεραπεία με στόχο τα βλαστικά κύτταρα, θεραπεία με μονοκλωνικά αντισώματα και ογκολυτική θεραπεία με ιούς. Συμπερασματικά, εκτιμάται ότι τα βλαστικά κύτταρα θα βοηθήσουν στις γνώσεις μας για την πρόκληση του πρωτοπαθούς καρκίνου του εγκεφάλου και την θεραπεία του. ABSTRACT In the recent years stem cells have monopolized the interest more than any other field in biology. This is why the discovery and decipherment of the unique features should help in understanding the biological mechanisms of cells and also lead to the discovery of potential treatments applied to degenerative diseases and regenerative medicine. This systematic review is carried out a report in the categories of stem cells and is developed the basics of physiology and differentiation. It also describes the characteristics of the different subpopulations during embryogenesis and the establishment of cell lines. Afterwards it refers to cancer stem cells, their features, their way of division, the bioactivity and their differences from normal stem cells. It also describes the primary brain tumors, the neural stem cells, the hypothesis of stem cells of cancer, the surface markers of stem cells that cause multiforme glioblastoma and the cells of origin, the tumor microenvironment. Finally, there is a reference to the use of stem cells for the treatment of primary brain cancer therapy and specifically to stem cell therapy with monoclonal antibodies and oncolytic virotherapy. In conclusion, it is estimated that stem cells will help in our knowledge for the challenge of primary brain cancer and its treatment

5 Πίνακας περιεχομένων ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 6 ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ... 6 ΤΥΠΟΙ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Α) ΕΜΒΡΥΟΝΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Β) ΕΜΒΡΥΪΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Γ) ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΟΜΦΑΛΙΟΥ ΛΩΡΟΥ Δ) ΑΜΝΙΑΚΑ ΕΠΙΘΗΛΙΑΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Ε) ΕΝΗΛΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΑΙΜΟΠΟΙΗΤΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΜΕΣΕΓΧΥΜΑΤΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΑΛΛΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΝΗΛΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ) ΕΝΔΟΘΗΛΙΑΚΑ ΠΡΟΔΡΟΜΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ) ΝΕΥΡΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ) ΕΠΙΘΗΛΙΑΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ) ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΤΟΥ ΔΕΡΜΑΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Α) ΑΥΤΟΑΝΑΝΕΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ Β) ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Γ) ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Δ) ΟΙ ΦΩΛΕΕΣ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Ε) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΣΤΡΑΤΟΛΟΓΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΜΦΩΛΕΥΣΗΣ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΠΡΟΕΡΧΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΤΟ ΜΥΕΛΟ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ ΣΤ) ΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΚΑΙ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Α) ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Β) ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Γ) ΒΙΟΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Δ) ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΠΡΩΤΟΠΑΘΗΣ ΚΑΡΚΙΝΟΣ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ ΟΡΙΣΜΟΣ

6 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΠΙΔΗΜΙΟΛΟΓΙΑ ΑΙΤΙΟΛΟΓΙΑ ΟΡΙΣΜΕΝΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΡΩΤΟΠΑΘΟΥΣ ΚΑΡΚΙΝΟΥ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ ΝΕΥΡΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ Η ΥΠΟΘΕΣΗ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΝΕΥΡΙΚΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΟΙ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΙ ΔΕΙΚΤΕΣ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΤΟΥ ΠΟΛΥΜΟΡΦΟΥ ΓΛΟΙΟΒΛΑΣΤΩΜΑΤΟΣ ΤΟ ΜΙΚΡΟΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ ΚΥΤΤΑΡΑ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΠΟΛΥΜΟΡΦΟΥ ΓΛΟΙΟΒΛΑΣΤΩΜΑΤΟΣ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΜΕ ΣΤΟΧΟ ΤΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΜΕ ΜΟΝΟΚΛΩΝΙΚΑ ΑΝΤΙΣΩΜΑΤΑ ΟΓΚΟΛΥΤΙΚΗ ΘΕΡΑΠΕΙΑ ΜΕ ΙΟΥΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

7 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κατά την τελευταία δεκαετία, η έρευνα επί των βλαστικών κυττάρων έχει σημειώσει σημαντικά βήματα, εξαιτίας των σημαντικών νέων ανακαλύψεων τόσο στα εμβρυϊκά όσο και στα ενήλικα βλαστικά κύτταρα. Συγκεκριμένα τα βλαστικά κύτταρα αποτελούν ένα ραγδαίως αναπτυσσόμενο πεδίο της σύγχρονης βιολογίας δεδομένου ότι μπορούν να συντελέσουν αποτελεσματικά στην τεχνολογία αναγέννησης των ιστών. Τα βλαστικά κύτταρα αποτελούν μία κατηγορία κυττάρων που χαρακτηρίζονται από την ικανότητα αυτοανανέωσης για απεριόριστο χρονικό διάστημα χωρίς την εμφάνιση γήρανσης και διαφοροποίησης σε εξειδικευμένους τύπους κυττάρων. Ακόμα τα βλαστικά κύτταρα χαρακτηρίζονται από πλαστικότητα, δηλαδή ένα βλαστικό κύτταρο από έναν ιστό ή όργανο έχει την ικανότητα να αποκτήσει το φαινότυπο ενός κυττάρου διαφορετικού ιστού ή οργάνου και σε κάποιες περιπτώσεις να μεταπίπτει ανάμεσα στις μεσοδερμικές, εξωδερμικές και ενδοδερμικές κυτταρικές σειρές. Οι ιδιότητες αυτές καθιστούν τα σωματικά βλαστικά κύτταρα ικανά να παράγουν προγόνους διαφόρων τύπων ώριμων κυττάρων, οι οποίοι συμμετέχουν ενεργά στη διατήρηση της ομοιόστασης ιστών και οργάνων τόσο κατά τη φυσιολογική πορεία της ζωής τους όσο και σε περίπτωση βλάβης. Οι ιδιότητες των βλαστικών κυττάρων αποτελούν τις ενδείξεις της συμμετοχής τους στην ανανέωση των ιστών μετά από βλάβη. Η χρήση τους αναμένεται να επιφέρει θεαματικά αποτελέσματα στην κυτταρική και γενετική θεραπευτική πολλών εκφυλιστικών νοσημάτων καθώς επίσης και ως ανοσοθεραπεία για διαφόρους επιθετικούς τύπους καρκίνου. Γενετικές μεταβολές ή ενεργοποίηση διακριτών αναπτυξιακών μονοπατιών που είναι δυνατόν να παρατηρούνται σε μειοψηφία ενηλίκων και εμβρυϊκών βλαστικών κυττάρων μπορούν, σε ορισμένες περιπτώσεις, να οδηγήσουν σε ογκογόνο μεταλλαγή. Αυτό το γεγονός εμπλέκει την ενεργοποίηση κυτταρικών μονοπατιών που αφορούν στον EGF, hedgehog, Wnt/β-κατενίνη και του Νοtch τα οποία δέχονται σηματοδότηση από διάφορους αυξητικούς παράγοντες και αποτελούν σημαντικά γεγονότα στην καρκινογένεση όπως η οξεία λευχαιμία, το λέμφωμα, ο καρκίνος του εγκεφάλου, του μαστού, του προστάτη, του πνεύμονα, του ήπατος, του στομάχου, του δέρματος, του παγκρέατος, του εντέρου, των ωοθηκών, των όρχεων. Η καλή γνώση αυτών των μηχανισμών θα οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών μεθόδων για την αντιμετώπιση των διαφόρων μορφών καρκίνου. Σκοπός της εργασίας αυτής είναι η συστηματική ανασκόπηση της συσχέτισης των βλαστικών κυττάρων με τον πρωτοπαθή καρκίνο του εγκεφάλου. Αναζητήθηκαν διαθέσιμες μελέτες στην αγγλική γλώσσα στην ηλεκτρονική βάση δεδομένων Medline χρησιμοποιώντας τις λέξεις κλειδιά βλαστοκύτταρα, καρκινικά βλαστικά κύτταρα, πρωτοπαθής καρκίνος εγκεφάλου, θεραπεία. ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Τα βλαστοκύτταρα είναι κύτταρα τα οποία συμβάλλουν στη δημιουργία όλων των άλλων κυττάρων του ανθρώπινου σώματος. Τα βλαστοκύτταρα είναι μοναδικά και διαθέτουν τα εξής βασικά χαρακτηριστικά: είναι αδιαφοροποίητα, δηλαδή δεν έχουν ακόμα αναπτύξει δομές, ούτε έχουν πρωτεΐνες που να είναι χαρακτηριστικές ενός - 6 -

8 εξειδικευμένου είδους κυττάρων και μπορούν να πολλαπλασιάζονται και να αυτόανανεώνονται για μεγάλες χρονικές περιόδους μέσω κυτταρικής διαίρεσης. Αντίθετα με τα εμβρυϊκά βλαστικά κύτταρα, τα κύτταρα του ανθρωπίνου σώματος έχουν μια εξειδικευμένη λειτουργία. Για να την επιτελέσουν, υιοθετούν μορφολογικές και βιοχημικές μεταβολές κατά τη διάρκεια μιας πορείας η οποία ονομάζεται διαφοροποίηση. Τα βλαστικά κύτταρα μπορούν να πολλαπλασιάζονται και αυτοανανεώνονται για μεγάλες χρονικές περιόδους μέσω κυτταρικής διαίρεσης. Επειδή έχουν αυτή την ικανότητα μπορούν να δίνουν γένεση σε θυγατρικά κύτταρα απόλυτα όμοια με το μητρικό και να δημιουργούν και έναν άλλο προγονικό τύπο κυττάρου από τον οποίο θα προέλθουν τα μεταβατικά- πολλαπλασιαστικά κύτταρα (transit - amplifying cells TA) καθώς και οι ώριμοι διαφοροποιημένοι φαινότυποι. Τα κύτταρα αυτά διατηρούν την ικανότητα αυτοανανέωσης αλλά αποκτούν και άλλες λειτουργίες. Τελικά χάνουν την ικανότητα να πολλαπλασιάζονται και μετατρέπονται σε τελικώς διαφοροποιημένα κύτταρα (terminally differentiated TD). Εικόνα 1: Ορισμός του βλαστοκυττάρου (Margie Ings) Τα βλαστικά κύτταρα εντοπίζονται σε ένα χαρακτηριστικό μικροπεριβάλλον το οποίο ονομάζεται φωλεά και μπορούν να διαφοροποιηθούν σε πιο εξειδικευμένα είδη κυττάρων, του αίματος, του ανοσοποιητικού μας συστήματος, αλλά και άλλων ιστών και οργάνων, ώστε να αποκαταστήσουν κύτταρα που έχουν υποστεί βλάβη (1). Τα βλαστικά κύτταρα χαρακτηρίζονται ως παντοδύναμα (totipotent), ολοδύναμα (pluripotent), πολυδύναμα (multipotent) και μονοδύναμα (unipotent) (Πιν.1)

9 Totipotency Iκανότητα σχηματισμού εμβρύου και τροφοβλάστης πλακούντα Γονιμοποιημένο κύτταρο ή ζυγώτης Pluripotency Ικανότητα διαφοροποίησης σε όλα τα κύτταρα και από τα τρία βλαστικά δέρματα Εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα Multipotency Ικανότητα διαφοροποίησης σε περιορισμένο εύρος κυτταρικών σειρών ανάλογα με την εντόπιση Ώριμα, σωματικά ή ιστοειδικά βλαστικά κύτταρα Unipotency Ικανότητα διαφοροποίησης σε μια μόνο κυτταρική σειρά Νευρικά κύτταρα Πίνακας 1:Ορολογία βλαστικών κυττάρων Σε αντίθεση με τα περισσότερα σωματικά κύτταρα που έχουν ένα συγκεκριμένο λειτουργικό ρόλο, τα βλαστικά κύτταρα παραμένουν αδρανή μέχρι να λάβουν συγκεκριμένο εξωκυττάριο σήμα ή σήματα και να διαφοροποιηθούν. Τα κύτταρα που προκύπτουν κατά τη διάρκεια της οντογένεσης, εμφανίζουν ετερογένεια υποπληθυσμών όσον αφορά την πολυδυναμία τους. Έτσι, στην κορυφή του δένδρου της διαφοροποίησης των βλαστικών κυττάρων θα μπορούσε να τοποθετηθεί το ζυγωτό κύτταρο και τα παράγωγα των δύο πρώτων διαιρέσεών του. Τα κύτταρα αυτά είναι παντοδύναμα (totipotent) και ικανά να δώσουν γένεση σε ολόκληρο το έμβρυο και την τροφοβλάστη. Αυτό σημαίνει πως μπορεί το καθένα από αυτά να «δημιουργήσει» όλα τα είδη κυττάρων ενός νέου εμβρύου, καθώς και τα κύτταρα όλων των μη εμβρυϊκών ιστών που χρειάζονται για να πλαισιώσουν ένα έμβρυο, όπως ο πλακούντας. Αυτό λέγεται ότι είναι αλήθεια για το ζυγωτό και για την πρώιμα εμβρυϊκά βλαστομερίδια μέχρι τουλάχιστον το εμβρυϊκό στάδιο των 4 κυττάρων (2). Καθώς το ζυγωτό κύτταρο αναπτύσσεται σχηματίζεται η έσω κυτταρική μάζα (inner cell mass ICM) της βλαστοκύστης από την οποία προέρχονται οι ιστοί του εμβρύου. Τα κύτταρα της έσω κυτταρικής μάζας που ονομάζονται και εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα είναι ολοδύναμα (pluripotent) και μπορούν να διαφοροποιηθούν και προς τα τρία βλαστικά δέρματα, ενδόδερμα, μεσόδερμα, εξώδερμα, όχι όμως προς ολόκληρο το έμβρυο. Μπορεί να γίνει μια απεριόριστη πηγή για οποιοδήποτε τύπο ιστού και για τη θεραπεία υποκατάστασης παρέχοντας έτσι μια πιθανή θεραπεία για πολλές ασθένειες (2)

10 Εικόνα 2: Ολοδύναμα Βλαστικά κύτταρα (Source: Μετά τη γέννηση, οι περισσότεροι ιστοί ενηλίκου σταδίου περιέχουν πολυδύναμα (multipotent) βλαστικά κύτταρα που μπορούν να παράγουν διαφοροποιημένα κύτταρα. Η διαφοροποίηση αυτών των κυττάρων είναι περιορισμένου εύρους και κατά βάση ανάλογη του ιστού στον οποίο ευρίσκονται. Βρίσκονται στους περισσότερους ιστούς και όργανα του σώματος, όπως τον εγκέφαλο, τον μυελό των οστών, το ήπαρ, το αίμα και τα αιμοφόρα αγγεία, το δέρμα και τους σκελετικούς μύες. Έχουν την δυνατότητα να αυτό-ανανεωθούν, αλλά η ικανότητα διαφοροποίησής τους είναι περιορισμένη. Μπορούν να ωριμάσουν σε κύτταρα του ιστού ή του οργάνου από το οποίο προέρχονται και ο κύριος ρόλος τους είναι να τα συντηρούν και να τα επιδιορθώνουν (3)

11 Εικόνα 3: Πολυδύναμα Βλαστικά κύτταρα (Source: Τέλος στη βάση της κλίμακας διαφοροποίησης, τοποθετούνται τα μονοδύναμα (unipotent) βλαστικά κύτταρα που είναι ικανά να εξελιχθούν μόνο σε ένα συγκεκριμένο κυτταρικό τύπο (4). Τα τελευταία χρόνια, έχουν ανακαλυφθεί ορισμένα σηματοδοτικά μονοπάτια στα βλαστικά κύτταρα και αυτά είναι, του Notch, του Sonic Hedgehog του Wnt και του Hox γονιδίου (5). Εικόνα 4: Τα σηματοδοτικά μονοπάτια του Notch, Hedgehog και του Wnt (J Clin Invest. 2007;117(10): ) Μια άλλη βασική ιδιότητα των βλαστικών κυττάρων είναι η ικανότητά τους να αποφεύγουν την απόπτωση μέσω της διάσωσης των τελομερών. Το μικροπεριβάλλον των βλαστικών κυττάρων καθορίζει την πορεία που αυτά θα ακολουθήσουν και επηρεάζεται από την παρουσία αυξητικών παραγόντων και κυτταροκινών (6). ΤΥΠΟΙ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

12 Εικόνα 5: Τύποι βλαστικών κυττάρων ανάλογα με την προέλευσή τους (Biotron) Α) ΕΜΒΡΥΟΝΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα χαρακτηρίζονται ως ολοδύναμα και έχουν την δυνατότητα να δίνουν γένεση και στα τρία βλαστικά δέρματα, ενδόδερμα, μεσόδερμα και εξώδερμα, καθώς και στα γαμετικά κύτταρα δηλαδή στα κύτταρα των γονάδων που είναι εξειδικευμένα για την παραγωγή απλοειδών γαμετών. Κατά την διάρκεια της εμβρυογένεσης, τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα προέρχονται από την εσωτερική κυτταρική μάζα της βλαστοκύστης (Inner Cell Mass ICM) η οποία σχηματίζεται 4-5 ημέρες μετά την γονιμοποίηση. Πιο συγκεκριμένα η εσωτερική κυτταρική μάζα αρχίζει και ξεχωρίζει από τα κύτταρα της εξωτερικής στιβάδας, τα οποία θα εξελιχθούν σε τροφοεξώδερμα. Τη δεδομένη χρονική στιγμή, το ανθρώπινο έμβρυο in vivo αποτελείται από κύτταρα από τα οποία τα περισσότερα συνιστούν το τροφοεξώδερμα. Η ICM, που αποτελείται από κύτταρα, είναι η πηγή προέλευσης των εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων. Η όλη διαδικασία αντικατοπτρίζει την πρώτη εμφανή διαφοροποίηση στο έμβρυο (7)

13 Εικόνα 6: Στο στάδιο του γαστριδίου έχουν σχηματιστεί και τα τρία βλαστικά δέρματα.( Teisha Rowland) Πριν από 25 χρόνια ξεκίνησαν οι μελέτες και οι προσπάθειες για την απομόνωση και την καλλιέργεια in vitro των εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων από βλαστοκύστεις. Ωστόσο το 1998 ήταν η πρώτη φορά που απομονώθηκαν επιτυχώς εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα από ανθρώπινη βλαστοκύστη (8). H ICM μπορεί να προέλθει από την σύντηξη του ωαρίου και του σπερματοζωαρίου αλλά και από κλωνοποίηση, δηλαδή μεταφορά πυρήνα από σωματικό κύτταρο σε απύρηνο ωάριο και την εξέλιξή του σε βλαστοκύστη που αποτελεί πηγή των εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων. Θα πρέπει να ισχύει όμως ο κανόνας της ιστοσυμβατότητας (9). Εικόνα 7: H ICM μπορεί να προέλθει είτε από την σύντηξη του ωαρίου και του σπερματοζωαρίου είτε από κλωνοποίηση από τη μεταφορά πυρήνα από σωματικό κύτταρο σε απύρηνο ωάριο. (Prentice A. David Ph D.) Τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα μπορούν να παράγουν προγονικά κύτταρα, in vitro, με δείκτες ειδικούς και για τα τρία βλαστικά δέρματα, δηλαδή α-φετοπρωτείνη και α1-αντιθρυψίνη για τα προγονικά κύτταρα του ενδοδέρματος, ζ-σφαιρίνη, ενολάση, καλικρεΐνη, βαρειά αλυσίδα μυοσίνης και ακτίνη των μυών για τα προγονικά κύτταρα του μεσοδέρματος και νευροϊνίδια των 68kd, β-τουμπουλίνη τύπου III και κερατίνη για τα προγονικά κύτταρα του εξωδέρματος (10). Τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα του ανθρώπου σχηματίζουν επίπεδες αποικίες παρά σφαιρικές, διαχωρίζονται πιο εύκολα σε μονήρη κύτταρα και εκφράζουν διαφορετικά εμβρυονικά αντιγόνα. In vitro και in vivo έχουν ολοδυναμία και μπορούν να παράγουν κύτταρα και από τα τρία βλαστικά δέρματα (11). Αυτή η ικανότητα που έχουν τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα να διαφοροποιούνται σε ώριμα σωματικά κύτταρα επιτυγχάνεται αφού πρώτα σχηματίσουν in vitro τρισδιάστατες μορφές, τα εμβρυονικά σωμάτια (embryonic bodies EB). Στη συνέχεια τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα αναπτύσσονται σε καλλιέργειες μίας στιβάδας από κύτταρα που μοιάζουν ενδοδερμικά και σχηματίζουν επίπεδες αποικίες με αδρή εμφάνιση. Τα εμβρυονικά σωμάτια δεν διαθέτουν πολικότητα και σχεδιασμό για την

14 δημιουργία σώματος και έτσι δεν μπορούν να σχηματίσουν βιώσιμο ανθρώπινο έμβρυο. Η καλλιέργεια των εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων ακολουθεί την σειρά ανάπτυξης όπως συμβαίνει μετά την εμφύτευση του εμβρύου (12). Έτσι βλαστικά κύτταρα από το μεσόδερμα και το εξώδερμα αναπτύσσονται μέσα σε λίγες μέρες, ενώ του ενδοδέρματος συνήθως εμφανίζονται μετά τη 10η ημέρα οπότε και τα περισσότερα εμβρυονικά σωμάτια αποκτούν μία κυστική μορφή (13). Aν τα εμπλουτισμένα σε προγονικά κύτταρα εμβρυονικά σωμάτια χρησιμοποιηθούν ως πηγή κύτταρων για μεταμόσχευση και θεραπεία διαφόρων διαταραχών, θα πρέπει να έχουν εξαλειφθεί τα πολυδύναμα αδιαφοροποίητα κύτταρα διότι έχουν την ικανότητα να σχηματίζουν in vivo τερατώματα και τερατοκαρκινώματα (14). Τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα διαθέτουν ακόμα την δυνατότητα της αποκατάστασης των ιστών η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θεραπεία σε επίπεδο κυττάρου για την αναδόμηση κατεστραμμένων νευρώνων. Παλιότερα πιστευόταν ότι τα νευρικά κύτταρα στον εγκέφαλο δεν διαιρούνται. Σήμερα όμως είναι γνωστό ότι στον εγκέφαλο των θηλαστικών υπάρχουν πολυδύναμα βλαστικά κύτταρα τα οποία αυτοανανεώνονται και διαφοροποιούνται σε τρεις μείζονες νευρωνικές σειρές τους νευρώνες, τα αστροκύτταρα και τα ολιγοδενδροκύτταρα. Τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα αρχικά διαφοροποιούνται σε νευρωνικά βλαστικά κύτταρα και στη συνέχεια in vitro και προς τις τρεις μείζονες νευρωνικές σειρές (15). Tα κύτταρα αυτά μεταμοσχεύτηκαν σε εγκεφάλους νεογνών τρωκτικών, και διαφοροποιήθηκαν ανάλογα με την περιοχή στην οποία εγκαταστάθηκαν. Αυτό δείχνει ότι τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα μπορούν να ανταποκρίνονται στα τοπικά ερεθίσματα και να συμμετέχουν στις διαδικασίες ανάπτυξης του εγκεφάλου. Αργότερα αποδείχτηκε ότι οι νευρώνες αυτοί είναι λειτουργικοί. Αυτό έγινε με πείραμα σε ποντικούς στους οποίους εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα μεταμοσχεύτηκαν στο δικτυωτό σχηματισμό και διαφοροποιήθηκαν σε ντοπαμινεργικούς νευρώνες και αποκατέστησαν την υπάρχουσα βλάβη που οφειλόταν στην νόσο του Parkinson (16)

15 Εικόνα 7: Αποκατάσταση της βλάβης σε ποντίκια με νόσο του Parkinson με εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα. (Nature Medicine , ) Ακόμα έχει βρεθεί, ότι εάν τραυματιστεί ο εγκέφαλος, βλαστικά κύτταρα από συγκεκριμένες περιοχές μεταναστεύουν στην περιοχή της βλάβης (17). Μια άλλη κατηγορία αποτελούν τα εμβρυονικά γαμετικά κύτταρα τα οποία προέρχονται από τη γενετική ακρολοφία των εμβρύων και εξελίσσονται φυσιολογικά σε ώριμους γαμέτες δηλαδή σε ωάρια και σπερματοζωάρια. Τα κύτταρα αυτά έχουν ικανότητα αυτοανανέωσης, μεγάλο ρυθμό πολλαπλασιασμού, διατήρηση φυσιολογικού καρυότυπου και δυνατότητα διαφοροποίησης προς κυτταρικές σειρές και από τα τρία βλαστικά δέρματα. Διαφέρουν από τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα όσον αφορά τον ιστό προέλευσής τους και στη μικρότερη πολλαπλασιαστική ικανότητα και μικρότερο χρόνο διατήρησής τους σε καλλιέργειες (18). Β) ΕΜΒΡΥΪΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τα πολυδύναμα εμβρυικά βλαστικά κύτταρα είναι περισσότερο ιστοειδικά από τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα. Όταν απομονωθούν δηλαδή από την 6 μέχρι την 12η εβδομάδα της κύησης μπορούν να μεταμοσχευτούν χωρίς κίνδυνο απόρριψής τους όπως συμβαίνει με τα βλαστικά κύτταρα από τον ομφάλιο λώρο ή τον μυελό των οστών. Επίσης δε δημιουργούν τερατώματα in vivo. Τα εμβρυικά βλαστικά κύτταρα διαπερνούν τον πλακούντα από και προς τη μητρική κυκλοφορία και με αυτό τον τρόπο μεταναστεύουν σε περιοχές της βλάβης και συμμετέχουν σε επιδιόρθωση των ιστών παράγοντας πιο ώριμα προγονικά κύτταρα. Μία κατηγορία των εμβρυικών βλαστικών κυττάρων παραμένουν στην κυκλοφορία και στους ιστούς της μητέρας και μετά την εγκυμοσύνη φροντίζοντας για την ιστική επιδιόρθωση ή συμμετέχοντας σε παθολογικές καταστάσεις (19). Γ) ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΟΜΦΑΛΙΟΥ ΛΩΡΟΥ Το επιθήλιο του ομφάλιου λώρου προέρχεται από την αμνιακή επιθηλιακή μεμβράνη και αποτελεί εναλλακτική πηγή πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων. Τα βλαστικά αυτά κύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν σε λειτουργικά προγονικά κύτταρα όπως αιμοποιητικά, δενδριτικά, νευρικά, ηπατοκύτταρα, ενδοθηλιακά και κύτταρα του παγκρέατος (20). Το αίμα από τον ομφάλιο λώρο του νεογνού περιλαμβάνει έναν υποπληθυσμό μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων πιο αρχέγονο από αυτό του μυελού των οστών τα κύτταρα του οποίου μπορούν να διαφοροποιηθούν σε προγονικά κύτταρα με δείκτες διαφοροποίησης οστών, λίπους και νευρικών κυττάρων. Ακόμα περιλαμβάνει έναν προγονικό υποπληθυσμό CD34+ αιμοποιητικών βλαστικών κυττάρων των οποίων η αιμοποιητική δραστηριότητα αυξάνεται παρουσία του FLT-3 συνδέτη, του Kit συνδέτη και της θρομβοποιητίνης σε αντίθεση με τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα (21)

16 Εικόνα 8: Ο ομφάλιος λώρος του νεογνού.(mohit Joshi) Δ) ΑΜΝΙΑΚΑ ΕΠΙΘΗΛΙΑΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τα αμνιακά επιθηλιακά βλαστικά κύτταρα προέρχονται από την αμνιακή μεμβράνη του ανθρώπινου πλακούντα. Οι πιο σημαντικές ιδιότητές τους είναι ότι δεν εκφράζουν τελομεράση και δε σχηματίζουν τερατώματα in vivo μετά από μεταμόσχευση. Από την άλλη πλευρά εκφράζουν δείκτες των πολυδύναμων εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων όπως Οct-4, Nanog και αλκαλική φωσφατάση και έχουν την δυνατότητα διαφοροποίησης σε κύτταρα και από τα τρία βλαστικά δέρματα όπως νευρικά κύτταρα από το εξώδερμα, καρδιακά μυικά κύτταρα από το μεσόδερμα και ηπατοκύτταρα από το ενδόδερμα (22). Εικόνα 9: Tα αμνιακά επιθηλιακά κύτταρα προέρχονται από την αμνιακή μεμβράνη του πλακούντα (iranstemcell.persianblog.ir)

17 Ε) ΕΝΗΛΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Εκτός από τις κατηγορίες των βλαστικών κυττάρων που αναφέρθηκαν έχουν απομονωθεί και βλαστικά κύτταρα από πολλούς εξειδικευμένους ιστούς ενήλικου σταδίου όπως ο μυελός των οστών, το περιφερικό αίμα, ο κερατοειδής και ο αμφιβληστροειδής, ο εγκέφαλος (23,24), οι σκελετικοί μύες, ο πολφός των οδόντων, το ήπαρ, το δέρμα, το πάγκρεας και το επιθήλιο του γαστρεντερικού συστήματος (25). Τα κύτταρα αυτά ονομάζονται ενήλικα βλαστικά κύτταρα εφόσον βρίσκονται μέσα σε διαφοροποιημένους ιστούς ενηλίκων και σε αντίθεση με τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα δεν χαρακτηρίζονται από ολοδυναμικότητα, αλλά από πολυδυναμικότητα, δηλαδή τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα δεν μπορούν να διαφοροποιηθούν προς όλα τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος. Εντούτοις τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα μπορούν να πολλαπλασιάζονται μέσα στο ανθρώπινο σώμα χωρίς να διαφοροποιούνται για μακρά χρονικά διαστήματα και δύναται να δώσουν γένεση σε ώριμα κύτταρα με χαρακτηριστικά και εξειδικευμένες λειτουργίες κυττάρων συγκεκριμένων ιστών (26). Τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα είναι σχετικά σπάνια και ως εκ τούτου είναι δύσκολο να αναγνωριστούν και να απομονωθούν. Ένα άλλο βασικό πρόβλημα των κυττάρων αυτών είναι ότι όταν αναπτύσσονται in vitro, δεν είναι δυνατόν να παραμείνουν αδιαφοροποίητα για μεγάλο χρονικό διάστημα (27). Τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα παράγονται κατά την οντογένεση και παραμένουν σε εξειδικευμένες περιοχές στα όργανα, οι οποίες ονομάζονται φωλεές, για μικρό ή μεγάλο χρονικό διάστημα. Παράγουν περιορισμένο αριθμό προγονικών κυττάρων σε σχέση με τα εμβρυονικά, τα εμβρυικά και τα βλαστικά κύτταρα του ομφάλιου λώρου και διαθέτουν παρόμοια ικανότητα αύξησης και αυξημένη δραστηριότητα τελομεράσης. Υπόκεινται σε πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση σε ώριμους και ιστοειδικούς κυτταρικούς τύπους, κατόπιν μεταβολών στο μικροπεριβάλλον τους. Ενεργοποιούνται όταν υπάρχει ανάγκη κυτταρικής ανανέωσης του ιστού σε φυσιολογικές ή παθολογικές καταστάσεις (28). Τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα διακρίνονται σε κύτταρα ενδοδερμικής, μεσοδερμικής και εξωδερμικής προέλευσης (Πιν.2). Η κύρια πηγή προέλευσης των ενήλικων βλαστικών κυττάρων είναι ο μυελός των οστών. Αυτά τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα υποδιαιρούνται σε δύο υποομάδες τα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα τα οποία δίνουν γένεση στα κύτταρα του αίματος και του ανοσοποιητικού συστήματος και τα στρωματικά ή μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα από τα οποία προέρχονται τα κύτταρα του λιπώδους ιστού, των χόνδρων, τα κύτταρα του οστίτη ιστού, των μυών, ενώ συγχρόνως παρέχουν στρωματική υποστήριξη για τα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα (29). ΑΙΜΟΠΟΙΗΤΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα έχουν χαρακτηριστεί φαινοτυπικά και μπορούν να διαιρεθούν σε διακριτούς πληθυσμούς με βάση το φαινότυπο και τη λειτουργία τους. Ο ένας από αυτούς είναι τα μακράς διάρκειας αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα τα οποία έχουν τη μέγιστη ικανότητα αυτοανανέωσης και δίνουν γένεση σε όλες τις αιμοποιητικές κυτταρικές σειρές. Οι άμεσοι απόγονοι αυτών των κυττάρων είναι τα βραχείας διάρκειας αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα τα οποία μπορούν να δώσουν

18 γένεση στις αιμοποιητικές κυτταρικές σειρές, αλλά μόνο για περιορισμένη χρονική περίοδο (11,30). ΕΝΗΛΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Ενδοδερματικής προέλευσης Εξωδερματικής προέλευσης Μεσοδερματικής προέλευσης Πνευμονικά βλαστικά κύτταρα επιθηλιακά Βλαστικά κύτταρα νευρικού συστήματος Βλαστικά κύτταρα μυελού των οστών -Αιμοποιητικά -Στρωματικά Βλαστικά κύτταρα του γαστρεντερικού σωλήνα Βλαστικά κύτταρα δέρματος Βλαστικά κύτταρα καρδιάς Βλαστικά παγκρέατος κύτταρα Βλαστικά κύτταρα οφθαλμού Ηπατικά oval κύτταρα Βλαστικά κύτταρα ουρογεννητικού συστήματος -Μαστός και προστάτης -Ωοθήκες και όρχεις Πίνακας 2: Ενήλικα βλαστικά κύτταρα ανάλογα με το βλαστικό δέρμα προέλευσης. Τα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα είναι σπάνια. Παρόλα αυτά έχει επιτευχθεί η απομόνωσή τους βάση της έκφρασης συγκεκριμένων μορίων επιφάνειας των κυττάρων (31). Πιο συγκεκριμένα έχει αποδειχθεί ότι κύτταρα τα οποία εκφράζουν το μόριο CD 34 είναι ικανά για την αποκατάσταση της αιμοποίησης σε ανοσοανεπαρκή ποντίκια (32) και στα περισσότερα κλινικά πρωτόκολλα η απομόνωση των αιμοποιητικών βλαστικών κυττάρων επιτυγχάνεται με τη χρήση CD 34+ πληθυσμών. Σύμφωνα με αυτή την διαδικασία έχουν απομονωθεί αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα από το μυελό των οστών, το ομφαλοπλακουντιακό αίμα και το περιφερικό αίμα. ΜΕΣΕΓΧΥΜΑΤΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ

19 Τα μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα που ανήκουν στο στρωματικό περιβάλλον του μυελού των οστών ταυτοποιήθηκαν για πρώτη φορά από τις μελέτες των Friedenstein και Petrakova το 1966 που απομόνωσαν προγόνους οστεοκυττάρων από μυελό αρουραίου. Ο όρος μεσέγχυμα υποδηλώνει τον αναπτυσσόμενο χαλαρό συνδετικό ιστό του εμβρύου, προερχόμενο κυρίως από το μεσόδερμα, το οποίο έχει την ικανότητα να δίνει γένεση σε ένα μεγάλο ποσοστό κυττάρων του συνδετικού ιστού του ενηλίκου. Ο ορισμός επεκτείνεται και συμπεριλαμβάνει κύτταρα συνδετικού ιστού ενήλικου τύπου όπως μύο ή ινοβλάστες, χόνδρο, λιπώδη ιστό, τένοντες, μυς και νευρικούς ιστούς (33). Τα μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα αντιπροσωπεύουν ένα μικρό τμήμα % του συνολικού πληθυσμού των εμπύρηνων κυττάρων του μυελού των οστών. Ωστόσο μπορούν να απομονωθούν και να εκπτυχθούν ικανοποιητικά και τελικά να διαφοροποιηθούν με τις κατάλληλες επαγωγικές ουσίες προς διάφορες κυτταρικές σειρές. Πιο συγκεκριμένα έχουν την δυνατότητα να διαφοροποιηθούν σε κύτταρα του εμβρυικού μεσοδέρματος, όπως είναι οι οστεοβλάστες, τα χονδροκύτταρα, τα λιποκύτταρα, και σε κύτταρα του εξωδέρματος όπως τα νευρικά κύτταρα (33). Ο μυελός των οστών αποτελεί την κύρια πηγή των μεσεγχυματικών βλαστικών κυττάρων (1). Όμως μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα έχουν απομονωθεί και από άλλους ενήλικους ιστούς συμπεριλαμβανομένου του λιπώδους ιστού, του δέρματος, του μυός, του συνδετικού ιστού και του πλακούντα. Μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα έχουν απομονωθεί σε μικρό ποσοστό από περιφερικό και ομφαλοπλακουντιακό αίμα (34), και από το έλυτρο του Wharton στον ομφάλιο λώρο (35). Τέλος έχουν απομονωθεί και από τον εμβρυικό μυελό των οστών και το αμνιακό υγρό (36). ΑΛΛΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΝΗΛΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ 1) ΕΝΔΟΘΗΛΙΑΚΑ ΠΡΟΔΡΟΜΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Πολλές πρόσφατες μελέτες υποστηρίζουν την ύπαρξη ενός πρόδρομου ενδοθηλιακού κυττάρου το οποίο προέρχεται από το μυελό των οστών ή τα τοιχώματα των αγγείων. Τα κύτταρα αυτά χαρακτηρίστηκαν αρχικά ως CD34+ εμπλουτισμένα μονοπύρηνα κύτταρα που απέκτησαν ενδοθηλιακό φαινότυπο μετά από καλλιέργεια (37). Αργότερα άλλες μελέτες έδειξαν ότι ένα υποσύνολο του πληθυσμού των κυκλοφορούντων CD34+ κυττάρων εκφράζουν τα μόρια δείκτες CD133+, VEGF2+, είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία ενδοθηλιακών αποικιών in vitro (38). Ο δείκτης VEGF-2 αποτελεί τον υποδοχέα για τον αγγειακό ενδοθηλιακό παράγοντα αύξησης των κυττάρων και συμμετέχει στη διαφοροποίηση των ενδοθηλιακών κυττάρων και την αγγειογένεση στο εμβρυικό και στο ενήλικο στάδιο (39). Τα ενδοθηλιακά πρόδρομα κύτταρα χαρακτηρίζονται από την έκφραση του μορίου CD133 που μαζί με άλλους δείκτες συμβάλει στη διάκριση μεταξύ προγονικών και ώριμων ενδοθηλιακών κυττάρων (40). Ακόμα τα CD133+ κύτταρα του περιφερικού αίματος μπορούν in vitro να διαφοροποιηθούν σε ενδοθηλιακά κύτταρα (41). Στα ενδοθηλιακά πρόδρομα κύτταρα οι ενδοθηλιακές αποικίες υψηλής πολλαπλασιαστικής ικανότητας δίνουν γένεση στις ενδοθηλιακές αποικίες χαμηλής πολλαπλασιαστικής ικανότητας και τελικά στα ώριμα ενδοθηλιακά κύτταρα. Αυτή η ιεραρχία μοιάζει με αυτή της μυελοειδούς σειράς στο αιμοποιητικό σύστημα (42)

20 2) ΝΕΥΡΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τα νευρικά βλαστικά κύτταρα δίνουν γένεση σε τρεις σημαντικούς τύπους κυττάρων: τα κύτταρα των νευρώνων και δύο κατηγορίες μη νευρωνικών κυττάρων τα αστροκύτταρα και τα ολιγοδενδροκύτταρα (43). Εικόνα 10: Οι τρεις τύποι κυττάρων που προκύπτουν από τα νευρικά βλαστικά κύτταρα (Sigma-Aldrich 2010). 3) ΕΠΙΘΗΛΙΑΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Τα επιθηλιακά βλαστικά κύτταρα βρίσκονται κυρίως στα τοιχώματα της πεπτικής οδού μέσα σε ειδικές κρύπτες και δίνουν γένεση σε πολλούς τύπους κυττάρων όπως τα απορροφητικά κύτταρα, τα εντεροενδοκρινή κύτταρα, τα κύτταρα goblet και τα κύτταρα Paneth (44). 4) ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ ΤΟΥ ΔΕΡΜΑΤΟΣ Τα βλαστικά κύτταρα του δέρματος εμφανίζονται στη βάση των θυλάκων των τριχών και στο βασικό στρώμα της επιδερμίδας. Τα επιδερμικά βλαστικά κύτταρα διαφοροποιούνται σε κερατινοκύτταρα, τα οποία μεταναστεύουν στην επιφάνεια του δέρματος και διαμορφώνουν ένα προστατευτικό στρώμα (45). Τα βλαστικά κύτταρα των θυλάκων των τριχών δίνουν γένεση στο θυλάκιο της τρίχας και στην επιδερμίδα (46)

21 Εικόνα 11: Τα βλαστικά κύτταρα του δέρματος. (Kelvinlew 2008). ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ A) ΑΥΤΟΑΝΑΝΕΩΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ Η ρύθμιση της αυτοανανέωσης αποτελεί μία από τις βασικές λειτουργίες των βλαστικών κυττάρων. Πρέπει να υπάρχει ισορροπία μεταξύ της αυτοανανέωσης και της διαφοροποίησης, γιατί η συνεχής αυτοανανέωση μπορεί να οδηγήσει σε ογκογένεση, ενώ η επικράτηση της διαφοροποίησης θα οδηγήσει με την πάροδο του χρόνου σε εξάντληση της δεξαμενής των βλαστικών κυττάρων. Παράγοντες όπως ο LIF, ο Wnt και η bone-morphogenic protein 4 (BMP-4) εξασφαλίζουν την αυτοανανέωση των εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων μέσω σηματοδοτικών μονοπατιών μεταγωγής του STAT 3, της β-κατενίνης και του Smad αντίστοιχα, που οδηγούν σε ενεργοποίηση γονιδίων-στόχων για την διατήρηση της πολυδυναμίας π.χ. του Oct 4 και του Nanog. O mtor, επίσης φαίνεται να είναι παράγοντας που οδηγεί σε πολλαπλασιασμό τα εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα. Τέλος το c-myc βρέθηκε πρόσφατα ότι παίζει σύνθετο ρόλο στον πολλαπλασιασμό των εμβρυονικών βλαστικών κυττάρων δρώντας ταυτόχρονα ως μιτογόνο ερέθισμα και ως στόχοςκλειδί της σηματοδότησης του Wnt (47). Ορισμένα σηματοδοτικά μονοπάτια που σχετίζονται με την ανάπτυξη των βλαστικών κυττάρων είναι το Notch, το Sonic hedgehog και το Wnt (47). Τα γονίδια του hedgehog κωδικοποιούν διαλυτές πρωτεΐνες οι οποίες ενεργοποιούν, μέσω μεμβρανικών υποδοχέων, την οικογένεια του μεταγραφικού παράγοντα Gli. Από τα τρία μέλη της οικογένειας δηλαδή Desert, Indian και Sonic το τελευταίο εκφράζεται περισσότερο σε σχέση με τα άλλα. Πρόσφατα βρέθηκε ότι η σηματοδότηση του hedgehog ρυθμίζει τα νευρικά προγονικά κύτταρα και την αυτοανανέωσή τους και θα μπορούσε να συμμετέχει στη βιολογία της καρκινογένεσης του εγκεφάλου (48). Το μονοπάτι του Notch παίζει σημαντικό ρόλο στην αυτοανανέωση και στην διαφοροποιήση των νευρικών βλαστικών κυττάρων. Πρόκειται για πρωτεΐνες που βρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη ενεργοποιούνται από συνδέτες, απελευθερώνουν την ενδοκυττάρια περιοχή με πρωτεόλυση και αυτή συνδέεται με περιοχές μεταγραφικών παραγόντων (49)

22 Τέλος το μονοπάτι Wnt αποτελείται από πρωτεΐνες οι οποίες προσδένονται σε ειδικούς υποδοχείς και αναστέλλουν την πρωτεόλυση της β-κατενίνης η οποία διαντιδρά με μία άλλη πρωτεΐνη την TCF/LEF και προάγει την γονιδιακή μεταγραφή. Το μονοπάτι του Wnt ευνοεί τον πολλαπλασιασμό των προγονικών κυττάρων, τον οποίο αναστέλλει η σηματοδότηση από τον hedgehog. Το μονοπάτι του Notch ευνοεί τη διαφοροποίηση των προγονικών κυττάρων την οποία αναστέλλει η σηματοδότηση από το Wnt (50). Η σηματοδότηση του Wnt ενεργοποιείται όταν προσδένεται στον υποδοχέα του Frizzled οπότε αναστέλλει το σύμπλοκο που αποτελείται από το ΑPC (Adenomatous polyposis coli) και την κινάση της συνθάσης του γλυκογόνου 3β (GSK-3β), το οποίο ελέγχει τη φωσφορυλίωση και την επακόλουθη αποδόμηση της β-κατενίνης. Ανώμαλη ενεργοποίηση του Wnt οδηγεί σε συνεχή σηματοδότηση για πολαπλασιασμό τα κύτταρα μέσω συσσώρευσης της β-κατενίνης στον πυρήνα και σε ογκογένεση όπως αδενωματώδης πολυποδίαση του εντέρου, όγκους δέρματος και λευχαιμία (51). Εικόνα 12: Το σηματοδοτικό μονοπάτι του Wnt (Freddy Radtke & Kenneth Raj 2003)

23 Εικόνα 13: Το σύμπλοκο που αποτελείται από το ΑPC (Adenomatous polyposis coli) και την κινάση της συνθάσης του γλυκογόνου 3β (GSK-3β) ( sourse: Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol 2006). Ο Bmi1 είναι ένας σημαντικός παράγοντας για την αυτοανανέωση των βλαστικών κυττάρων και σχετίζεται με την ανάπτυξη ορισμένων μορφών καρκίνου. Πρόκειται για μία πρωτεΐνη που κωδικοποιείται από το αντίστοιχο ογκογονίδιο Bmi1 το οποίο ελέγχει τα γονίδια p16 και p19 τα οποία αναστέλλουν τον κυτταρικό κύκλο. Η απόφαση του βλαστικού κυττάρου προς την κατεύθυνση της αυτοανανέωσης ή της διαφοροποίησης εξαρτάται από τα παραπάνω σηματοδοτικά μονοπάτια και από το μικροπεριβάλλον του, τη φωλεά (52). B) ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Η διαίρεση των βλαστικών κυττάρων διακρίνεται σε συμμετρική και ασύμμετρη. Η ισορροπία μεταξύ των δύο αυτών τύπων διαίρεσης ελέγχεται από αναπτυξιακά και περιβαλλοντικά σήματα και έτσι παράγεται ο κατάλληλος αριθμός βλαστικών κυττάρων. Διαταραχές σε αυτή την ισορροπία οδηγούν στην ανάπτυξη του καρκίνου (53). Ασύμμετρη ονομάζεται η διαίρεση όπου το ένα θυγατρικό κύτταρο διατηρεί τις ιδιότητες του βλαστικού κυττάρου, ενώ το άλλο οδηγείται σε διαφοροποίηση. Δύο μηχανισμοί ελέγχουν την κυτταρική διαίρεση. Ο εσωτερικός μηχανισμός κυτταρικής διαίρεσης βασίζεται σε ασύμμετρο καταμερισμό στοιχείων που καθορίζουν την κυτταρική μοίρα, όπως παράγοντες κυτταρικής πολικότητας. Ο εξωτερικός μηχανισμός κυτταρικής διαίρεσης βασίζεται στην ασύμμετρη τοποθέτηση των θυγατρικών κυττάρων σε σχέση με εξωτερικά ερεθίσματα. Στην δεύτερη περίπτωση τα θυγατρικά κύτταρα διαφέρουν ως προς τη θέση τους στη φωλεά και ακολουθούν διαφορετικούς δρόμους ανάπτυξης λόγω έκθεσης σε διαφορετικά εξωτερικά ερεθίσματα (53). Συμμετρική ονομάζεται η διαίρεση όπου και τα δύο θυγατρικά κύτταρα είτε έχουν τις ίδιες ιδιότητες ως βλαστικά κύτταρα είτε είναι περισσότερο διαφοροποιημένα. Συμμετρικές διαιρέσεις συμβαίνουν κατά την ανάπτυξη του οργανισμού και κατά την ιστική αποκατάσταση και αναγέννηση μετά από βλάβη (54). Για τους περισσότερους ιστούς δεν είναι γνωστό εάν η ομοιόσταση διατηρείται από ασύμμετρες διαιρέσεις ή από συμμετρικές διαιρέσεις οι οποίες προσπαθούν να εξισορροπήσουν τα βλαστικά και τα πιο διαφοροποιημένα κύτταρα. Πρόσφατες μελέτες δείχνουν πως κάποια σωματικά βλαστικά κύτταρα διαιρούνται ασύμμετρα υπό σταθερές συνθήκες για να διατηρήσουν σταθερό τον αριθμό τους. Σε περίπτωση που δεν επικρατούν σταθερές συνθήκες όπως σε περίπτωση βλάβης ή νόσου τα βλαστικά κύτταρα διαιρούνται συμμετρικά για να αποκαταστήσουν τον αριθμό τους (55). Γ) ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Πρόσφατα δεδομένα έχουν δείξει ότι τα ενήλικα βλαστικά κύτταρα εμφανίζουν την ικανότητα της αναπτυξιακής πλαστικότητας, δηλαδή ένα βλαστικό κύτταρο από ένα συγκεκριμένο ιστό ή όργανο έχει την ικανότητα να αποκτήσει το φαινότυπο ενός κυττάρου διαφορετικού ιστού ή οργάνου και σε κάποιες περιπτώσεις να μεταπίπτει ανάμεσα στις ενδοδερμικές, μεσοδερμικές και εξωδερμικές κυτταρικές σειρές. Η

24 θεωρία της πλαστικότητας των βλαστικών κυττάρων προτείνει πως η δέσμευσή τους σε κάποια κυτταρική σειρά δεν είναι διαδικασία αυστηρά καθορισμένη και μη αντιστρεπτή, αντιθέτως χαρακτηρίζεται από ελαστικότητα επιτρέποντας στα βλαστικά κύτταρα να ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα από το μικροπεριβάλλον που σχετίζονται με ιστική αναγέννηση. Στις περισσότερες περιπτώσεις η συμβολή του μυελού των οστών στο σχηματισμό μη αιμοποιητικών ιστών απαιτεί την παρουσία κάποιου είδους βλάβης στους ιστούς αυτούς (31). Εικόνα 14: Πλαστικότητα ενήλικων βλαστικών κυττάρων (Source: Βασικό χαρακτηριστικό της πλαστικότητας των ενήλικων βλαστικών κυττάρων είναι ότι τα διαφοροποιημένα κύτταρα ιστού διάφορου του ιστού προέλευσης των βλαστικών κυττάρων είναι και λειτουργικά. Από μελέτες έχει δειχθεί πως βλαστικά κύτταρα, μεταξύ των οποίων και αιμοποιητικά, μπορούν να παράγουν λειτουργικά καρδιομυοκύτταρα, αγγειακές δομές καθώς και λεία μυικά κύτταρα του έσω χιτώνα και ενδοθηλιακά κύτταρα τα οποία συμβάλουν στην αρτηριακή διαμόρφωση σε διάφορα μοντέλα αρτηριακής βλάβης (56). Για την εξήγηση του φαινομένου της πλαστικότητας έχουν προταθεί οι παρακάτω μηχανισμοί. Ο πρώτος περιλαμβάνει την κυτταρική διαδιαφοροποίηση όπου ένα κύτταρο συγκεκριμένης σειράς μετατρέπεται σε κύτταρο άλλης σειράς με ταυτόχρονη απώλεια των ειδικών δεικτών και της λειτουργικότητας των κυττάρων της σειράς προέλευσης και απόκτηση δεικτών και λειτουργίας των κυττάρων της νέας σειράς. Aποτελεί έναν από τους μηχανισμούς μέσω των οποίων τα βλαστικά κύτταρα συμβάλλουν στη παραγωγή διαφόρων κυτταρικών φαινοτύπων. Αυτή η μετατροπή από τη μία κυτταρική σειρά στην άλλη θεωρήθηκε άμεση, οφειλόμενη σε

25 ενεργοποίηση προγραμμάτων διαφοροποίησης που ήταν σε «λήθαργο». Ο δεύτερος περιλαμβάνει την αποδιαφοροποίηση σύμφωνα με την οποία η μετατροπή από τη μια κυτταρική σειρά σε άλλη θα μπορούσε να συμβεί μέσω αποδιαφοροποίησης ενός ιστο-ειδικού βλαστικού κυττάρου σε πιο αρχέγονο πολυδύναμο με επακόλουθη επαναδιαφοροποίηση σε άλλον τύπο κυττάρου. Ο τρίτος μηχανισμός βασίζεται στο γεγονός πως ο πληθυσμός των βλαστικών κυττάρων προς μεταμόσχευση αποτελείται από πολλούς διακριτούς τύπους βλαστικών κυττάρων. Για παράδειγμα ο μη κλασματοποιημένος μυελός των οστών και τα μυικά side population κύτταρα θεωρείται πως περιέχουν τόσο βλαστικά αιμοποιητικά κύτταρα όσο και μη αιμοποιητικά μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα, ενδοθηλιακά και μυικά προγονικά κύτταρα. Ο τέταρτος μηχανισμός αφορά την πιθανή παρουσία αρχέγονων πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων στο μυελό των οστών τα οποία οδηγούν στην παραγωγή ιστών και από τα τρία βλαστικά δέρματα συμβάλλοντας στο σχηματισμό σχεδόν όλων των ιστών μετά από έγχυσή τους σε βλαστοκύστη. Κύτταρα με χαρακτηριστικά αρχέγονου πολυδύναμου βλαστικού κυττάρου έχουν απομονωθεί από καλλιέργειες μυελού των οστών, εγκεφάλου και μυικού ιστού. Ωστόσο δεν έχει εξακριβωθεί εάν τα κύτταρα αυτά υπάρχουν in vivo ή είναι αποτέλεσμα οφειλόμενο σε μακροχρόνιες καλλιέργειες. Ωστόσο η κυτταρική συγχώνευση δεν μπορεί να είναι ο μόνος μηχανισμός πλαστικότητας. Σύμφωνα με τα παραπάνω έχουν προταθεί αρκετοί μηχανισμοί για να εξηγήσουν το φαινόμενο της πλαστικότητας και φαίνεται πως η επιλογή σε κάθε περίπτωση τελικά ποικίλει ανάλογα με τον τύπο του ιστού ή/και την επαγόμενη βλάβη (31). Δ) ΟΙ ΦΩΛΕΕΣ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Τα βλαστικά κύτταρα βρίσκονται σε εξειδικευμένα μικροπεριβάλλοντα, τις φωλεές. Οι φωλεές είναι η βασική μονάδα της φυσιολογίας των ιστών. Πρόκειται για διακριτά ανατομικά και λειτουργικά μικροπεριβάλλοντα τα οποία είναι υπεύθυνα για τη διατήρηση των βλαστικών κυττάρων, για τον έλεγχο της ισορροπίας μεταξύ αυτοανανέωσης και διαφοροποίησης, για τη ρύθμιση της συμμετοχής τους σε διαδικασίες ιστικής επιδιόρθωσης και αναγέννησης και τέλος, όπως πρόσφατα έχει αναδειχθεί, είναι υπεύθυνα για την αποτροπή της ογκογένεσης (57). Αν και υπάρχουν αρκετές διαφορές ανάμεσα στους ιστούς όσον αφορά στη φύση και την εντόπιση των φωλεών, έχουν αναγνωριστεί κοινά χαρακτηριστικά και λειτουργίες. Η φωλεά των βλαστικών κυττάρων αποτελείται από τα σωματικά υποστηρικτικά κύτταρα με συγκεκριμένη εντόπιση και λειτουργία για τη διατήρηση των βλαστικών κυττάρων. Υπάρχουν μόρια προσκόλλησης τα οποία συμμετέχουν στις δια-αντιδράσεις μεταξύ βλαστικών κυττάρων και εξωκυττάριας ουσίας και μεταξύ βλαστικών κυττάρων και κυττάρων φωλεάς. Στη φωλεά σχηματίζονται εξωτερικοί παράγοντες οι οποίοι ελέγχουν τον αριθμό των βλαστικών κυττάρων και τον πολλαπλασιασμό τους. Τέτοιοι είναι οι hedgehog, Wnt, bone morphogenic proteins (BMPs), και οι fidroblast growth factors και συμμετέχουν στην αυτοανανέωση και την διαφοροποίηση των βλαστικών κυττάρων. Τέλος έχει αποδειχτεί για τους ασπόνδυλους οργανισμούς ότι η φωλεά ελέγχει την ασύμμετρη διαίρεση των βλαστικών κυττάρων. Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι η φωλεά αποτρέπει την υπερβολική αύξηση του αριθμού των βλαστικών κυττάρων στα θηλαστικά. Οι μηχανισμοί για τον έλεγχο της αυτο-ανανέωσης και την αποτροπή της διαφοροποίησης είναι παρακρινή σηματοδοτικά μονοπάτια, αγκύλες αρνητικής επανατροφοδότησης που μειώνουν την ευαισθησία στα μιτογόνα σήματα και μοριακά

26 μονοπάτια που καταστέλλουν την ενεργοποίηση του προγράμματος διαφοροποίησης των βλαστικών κυττάρων είτε καταστέλλοντας τη μετάφραση είτε μέσω ρυθμιστών της χρωματίνης που καταστέλλουν την έκφραση γονιδίων τελικής διαφοροποίησης. Η φυσική ροπή των βλαστικών κυττάρων είναι η διαφοροποίηση εκτός και αν βρεθούν στο ειδικό μικροπεριβάλλον της φωλεάς οπότε όλοι οι μηχανισμοί που προαναφέρθηκαν εξασφαλίζουν τον έλεγχο μεταξύ αυτο-ανανέωσης και διαφοροποίησης (58). Από τις καλύτερα μελετημένες φωλεές είναι αυτές του αιμοποιητικού συστήματος, του δέρματος και του εντέρου. Τα βλαστικά κύτταρα του αιμοποιητικού συστήματος αρχικά βρίσκονται στην επιφάνεια του οστού στην οστεοβλαστική φωλεά και στην συνέχεια μαζί με τα προγονικά κύτταρα μετακινούνται σε θέσεις που είναι σε άμεση επαφή με τα ενδοθηλιακά κύτταρα των κολποειδών την αγγειακή φωλεά. Η οστεοβλαστική φωλεά παρέχει μικροπεριβάλλον «ηρεμίας» για τα βλαστικά κύτταρα ενώ η αγγειακή φωλεά ευνοεί τον πολλαπλασιασμό και τη διαφοροποίηση (59). Τα βλαστικά κύτταρα του δέρματος εντοπίζονται στην περιοχή του τριχοθυλακίου όπου κυριαρχούν οι αναστολείς του Wnt όπως ο Dkk, o sfrp και ο Wif παρέχοντας περιβάλλον που καταστέλλει την ανάπτυξη (60). Τα βλαστικά κύτταρα του εντέρου βρίσκονται μεταξύ των διαφοροποιημένων κυττάρων Paneth και των πολλαπλασιαζόμενων προγονικών κυττάρων στις εντερικές κρύπτες. O sfrp, αναστολέας της σηματοδότησης του Wnt έχει κυρίαρχη έκφραση σε αυτά ενώ η ενεργοποίηση του Wnt είναι παροδική (61). Όσον αφορά τον πολλαπλασιασμό των βλαστικών κυττάρων σήματα από τον transforming growth factor (TGF-β) και την BMP έχουν ανασταλτικό ρόλο. Η BMP-4 εντοπίζεται στα βλαστικά κύτταρα του εντέρου, ενώ για τους άλλους παράγοντες δεν είναι γνωστό εάν εκφράζονται σε ορισμένα ή σε όλα τα βλαστικά κύτταρα του εντέρου (62). Οι BMPs ανήκουν στην υπεροικογένεια του TGF-β και αναστέλλουν την αύξηση αν και υπάρχουν εξαιρέσεις σε ορισμένα συστήματα. Η σηματοδότηση των BMP2/BMP4 διαμεσολαβείται από τους Bmpr 1A ή Bmpr 1B καθώς και μέσω των μεταγραφικών παραγόντων Smad 1, 5, 8 και 4 για τη ρύθμιση γονιδίων-στόχων. Η δράση των BMPs ρυθμίζεται από ανταγωνιστές όπως ο Noggin. Η σηματοδότηση της BMP μέσω Bmpr 1A άμεσα αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό στα βλαστικά κύτταρα του εντέρου και του δέρματος ενώ στο αιμοποιητικό σύστημα αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό τους έμμεσα μέσω της φωλεάς (62). Η ρύθμιση μέσω BMP αναστολής και μέσω Wnt προαγωγής της ανάπτυξης ελέγχει την ομοιοστατική ισορροπία μεταξύ αυτο-ανανέωσης και διαφοροποίησης, γιατί απαιτείται συνεργασία μεταξύ των δύο καθώς και του ανταγωνιστή Noggin για την ενεργοποίηση των βλαστικών κυττάρων στο έντερο και στο δέρμα και υπερέκφρασή τους οδηγεί σε ανάπτυξη πολύποδα (63)

27 Εικόνα 15: Το σηματοδοτικό μονοπάτι των BMP (Miyazono et al. 2001). Σημαντικό ρόλο στη φωλεά παίζουν και τα στοιχεία της εξωκυττάριας ουσίας στη ρύθμιση των βλαστικών κυττάρων. Για παράδειγμα στο νευρικό σύστημα η απουσία της tenascin C οδηγεί σε μεταβολές τόσο στον αριθμό όσο και στη λειτουργία των νευρικών βλαστικών κυττάρων της υποκοιλιακής ζώνης (64). Σημαντικός έχει αναδειχθεί και ο ρόλος των διαλυτών μεσολαβητών για την οργάνωση και ρύθμιση της φωλεάς μεταξύ των οποίων παρακρινείς ρυθμιστές της λειτουργίας των βλαστικών κυττάρων. Στους όρχεις της Drosophila ο παράγοντας Unpaired (UPD) εκκρίνεται από τα υποστηρικτικά σωματικά κύτταρα της φωλεάς (hub cells) και επάγουν την αυτο-ανανέωση των βλαστικών κυττάρων μέσω της σηματοδότησης JAK-STAT (65). Στις ωοθήκες της Drosophila ο παράγοντας Decapentaplegic (DPP) και ο παράγοντας Glass bottom boat (GBB) εκκρίνονται από τα υποστηρικτικά κύτταρα της φωλεάς (cap cells) και ενεργοποιούν τη σηματοδότηση μέσω των Smad στα γαμετικά βλαστικά κύτταρα με αποτέλεσμα την καταστολή της διαφοροποίησης και τη διατήρηση της αυτό-ανανέωσης (66). Οι πρωτεΐνες Wnt και οι ανταγωνιστές τους Notch, FGFs και Hedgehog (HH) συμβάλλουν με παρακρινή τρόπο στην προαγωγή του πολλαπλασιασμού ή τη διαταραγμένη διαφοροποίηση (67). Οι Hedgehog έχουν και μια επιπρόσθετη δράση: εκκρίνονται από τα υποστηρικτικά κύτταρα της φωλεάς και οδηγούν σε πολλαπλασιασμό όχι μόνο τα βλαστικά κύτταρα αλλά και τα περιβάλλοντα σωματικά συμβάλλοντας στη δημιουργία αυτής της ίδιας της φωλεάς στην ωοθήκη της Drosophila. Η δράση αυτή του Hedgehog επεκτείνεται και στα θηλαστικά όπου μέλη της οικογένειας Hedgehog παίζουν ρόλο στην τοπογραφική οργάνωση και των σχηματισμό των φωλεών κατά την ανάπτυξη. Ο Sonic hedgehog συμμετέχει τον σχηματισμό των τριχοθυλακίων και διαχωρίζει την εντόπιση δύο υποσυνόλων βλαστικών κυττάρων είτε στη φωλεά των θυλακίων είτε στην επιδερμίδα μεταξύ των θυλακίων. Οι Sonic και Indian συμμετέχουν στην αρχιτεκτονική των φωλεών στο αναπτυσσόμενο έντερο καθώς και στην πυκνότητα, τις διαστάσεις και την καλή ρύθμιση των κρυπτών. Οι Ηedgehog συνεπώς

28 συμβάλλουν στον έλεγχο των βλαστικών κυττάρων δημιουργώντας φωλεές και καθορίζοντας την πορεία των βλαστικών κυττάρων (67). Οι εφρίνες είναι στοιχεία δομικών ορίων στον νευρικό και αγγεικό ιστό και έχουν συμμετοχή της ρύθμισης της φωλεάς σε ένα τουλάχιστον σύστημα βλαστικών κυττάρων. Έχει βρεθεί ότι η εφρίνη Β1 (ephrin Β1) και οι υποδοχείς της Eph B2 και Β3 συμμετέχουν στην οργάνωση των επιθηλιακών κυττάρων του εντέρου. Διαταραγμένη έκφραση αυτών των υποδοχέων οδηγεί σε ανώμαλη οργάνωση των κρυπτών και των κυττάρων των λαχνών, ενώ ο διαταραγμένος πολλαπλασιασμός των βλαστικών και πιο ώριμων κυττάρων οδηγεί στο σχηματισμό πολυποειδών εκβλαστήσεων (68). Υπάρχουν στοιχεία του μικροπεριβάλλοντος τα οποία δεν είναι πρωτεΐνες αλλά παρόλα αυτά επηρεάζουν τη λειτουργία των βλαστικών κυττάρων. Για παράδειγμα προτάθηκε, ότι επειδή η ενδοοστική επιφάνεια είναι η θέση της οστικής αναδιαμόρφωσης όπου συχνά συνεντοπίζονται οστεοβλάστες και οστεοκλάστες, ίσως η υψηλή συγκέντρωση ιόντων ασβεστίου που υπάρχει στην περιοχή να επηρεάζει τη λειτουργία των βλαστικών κυττάρων. Τα κύτταρα αντιλαμβάνονται τις εξωκυττάριες συγκεντρώσεις ασβεστίου μέσω διαμεμβρανικού υποδοχέα ο οποίος συνδέεται με G- πρωτεΐνες και βρέθηκε να εκφράζεται σε εμπλουτισμένο σε βλαστικά κύτταρα πληθυσμό αιμοποιητικών κυττάρων μυελού των οστών αλλά και σε κάποιους επιλεγμένους υποπληθυσμούς πιο ώριμων αιμοποιητικών κυττάρων (69). Μεταβολικά προϊόντα, όπως το ασβέστιο, αναπαριστούν την ικανότητα των βλαστικών κυττάρων να ανταποκρίνονται στις μεταβαλλόμενες συνθήκες που μπορεί να επικρατούν στον ιστό. Το οξειδωτικό στρες, για παράδειγμα, επηρεάζει σημαντικά τη λειτουργία των βλαστικών κυττάρων. Υπό συνθήκες ανεπάρκειας του Ataxia telangiectasia mutated-atm παρατηρείται συσσώρευση αντιδραστικών ριζών οξυγόνου στα αιμοποιητικά κύτταρα του μυελού των οστών. Το γεγονός αυτό συνδέεται με αυξημένα επίπεδα της cyclin-dependent kinase inhibitor p16ink4a και με ενδείξεις σημαντικής διαταραχής της λειτουργίας των βλαστικών κυττάρων. Μετά από χειρισμούς με αντιοξειδωτικές ουσίες παρατηρήθηκε μείωση των επιπέδων της p16ink4a και διάσωση της λειτουργίας τους (69). Ε) ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΣΤΡΑΤΟΛΟΓΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΜΦΩΛΕΥΣΗΣ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΠΡΟΕΡΧΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΤΟ ΜΥΕΛΟ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ Οι μηχανισμοί στρατολόγησης των βλαστικών κυττάρων που προέρχονται από τον μυελό και την κυκλοφορία και η ακόλουθη εμφώλευσή τους στους διάφορους ιστούς δεν έχουν πλήρως αποσαφηνιστεί. Η ιστική βλάβη θεωρείται πως ενισχύει τη στρατολόγηση των βλαστικών κυττάρων από το μυελό των οστών στα όργαναστόχους γιατί προκαλεί μεταβολές στο μικροπεριβάλλον τους. Οι μεταβολές αυτές αφορούν κυρίως στην απελευθέρωση χημειοκινών από τον ιστό που έχει υποστεί βλάβη και στη διαντίδρασή τους με ειδικούς υποδοχείς στην επιφάνεια των βλαστικών κυττάρων. Ο πιο σημαντικός υποδοχέας στην επιφάνεια τόσο των αιμοποιητικών όσο και των μη αιμοποιητικών κυττάρων για την εμφώλευσή τους είναι ο CXCR4. Ο CXCR4 είναι ο υποδοχέας της χημειοκίνης CXCL12 (stromal derived factor-1, SDF-1), η διαφορική έκφραση της οποίας δημιουργεί βαθμίδωση απαραίτητη για την εμφώλευση των CXCR4+ κυττάρων. Εκτός από τον CXCR4 και άλλοι υποδοχείς χημειοκινών φαίνεται πως συμμετέχουν στη διαδικασία στρατολόγησης των βλαστικών κυττάρων όπως ο CCR7 και η χημειοκίνη-προσδέτης secondary-lymphoid tissue chemokine (SLC) και ο CCR2 (70)

29 Εικόνα 16: Η δράση του CXCR4, του υποδοχέα της χημειοκίνης CXCL12 (Tsvee Lapidot 2008). Σημαντικό ρόλο στην κινητοποίηση των βλαστικών κυττάρων παίζει και η φωλεά η οποία δέχεται και απαρτιώνει σήματα από το περιβάλλον και τροποποιείται ανάλογα. Για παράδειγμα τα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα βρίσκονται στην κυκλοφορία ακόμα και υπό σταθερές συνθήκες, ο αριθμός τους όμως αυξάνει μετά από διέγερση με κυταροκίνες όπως ο G-CSF, ο GΜ-CSF και η IL-8 οι οποίες και κινητοποιούν τα βλαστικά κύτταρα. Πιο συγκεκριμένα, ο G-CSF μεταβάλει σε σημαντικό βαθμό την ικανότητα των οστεοβλαστών να εκκρίνουν τη χημειοκίνη CXCL12 οδηγώντας σε κινητοποίηση τα CXCR4+ κύτταρα παρόλο που οι οστεοβλάστες δεν διαθέτουν υποδοχείς G-CSF. Φάνηκε, λοιπόν, πως ο G-CSF ασκεί τη δράση του μέσω του συμπαθητικού νευρικού συστήματος. Βρέθηκε πως ποντίκια με διαταραχές στη λειτουργία του συμπαθητικού νευρικού συστήματος παρουσίαζαν μειωμένη ικανότητα κινητοποίησης βλαστικών κυττάρων από το μυελό. Συνεπώς παράγοντες όπως ο G-CSF που επηρεάζουν το νευρικό σύστημα τροποποιούν τη φωλεά και οδηγούν σε διαφορική εντόπιση τα βλαστικά κύτταρα. Συμπερασματικά, το νευρικό σύστημα είναι ένα φυσικό κύκλωμα που συνδέει ανατομικά απομακρυσμένους ιστούς και αποτελεί το μέσο από το οποίο τα βλαστικά κύτταρα αντιλαμβάνονται μεταβολές στην κατάσταση των ιστών (71). Ένα άλλο φυσικό σύστημα που συνδέει ανατομικά απομακρυσμένους ιστούς είναι το κυκλoφορικό σύστημα. Τα βλαστικά κύτταρα βρίσκονται σε στενή φυσική επαφή με τα μικρά αγγεία του μυελού των οστών. Οι περιοχές αυτών των αγγείων όπου τα αρχέγονα κύτταρα δεσμεύονται και διαπηδούν χαρακτηρίζονται από υψηλή έκφραση των CXCL12 και Ε-selectin. Ωστόσο υπάρχουν μόνο έμμεσα στοιχεία πως οι περιοχές αυτές παίζουν και ρυθμιστικό ρόλο στη λειτουργία των βλαστικών κυττάρων (72). ΣΤ) ΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΓΕΝΝΗΣΗ ΚΑΙ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Πολλές πρόσφατες έρευνες οδήγησαν σε ενδιαφέροντα κλινικά ευρήματα σχετικά με τη δυνατότητα χρήσης προγονικών κυττάρων προερχόμενων από εμβρυονικά βλαστικά κύτταρα, αμνιακά επιθηλιακά κύτταρα, εμβρυικά βλαστικά κύτταρα, βλαστικά κύτταρα αίματος ομφάλιου λώρου, βλαστικά κύτταρα μυελού των οστών,

30 καθώς και ιστο-ειδικών βλαστικών κυττάρων σε γενετικές και κυτταρικές θεραπείες για την αντιμετώπιση διαφόρων παθολογικών καταστάσεων όπως εκφυλιστικά, αυτοάνοσα και γενετικά νοσήματα. Σημαντική είναι η ανάπτυξη ασφαλών πηγών βλαστικών κυττάρων, χωρίς την ιδιότητα να σχηματίζουν τερατώματα όταν μεταμοσχεύονται αλλά να αναγεννούν και να αποκαθιστούν ιστούς και όργανα που έχουν υποστεί βλάβη (73). Ακόμα η θεραπευτική κλωνοποίηση, όπου ο πυρήνας από ένα σωματικό κύτταρο δότη μεταφέρεται σε ένα ωοκύτταρο από το οποίο έχει αφαιρεθεί ο πυρήνας αποτελεί μια ακόμα εναλλακτική πηγή αρχέγονων βλαστικών κυττάρων για θεραπείες κυτταρικής αποκατάστασης όταν δεν υπάρχουν διαθέσιμα όργανα για μεταμόσχευση. Η μεταμόσχευση βλαστικών κυττάρων στην κλινική πράξη περιλαμβάνει την ενδοφλέβια ή την υποδόρια χορήγηση επαρκούς αριθμού τους στις θεραπευτικά στοχευμένες περιοχές. Επιπλοκές αυτής της θεραπείας είναι ο διαβήτης, η οξεία ηπατική και καρδιακή ανεπάρκεια, οι μυικές διαταραχές, οι αρθρίτιδες, εγκεφαλικές διαταραχές ή βλάβη, διαταραχές όρασης, νεφρικές διαταραχές, νοσήματα του αιμοποιητικού συστήματος ή του συστήματος ανοσίας καθώς και νεοπλασματικά νοσήματα όπως οξεία λευχαιμία, λέμφωμα και διάφοροι όγκοι συμπαγών οργάνων. Η πλαστικότητα και το δυναμικό μετανάστευσης των βλαστικών κυττάρων του μυελού των οστών προσφέρει τη δυνατότητα κινητοποίησής τους in vivo ή έγχυσής τους στην κυκλοφορία για την παραγωγή λειτουργικών προγονικών κυττάρων και ακολούθως την ιστική αναγέννηση. Τα βλαστικά και προγονικά κύτταρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης στη γονιδιακή θεραπεία γενετικών και ανίατων νοσημάτων μετά από τροποποίησή τους όπως η αντικατάσταση συγκεκριμένου γονιδιακού προϊόντος. Τα προβλήματα που αφορούν την γονιδιακή θεραπεία είναι η αναγνώριση των φορέων από το σύστημα ανοσίας, η μη ειδική συσσώρευση των φορέων σε φυσιολογικούς ιστούς και η φτωχή διείσδυση των φορέων στους ιστούς-στόχους. Μία λύση στα παραπάνω προβλήματα αποτελεί η χρήση βλαστικών κυττάρων-φορέων που εμφωλεύονται εκλεκτικά σε ιστούς με βλάβη ή καρκίνο εκτελώντας χρέη πλατφόρμας παράδοσης θεραπευτικών παραγόντων (74). ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Α) ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Έχει παρατηρηθεί πως οργανισμοί με μακρά διάρκεια ζωής και ιστοί με υψηλούς ρυθμούς αυτοανανέωσης, όπως ο πνεύμονας, το έντερο και το αίμα έχουν υψηλή επίπτωση καρκίνου ενώ έχει παρατηρηθεί πως οι νεανικές κακοήθειες συμβαίνουν στον ταχέως εξελισσόμενο νευρικό ιστό (μυελοβλάστωμα, νευροβλαστωμα) καθώς επίσης και σε εκείνα τα παρεγχυματικά όργανα τα οποία εξακολουθούν να αναπτύσσονται μεταγεννητικά συνεχίζοντας τη διαδικασία της οργανογένεσης που είχε ξεκινήσει στην εμβρυική ζωή (ηπατοβλάστωμα, νεφροβλάστωμα) (75). Η αναγνώριση κυττάρων ικανών να δημιουργούν καρκίνο όταν μεταμοσχεύονται σε ποντίκια με σοβαρή συνδυασμένη ανοσοανεπάρκεια αρχικά στο περιφερικό αίμα τους με την ανάπτυξη οξείας μυελογενής λευχαιμίας και στη συνέχεια σε όγκους των συμπαγών οργάνων διεύρυνε την έρευνα για τον καρκίνο ώστε να περιλαμβάνει τα κύτταρα εκείνα που είναι υπεύθυνα για τη δημιουργία και την συντήρηση των όγκων (75). Γνωρίζουμε ότι οι όγκοι αποτελούνται από ετερογενή πληθυσμό κυττάρων όσον αφορά το φαινότυπο και την ικανότητά τους να πολλαπλασιάζονται. Τα καρκινικά

31 βλαστικά κύτταρα αποτελούν μία μικρή κυτταρική ομάδα η οποία έχει την ικανότητα να δημιουργεί τον όγκο, να συντηρεί την αύξησή του και να δίνει μεταστάσεις. Τα κύτταρα αυτά έχουν την ικανότητα της αυτο-ανανέωσης και διαφοροποίησης όπως και τα φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα (75). Τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα μπορούν να προέλθουν είτε από φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα είτε από πιο δεσμευμένα προγονικά κύτταρα τα οποία έχουν αποκτήσει ιδιότητες βλαστικών κυττάρων μετά από επίδραση μεταλλαγών. Στην περίπτωση προέλευσης των καρκινικών βλαστικών κυττάρων από φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα συμβαίνουν ογκογενετικές μεταλλαγές που απορυθμίζουν τον έλεγχο του πολλαπλασιασμού τους. Συγκεκριμένα, οι μεταλλαγές μπορούν να οδηγήσουν σε έκκριση παραγόντων οι οποίοι μεταφέρουν τα κύτταρα της φωλεάς στην περιοχή του όγκου και αυξάνουν με αυτό τον τρόπο τον αριθμό τους ή τους παρέχουν συνεχή σήματα για αυτό-ανανέωση (76). Σύμφωνα με μία άλλη υπόθεση τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα μπορούν μετά από μεταλλαγές να αποκτήσουν την ικανότητα να ενεργοποιούν μονοπάτια αυτοανανέωσης ανταποκρινόμενα σε σήματα που φυσιολογικά δεν ελέγχουν αυτή τη διαδικασία ή να ενεργοποιούν αυτόνομα ενδοκυττάρια μονοπάτια που διαφορετικά θα βρίσκονταν υπό τον έλεγχο της φωλεάς. Επίσης μπορούν να εκφράζουν συνδέτες που φυσιολογικά απαντώνται σε κύτταρα-φωλεάς ή ακόμα να εκφράζουν συνεχώς τους υποδοχείς για τους συνδέτες αυτούς, οδηγούμενα σε αυτόνομη ρύθμιση της αυτό-ανανέωσης τους (76). Εικόνα 17: Τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα μπορούν να προκύψουν από μεταλλαγές είτε στα φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα είτε στα πιο δεσμευμένα προγονικά (Craig T. Jordan, Monica L. Guzman, and Mark Noble 2006). Στην περίπτωση που τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα προέρχονται από πιο διαφοροποιημένα προγονικά κύτταρα οι ογκογενετικές μεταλλαγές επιτρέπουν στα κύτταρα αυτά να πολλαπλασιάζονται δίχως να εισέρχονται σε μεταμιτωτική φάση

32 διαφοροποίησης δημιουργώντας μια δεξαμενή αυτο-ανανεούμενων κυττάρων με ιδιότητες βλαστικών κυττάρων τα οποία εν συνεχεία συσσωρεύουν και άλλες μεταλλαγές και τελικά οδηγούν στο σχηματισμό καρκινικών βλαστικών κυττάρων. Oι μεταλλαγές αυτές μπορεί να οδηγήσουν σε καταστροφή αλληλουχιών, που ενεργοποιούν γονίδια-κλειδιά για τη διαφοροποίηση, γονίδια που κωδικοποιούν αναστολείς του κυτταρικού κύκλου ή γονίδια που σχετίζονται με την απόπτωση ή να απενεργοποιήσουν μηχανισμούς οι οποίοι φυσιολογικά περιορίζουν την ικανότητα πολλαπλασιασμού των προγονικών κυττάρων, όπως τα ογκοκατασταλτικά γονίδια. Υπάρχουν ορισμένα μοντέλα προέλευσης των καρκινικών βλαστικών κυττάρων. Το πρώτο είναι το ιεραρχικό μοντέλο της ογκογένεσης στο οποίο οι ετερογενείς όγκοι προέρχονται από έναν μικρό πληθυσμό καρκινικών βλαστικών κυττάρων τα οποία δίνουν γένεση, μέσω κάποιου βαθμού διαφοροποίησης, σε όλα τα καρκινικά κύτταρα του όγκου καθώς επίσης και στις μεταστάσεις. Το δεύτερο είναι το στοχαστικό μοντέλο ογκογένεσης σύμφωνα με το οποίο οποιοδήποτε κύτταρο του ανομοιογενούς πληθυσμού του όγκου είναι δυνητικά ικανό να οδηγεί στο σχηματισμό νέων όγκων και να δίνει μεταστάσεις. Η ετερογένεια των όγκων οφείλεται στις αλλαγές του μικροπεριβάλλοντός τους καθώς και στην συνύπαρξη ανεξάρτητων σωματικών μεταλλαγών. Συνεπώς οι όγκοι αποτελούν τρισδιάστατους ιστούς στους οποίους τα καρκινικά κύτταρα καθίστανται λειτουργικά ετερογενή ως αποτέλεσμα διαφοροποίησης (77). Εικόνα 18: Τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα από πρωτογενείς όγκους μπορούν να μεταναστεύσουν σε απομακρυσμένες θέσεις και να σχηματίσουν δευτερογενείς εντοπίσεις, τις μεταστάσεις (Craig T. Jordan, Monica L. Guzman, and Mark Noble 2006). Σύμφωνα με τα μέχρι πρόσφατα ισχύοντα μοντέλα, βασισμένα κυρίως στη μελέτη καλλιεργειών κυτταρικών σειρών, ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά των καρκινικών κυττάρων είναι η απόκτηση απεριόριστου δυναμικού πολλαπλασιασμού ή η αθανατοποίησή τους. Για να γίνει αθάνατο ένα κύτταρο θα πρέπει να διαθέτει ένα σύστημα για τη διατήρηση του μήκους των τελομερών. Η τελομεράση είναι ένα ριβονουκλεοπρωτεϊνικό ενζυμικό σύμπλεγμα το οποίο αντιρροπεί την προοδευτική μείωση του μήκους των επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών των τελομερών και δεν ανιχνεύεται συνήθως στους φυσιολογικούς ιστούς. Η έκφρασή της στα καρκινικά κύτταρα είναι αποτέλεσμα γενετικών και επιγενετικών φαινομένων που οδηγούν σε έκτοπη συνεχή ενεργοποίηση της ανθρώπινης αντίστροφης μεταγραφάσης της τελομεράσης. Παρόλα αυτά δεν έχουν αποσαφηνιστεί σε μεγάλο βαθμό οι μοριακοί μηχανισμοί που ευθύνονται για τη θετική ρύθμισή της, ενώ η in vivo έκφρασή της παραμένει αποδεδειγμένα εξαιρετικά ετερογενής στα καρκινικά κύτταρα. Σύμφωνα

33 με μία πρόσφατη μελέτη η τελομεράση εκφράζεται στα φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα, σε επίπεδα πολύ χαμηλά, ενώ η έκφρασή της βαθμιαία ελαττώνεται και εξαφανίζεται κατά τη διαφοροποίηση τόσο στους φυσιολογικούς όσο και στους καρκινικούς ιστούς. Έτσι για παράδειγμα ένα από τα γονίδια που εμπλέκεται στον έλεγχο της αυτό-ανανέωσης των βλαστικών κυττάρων το Bmi-1, ρυθμίζει επίσης θετικά την έκφραση της τελομεράσης στα επιθηλιακά κύτταρα (78). Β) ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΙ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Τα φυσιολογικά και τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα παρουσιάζουν ομοιότητες όσον αφορά στο φαινότυπο και στους μοριακούς μηχανισμούς. Για παράδειγμα τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα από καρκίνο του εγκεφάλου εκφράζουν δείκτες φυσιολογικών νευρικών βλαστικών κυττάρων και εξαρτώνται από τα ίδια μοριακά μονοπάτια για τον πολλαπλασιασμό τους. Η σηματοδότηση από τους παράγοντες Hedgehog, Wnt και Notch προάγει τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων, αλλά και ρυθμίζει την αυτο-ανανέωση των φυσιολογικών βλαστικών κυττάρων. Προϊόντα των ογκοκατασταλτικών γονιδίων, όπως το p53, p16ink4a και p19arf αναστέλλουν τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών κυττάρων και ταυτόχρονα αναστέλλουν την αυτο-ανανέωση των φυσιολογικών βλαστικών κυττάρων. Έτσι τίθεται το θέμα εάν μπορούν να αναγνωριστούν διαφορές σε μοριακό επίπεδο μεταξύ καρκινικών και φυσιολογικών βλαστικών κυττάρων (79). Το PTEN (phosphatase and tensin homologue) είναι μία φωσφατάση η οποία ρυθμίζει αρνητικά τη σηματοδότηση μέσω της οδού PI3K/Akt αναστέλλοντας τον πολλαπλασιασμό και την επιβίωση των κυττάρων. Το PTEN έχει βρεθεί απενεργοποιημένο σε διάφορους καρκίνους. Το 2005 ο Goszer και οι συνεργάτες του μελέτησαν το ρόλο της απαλειφής του PTEN στο γλοιοβλάστωμα. Το PTEN περιορίζει τον πολλαπλασιασμό των νευρικών βλαστικών και προγονικών κυττάρων in vivo. Βρέθηκε πως η απαλειφή του σε νευρικά βλαστικά/προγονικά κύτταρα οδήγησε αυξημένη ικανότητα αυτο-ανανέωσης, αύξηση του ρυθμού μετάβασης από τη φάση G0 στη φάση G1 του κυτταρικού κύκλου και μειωμένη εξάρτηση από αυξητικούς παράγοντες (80). Το 2006 ο Yilmaz και συνεργάτες του καθώς και ο Zhang και συνεργάτες του εξέτασαν το αποτέλεσμα της απαλειφής του PTEN τόσο στα λευχαιμικά βλαστικά κύτταρα όσο και στα φυσιολογικά αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα. Η απαλειφή του PTEN στα αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα των ενηλίκων προήγαγε τον πολλαπλασιασμό τους. Αυτή η αύξηση του πολλαπλασιασμού όμως συνδέεται με τρία γεγονότα που αφορούν στην ομοιόσταση της δεξαμενής των βλαστικών κυττάρων. Πρώτον παρατηρήθηκε μεταβολή της εντόπισής τους και συγκεκριμένα αυξημένη παρουσία στο αίμα και στον σπλήνα και μειωμένη ικανότητα παραμονής στο μυελό των οστών. Δεύτερον, παρατηρήθηκε διαταραχή στη διαφοροποίηση προς τα κύτταρα της λευκής σειράς και τρίτον παρατηρήθηκε μείωση του αριθμού τους. Τα αποτελέσματα αυτά φαίνεται πως οφείλονται στην ενεργοποίηση του mtor και την ενεργοποίηση της Akt (81). Σύμφωνα με τα παραπάνω η απουσία του PTEN οδηγεί τα βλαστικά κύτταρα σε αύξηση του αριθμού τους και προάγει τη διαφυγή τους από τους ομοιοστατικούς ελεγκτικούς μηχανισμούς. Οι παραπάνω μελέτες έδειξαν τα διαφορετικά αποτελέσματα της απαλειφής του PTEN στα φυσιολογικά βλαστικά κύτταρα σε σχέση με τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα (81)

34 Εικόνα 19: Η δράση του PTEN ως φωσφατάση (Dean L, McEntyre J, et al.1999). Γ) ΒΙΟΕΝΕΡΓΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Πολυάριθμες μελέτες, έχουν υποστηρίξει την ιδέα ότι η καρκινογένεση περιλαμβάνει την ενεργοποίηση των ογκογονιδίων που προάγουν τον όγκο και την απενεργοποίηση των ογκοκατασταλτικών γονιδίων που οδηγούν σε αναστολή της ανάπτυξης του όγκου. Ωστόσο, η εκτεταμένη έρευνα είναι χωρισμένη σε δύο τομείς, δηλαδή την βιοενεργητική των όγκων και την υπόθεση πρόκλησης καρκίνου μέσω των καρκινικών βλαστικών κυττάρων. Μια έρευνα για τις δύο αυτές έννοιες θα δημιουργούσε μια νέα εποχή για τη μελέτη της βιολογίας του καρκίνου. Μάλιστα, πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι τα δύο φαινομενικά διαφορετικά πεδία θα μπορούσαν να σχετίζονται μεταξύ τους (79). Ο Otto Warburg κέρδισε το βραβείο Νόμπελ το 1931 για την εργασία του σχετικά με αναπνευστική δυσλειτουργία στον καρκίνο. Συγκεκριμένα έδειξε ότι σε αντίθεση με φυσιολογικούς ιστούς που η πηγή ενέργειάς τους, το ΑΤΡ, προέρχεται μέσω του μεταβολισμού της γλυκόζης σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό, διαδικασία που εκτελείται από τα μιτοχόνδρια και απαιτεί παρουσία οξυγόνου, τα καρκινικά κύτταρα σπάνια εξαρτώνται από τα μιτοχόνδρια για την αναπνοή τους και για να αποκτήσουν σχεδόν το ήμισυ του ATP τους χρησιμοποιούν τον αναερόβιο μεταβολισμό της γλυκόζης σε γαλακτικό οξύ, έστω και με την παρουσία του οξυγόνου (82). Ωστόσο, με την ανακάλυψη ότι οι όγκοι δεν δείχνουν καμία τάση προς τη γλυκόλυση η υπόθεση πρόκλησης καρκίνου του Warburg, δηλαδή η υψηλή παραγωγή γαλακτικού οξέως και χαμηλή δραστηριότητα των μιτοχονδρίων παρουσία οξυγόνου, ήταν βαθμιαία αναξιόπιστη. Η υπεροχή της μοριακής βιολογίας έχει δώσει περισσότερη έμφαση στις γενετικές αποκλίσεις των καρκινικών κυττάρων, και σκίασε τη μελέτη των βιοενεργητικής των όγκων και τις απόψεις του Warburg (83). Ο αυξανόμενος αριθμός των πρόσφατων μελετών έχει αποκαταστήσει την σημασία των αποτελεσμάτων της μελέτης του Warburg στην ογκογένεση, αναφέροντας ότι η βιοενεργητική μπορεί να διαδραματίσει έναν κρίσιμο ρόλο στην κακοήθη εξαλλαγή

35 Ειδικότερα έχει αναφερθεί ότι το P53, το οποίο είναι ένα από τα πιο συχνά μεταλλαγμένα γονίδια στον καρκίνο, μπορεί να προκαλέσει καρκίνο με τα χαρακτηριστικά της υπόθεσης πρόκλησης καρκίνου του Warburg. Ο παράγοντας ο οποίος βοηθάει στην έναρξη του καρκίνου δεν είναι μόνο η γλυκόλυση, αλλά και η μείωση της αναπνοής παρά την παρουσία οξυγόνου (84). Το φαινόμενο της υποξίας ρυθμίζει τις λειτουργίες των αιμοποιητικών βλαστικών κυττάρων στο μυελό των οστών και των μεταστατικών καρκινικών κυττάρων με διατήρηση των σημαντικών λειτουργιών των βλαστικών κυττάρων, όπως ο έλεγχος του κυτταρικού κύκλου, η επιβίωση, ο μεταβολισμός και η προστασία κατά του οξειδωτικού στρες. Παρόλα αυτά η υπόθεση πρόκλησης καρκίνου του Warburg εξακολουθεί να είναι ένα αμφιλεγόμενο θέμα. Αρκετές εταιρείες και εργαστήρια προσπαθούν να αξιολογήσουν την βιοενεργότητα των καρκινικών βλαστικών κυττάρων που σχετίζεται με την καρκινογένεση με τη δοκιμή των διαθέσιμων αντικαρκινικών φαρμάκων σε άτομα με καρκίνο (85). Το 1937 οι Furth και Kahn έδειξαν ότι μπορεί να προκληθεί λευχαιμία σε ποντικούς από ένα ογκογόνο κύτταρο. Αυτό οδήγησε στο συμπέρασμα ότι φυσιολογικά σωματικά κύτταρα μπορούν να μετατραπούν σε ένα ή λίγα ογκογόνα κύτταρα τα οποία προκαλούν καρκίνο (86). Μετά τον εντοπισμό των καρκινικών βλαστικών κυττάρων στη λευχαιμία (87), βρέθηκαν και άλλα καρκινικά βλαστικά κύτταρα σε καρκίνους του εγκεφάλου (88), του μαστού (89) και του γαστρεντερικού συστήματος (90). Ένας μικρός πληθυσμός των κυττάρων του όγκου παίζει σημαντικό ρόλο στην αντίσταση στη χημειοθεραπεία ή στην ακτινοθεραπεία και μπορεί να χρειαστεί ισχυρότερη θεραπεία παρά το γεγονός ότι τα κύτταρα του όγκου φαίνεται να έχουν εξαληφθεί (91). Εκτός από τις γενετικές αλλαγές τους τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα έχουν ιδιότητες των φυσιολογικών βλαστικών κυττάρων όπως είναι η αυτοανανέωση και η διαφοροποίηση (92). Οι επιφανειακοί δείκτες των καρκινικών βλαστικών κυττάρων έχουν βρεθεί και μελετηθεί. Τέτοιοι δείκτες είναι οι musashi-1 (Msi-1), hairy and enhancer of split homolog-1 (Hes-1), CD133 (prominin-1, Prom1), epithelial cellular adhesion molecule (EpCam), claudin-7, CD44 variant isoforms και ο Lgr5 (93). Παρ 'όλα αυτά, λίγα είναι γνωστά για τους μοριακούς δείκτες αυτούς που είναι χαρακτηριστικοί και ενισχύουν τη διαφοροποίηση των κυτταρικών πληθυσμών στους συμπαγείς όγκους, όπως οι όγκοι του γαστρεντερικού συστήματος (94). Έχει αποδειχθεί ότι παρόλο που η υποξία και ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός έχουν διαφορετικά μονοπάτια, συχνά συνυπάρχουν κατά την ανάπτυξη του όγκου. Πρόσφατα, αποδείχθηκε ότι η εξοκινάση 2 και ο μιτοχονδριακός της υποδοχέας voltage-dependent anion channel (Vdac), και το γονίδιο που κωδικοποιεί την εξοκινάση 2 παίζουν τον πιο καθοριστικό και άμεσο ρόλο στην υπόθεση πρόκλησης καρκίνου του Warburg. Ειδικότερα, τα γονίδια των πολλών ενζύμων γλυκόλυσης είναι υπό τον έλεγχο των Myc, Hif-1, και του ογκοκατασταλτικού p53, υποδηλώνοντας ότι η ενισχυμένη γλυκόλυση είναι απαραίτητη τόσο για αθανατοποίηση όσο και για μετατροπή, δεδομένου ότι καθιστά τα κύτταρα ανθεκτικά στο οξειδωτικό στρες και συμβάλλει στην προσαρμογή τους στην κατάσταση υποξίας (95). Αν και η μελέτη της βιοενεργητικής των καρκινικών βλαστικών κυττάρων συνέβαλε στην έρευνα για τον καρκίνο πρέπει να δοθεί μεγαλύτερη προσοχή στη διάγνωση και την θεραπεία του καρκίνου. Επιπλέον, οι παραπάνω μελέτες έδειξαν ότι η έρευνα των πολυδύναμων βλαστικών κυττάρων είναι απαραίτητη για την κατανόηση των παραγόντων οι οποίοι σχετίζονται με τον καρκίνο καθώς και για την διαφοροποίηση

36 των φυσιολογικών από τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα (77). Δ) ΔΙΑΙΡΕΣΗ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Η ικανότητα για συμμετρική διαίρεση των βλαστικών κυττάρων είναι ίσως αναγκαία προϋπόθεση για τον κακοήθη μετασχηματισμό τους και ο καρκίνος μπορεί να αντικατοπτρίζει την ικανότητα υιοθέτησης συμμετρικού τρόπου διαίρεσης. Οι ασύμμετρες κυτταρικές διαιρέσεις έχουν εξελικτικά συντηρημένο ρόλο στην καταστολή των όγκων. Συγκεκριμένα το γονίδιο της αδενωματώδους πολυποδίασης του εντέρου (adenomatous polyposis coli, APC) που απαιτείται για την ασύμμετρη διαίρεση των σπερματικών βλαστικών κυττάρων στη Drosophila είναι σημαντικό ογκοκατασταλτικό γονίδιο του εντερικού επιθηλίου των θηλαστικών. Δεν είναι γνωστό εάν το APC ρυθμίζει την ασύμμετρη διαίρεση και στα βλαστικά κύτταρα του εντερικού επιθηλίου αλλά είναι σημαντικό ότι ο καρκίνος του εντέρου χαρακτηρίζεται από ιδιότητες εξαιρετικά όμοιες με αυτές των βλαστικών κυττάρων του εντερικού επιθηλίου. Ακόμα ορισμένα γονίδια που επάγουν τις συμμετρικές διαιρέσεις λειτουργούν ως ογκογονίδια στα κύτταρα των θηλαστικών. Για παράδειγμα η atypical protein kinase (apkc) η οποία φυσιολογικά εντοπίζεται στο κορυφαίο τμήμα του κυτταρικού φλοιού των νευροβλαστών ως τμήμα του συμπλέγματος PAR-aPKC και η ενεργοποιημένη μορφή της προκαλεί εξαιρετικά μεγάλη αύξηση στις συμμετρικές διαιρέσεις των νευροβλαστών. Οι συμμετρικές διαιρέσεις συμμετέχουν σε γεγονότα που οδηγούν σε ανευπλοειδία. Ειδικότερα ο μηχανισμός που ελέγχει την ασύμμετρη διαίρεση είναι υπεύθυνος και για τον προσανατολισμό της μιτωτικής ατράκτου. Αιτία ανευπλοειδίας σε συμμετρικά διαιρουμένους νευροβλάστες στη Drosophila είναι το ελαττωματικό κεντροσωμάτιο, δηλαδή διπλασιασμένο ή ανώμαλου σχήματος, το οποίο οδηγεί σε λάθη κατά τον διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων. Η ρύθμιση της λειτουργίας του κεντροσωματίου από ογκοκατασταλτικά γονίδια είναι επίσης σημαντικός παράγοντας για την αποφυγή γονιδιακής αστάθειας και στα θηλαστικά. Τόσο το κεντροσωμάτιο όσο και η μιτωτική άτρακτος φαίνεται να ρυθμίζονται πολύ αυστηρά κατά τις ασύμμετρες διαιρέσεις ώστε να εξασφαλιστεί πως τα θυγατρικά κύτταρα θα ακολουθήσουν διαφορετική πορεία το καθένα και πως θα εξασφαλιστεί ο σωστός διαχωρισμός των χρωμοσωμάτων. Συμπερασματικά λοιπόν οι συμμετρικές διαιρέσεις αυξάνουν τον αριθμό των βλαστικών κυττάρων αλλά και την πιθανότητα για ανευπλοειδία και άλλες δευτερογενείς μεταλλαγές μέσω του ελέγχου των μιτωτικών ατράκτων και του κεντροσωματίου. Η θεωρία πως συμμετρικές διαιρέσεις απαιτούνται για τον πολλαπλασιασμό των καρκινικών βλαστικών κυττάρων είναι ακόμα υποθετική. Αυτό όμως που θα απασχολήσει τις μελλοντικές έρευνες είναι η κατανόηση του μοριακού μηχανισμού μέσω του οποίου τα βλαστικά κύτταρα εναλλάσσουν τις συμμετρικές με τις ασύμμετρες διαιρέσεις (96). ΠΡΩΤΟΠΑΘΗΣ ΚΑΡΚΙΝΟΣ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ ΟΡΙΣΜΟΣ Κάθε παθολογοανατομική εξεργασία, η οποία αυξάνει τη μάζα του ενδοκρανιακού περιεχομένου και μειώνει με αυτό τον τρόπο το διαθέσιμο ενδοκρανιακό χώρο ονομάζεται ενδοκρανιακός όγκος ή χωροκατακτητική εξεργασία. Πριν από μερικές ακόμη δεκαετίες η διάγνωση των όγκων του εγκεφάλου γινόταν μόνο

37 παθολογοανατομικά. Η τεράστια εξέλιξη της νευροχειρουργικής και των νέων παρακλινικών διαγνωστικών μεθόδων επιτρέπει σήμερα την έγκαιρη διάγνωση και την καλύτερη θεραπεία τους (97). ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ Η ταξινόμηση των όγκων του εγκεφάλου μπορεί να γίνει με διαφορετικούς τρόπους. Την αρχή έκαναν οι P. Bailey και H. Cushing το 1926 οι οποίοι δημοσίευσαν μία εργασία για την ιστολογική και κλινική πορεία των γλοιωμάτων. Το ίδιο έκανε και ο Kernohan James Watson το 1949 δημοσιεύοντας μία ταξινόμηση για τα αστροκυττώματα χωρίζοντάς τα σε τέσσερις βαθμίδες λαμβάνοντας υπόψη την ατυπία, την νέκρωση και την αγγειοβρίθεια των κυττάρων του όγκου. Ο τύπος Ι περιλαμβάνει αστροκύτταρα χωρίς μεταπλασία. Ο τύπος ΙΙ περιλαμβάνει τα κύτταρα που έχουν ήπια μεταπλασία χωρίς μιτώσεις. Ο τύπος ΙΙΙ περιλαμβάνει μέτρια μεταπλασία του 50% των κυττάρων, παρουσία μιτώσεων, εστίες κυτταροβρίθειας, πιθανές νεκρώσεις και αγγειακή υπερπλασία. Ο τύπος ΙV περιλαμβάνει εκσεσημασμένη μεταπλασία των περισσότερων κυττάρων, άφθονες μιτώσεις, παρουσία νεκρώσεων και αγγειακής υπερπλασίας. Ένας απλός τρόπος βασίζεται στην προέλευσή τους και περιλαμβάνει όγκους που προέρχονται από το νευρικό κύτταρο, όγκους που δεν προέρχονται από το νευρικό κύτταρο και μεταστάσεις. Ένας άλλος τρόπος μπορεί να βασίζεται στον τύπο των ιστών που υπάρχουν στην κρανιακή κοιλότητα δηλαδή του εγκεφάλου, των εγκεφαλικών συζυγιών, της υπόφυσης, της επίφυσης, των μηνίγγων, των διαμαρτιών, των εξω-εγκεφαλικών ιστών και των μεταστατικών όγκων. Αλλά και πάλι η ταξινόμηση αυτή δεν είναι αρκετή και για αυτό η διεθνής εταιρεία καταπολέμησης του καρκίνου αποφάσισε το 1965 και το 1969 να υποδιαιρέσει τους όγκους του νευρικού συστήματος σε αυτούς που προέρχονται από τα νευρικά κύτταρα, από το νευροεπιθηλιακό επενδυματικό ιστό, από τα νευρικά στοιχεία του οφθαλμού, από τη νευρογλοία, από τα περιφερικά νωτιαία και κρανιακά νεύρα, από τις μήνιγγες, από τον παρεγχυματικό ιστό του νευρικού συστήματος, από τα παραγαγγλιακά στοιχεία από το κωνάριο και από την υπόφυση. Και πάλι η ταξινόμηση αυτή δεν ήταν παγκόσμια παραδεκτή για αυτό το 1977 ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας σε μία σειρά από συνεδρίες και ύστερα από μελέτη ετών κατέληξε στο συμπέρασμα να διαιρέσει τους όγκους του εγκεφάλου λαμβάνοντας υπόψη όχι μόνο τον εγκεφαλικό ιστό, το περίβλημα των εγκεφαλικών συζυγιών, τις μήνιγγες, τις ανωμαλίες κατά τη διάπλαση, αλλά ακόμη και τις ανωμαλίες που έχουν σχέση τόσο με το αγγειακό σύστημα όσο και με τους γύρω ιστούς της κρανιακής κοιλότητας. Οι Daumas και Duport το 1988 πρότειναν μία καινούρια ταξινόμηση για τα αστροκυττώματα, σε τέσσερις βαθμίδες, η οποία περιλαμβάνει τα τρία κριτήρια του Kernohan (ατυπία, νέκρωση, μίτωση) με την προσθήκη ενός ακόμη, του ενδοθηλιακού πολλαπλασιασμού. Η πρώτη βαθμίδα περιλαμβάνει τα κύτταρα χωρίς καθορισμένα κριτήρια. Η δεύτερη βαθμίδα περιλαμβάνει τα κύτταρα με ατυπία. Η τρίτη βαθμίδα περιλαμβάνει τα κύτταρα με ατυπία και μίτωση. Η τέταρτη βαθμίδα περιλαμβάνει τα κύτταρα με τρία ή τέσσερα κριτήρια. Το 1979 και τελευταία φορά το 1993 ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας εξέδωσε βαθμολόγιο για την κλινική εκτίμηση και πορεία των πρωτοπαθών εγκεφαλικών όγκων. Η τελευταίως παραδεκτή ιστολογική κατάταξη των όγκων του κεντρικού νευρικού συστήματος είναι αυτή του Armed Forces Institute of Pathology (AFIP) του 1993 η οποία θεωρείται η πιο

38 σύγχρονη και λαμβάνει υπόψη μόνο την ιστολογική μορφή των όγκων. Αυτοί οι όγκοι κατατάσσονται στις ακόλουθες ομάδες. Ι1.των Αστροκυτταρικών νεοπλασμάτων με όλες τις υποομάδες των αστροκυττωμάτων 2. των Ολιγοδενδρογλοιωμάτων 3. των Νεοπλασμάτων του επενδύματος 4. των Νεοπλασμάτων του χοριοειδούς πλέγματος 5. των Γλοιωμάτων μικτής συστάσεως 6. των λοιπών Γλοιωμάτων ΙΙ των Νευρικών και Γλοιονευρικών όγκων ΙΙΙ των Εμβρυικών όγκων ( βλαστωμάτων) ΙV των Όγκων της επιφύσεως V των Όγκων αβέβαιης προελεύσεως όπως αιμαγγειοβλάστωμα VI των Germ cells Όγκων VII των Μηνιγγικών όγκων VIII των Μεσεγχηματικών όγκων στους οποίους περιλαμβάνονται και οι αγγειακοί όγκοι και δυσπλασίες όπως και οι μη αγγειακοί- καλοήθεις όγκοι όπως λίπωμα, χόνδρωμα, και κακοήθεις όπως χόρδωμα ΙΧ των Όγκων του Παραγαγγλιακού ιστού Χ των Όγκων του Αιμοποιητικού ιστού όπως λεμφώματα, αγγειώματα, πλασματοκυττώματα και άλλα ΧΙ των Όγκων των περιφερικών νεύρων ΧΙΙ των Μελανοκυτταρικών όγκων ΧΙΙΙ των Κρανιοφαρυγγιωμάτων ΧΙV των Κακοήθων Κυστικών όγκων ΧV των Ψευδοόγκων που οφείλονται σε διαμαρτίες ή σε απροσδιόριστη προέλευση ΧVΙ των Δυσγενετικών συνδρόμων όπως νευροϊνωμάτωση και von Hippel Lindau ΧVΙΙ των Μαζών που προέρχονται από αντίδραση ή λοίμωξη και παρουσιάζουν συμπτωματολογία όγκου όπως απομυελίνωση, νέκρωση από ακτινοθεραπεία και κοκκιώματα ΧVΙΙΙ των Μεταστατικών και Δευτερογενών όγκων Το βαθμολογικό σύστημα του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας αφορά την κλινικοιστολογική πορεία του ασθενούς ενώ η Διεθνής Ταξινόμηση Ογκολογικών Νόσων του 2000 αφορά την ιστολογική ταξινόμηση και δεν θα πρέπει να συγχέεται. Σύμφωνα με αυτό το σύστημα: Πρώτου βαθμού είναι μη κακοήθεις οι όγκοι και βραδέως εξελισσόμενοι, με καλή πρόγνωση. Δεύτερου βαθμού είναι οι όγκοι οι οποίοι εξελίσσονται βραδέως, μπορούν να υποτροπιάσουν και μάλιστα σε μεγαλύτερο βαθμό, και να δώσουν ή όχι μεταστάσεις. Τρίτου βαθμού είναι οι μεταστατικοί όγκοι που υποτροπιάζουν σε μεγαλύτερο βαθμό. Τετάρτου βαθμού είναι οι όγκοι οι υψηλής κακοήθειας και επιθετικότητας. Υπάρχει βέβαια και μία ανατομοκλινική ταξινόμηση των όγκων που βασίζεται όχι μόνο στην ιστολογική εικόνα αλλά και στην κλινική εικόνα του ασθενούς όπως επίσης και στα αποτελέσματα των απεικονιστικών εξετάσεων. Η ταξινόμηση του AFIP είναι η πλέον παραδεκτή από τους παθολογοανατόμους σήμερα. Ο Παγκόσμιος Οργανισμός Υγείας στην αναθεώρηση του 2000 χωρίζει τους όγκους του κεντρικού νευρικού συστήματος σε νευροεπιθηλιακούς και μη νευροεπιθηλιακούς. Νευροεπιθηλιακοί όγκοι είναι: το αστροκύττωμα ( πιλοκυτταρικό, χαμηλής διαφοροποίησης, αναπλαστικό και πολύμορφο γλοιοβλάστωμα), το επενδύμωμα, το ολιγοδενδρογλοίωμα, το μυελοβλάστωμα, το

39 μικτό γλοίωμα, το θήλωμα του χοριοειδούς πλέγματος, το κωναρίωμα και το αναπλαστικό αγγειογλοίωμα. Μη νευροεπιθηλιακοί όγκοι είναι: το κρανιοφαρυγγίωμα, το μηνιγγίωμα, το σβάννωμα και το λέμφωμα. Ένας άλλος προσδιορισμός του όγκου είναι η θέση του σε σχέση με τις δομές του κρανίου. Σύμφωνα με την Διεθνή Ταξινόμηση Ογκολογικών Νόσων οι ενδοκρανιακοί όγκοι χωρίζονται σε υπερσκηνίδιους και σε υποσκηνίδιους. Οι υπερσκηνίδιοι χωρίζονται παραπέρα σε ενδοπαρεγχυματικούς και σε εξωπαρεγχυματικούς. Από τους ενδοπαρεγχυματικούς συχνότεροι είναι το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα και οι δευτερογενείς εγκεφαλικοί όγκοι, ενώ από τους εξωπαρεγχυματικούς το μηνιγγίωμα. Οι όγκοι του εγκεφάλου πέρα από τις παραπάνω ταξινόμησεις διαιρούνται σε δύο μεγάλες κατηγορίες στους πρωτοπαθείς και στους δευτεροπαθείς ή μεταστατικούς. Οι πρωτοπαθείς αποτελούν συνήθως το 80% των όγκων, ενώ το 20% αποτελείται από δευτεροπαθείς όγκους δηλαδή μεταστατικούς που προέρχονται από πρωτοπαθή καρκίνο του μαστού, των βρόγχων, των νεφρών δηλαδή υπερνέφρωμα, από μελάνωμα ή από χοριοεπιθηλίωμα. Σε περίπτωση υπόνοιας ενδοκρανιακού όγκου πάντοτε πρέπει να υπάρχει η υποψία μετάστασης. Για το λόγο αυτό πρέπει να αναζητείται πιθανός πρωτοπαθής όγκος αλλού και να γίνεται τουλάχιστο μία ακτινογραφία θώρακα μαζί με τις απλές ακτινογραφίες κρανίου όπως και γενική εξέταση του αρρώστου (97). ΕΠΙΔΗΜΙΟΛΟΓΙΑ Υπάρχουν ορισμένοι όγκοι οι οποίοι εμφανίζονται στα πρώτα χρόνια της ζωής, ιδίως στους άνδρες, όπως είναι το μυελοβλάστωμα, το σάρκωμα και το επενδύμωμα. Γύρω στην ηλικία των 15 ετών, εμφανίζεται σχεδόν αποκλειστικά στα αγόρια το κρανιοφαρυγγίωμα και το αδένωμα της υπόφυσης, ενώ το σπογγιοβλάστωμα της παρεγκεφαλίδας εμφανίζεται κυρίως στα κορίτσια της ίδιας ηλικίας. Ειδικότερα το κρανιοφαρυγγίωμα εμφανίζεται στις δύο πρώτες 10ετίες της ζωής του άνδρα και στις τελευταίες 10ετίες της ζωής της γυναίκας. Σε γενικές γραμμές οι όγκοι του εγκεφάλου στην παιδική ηλικία εμφανίζονται σε ποσοστό 58% στα αγόρια και 42% στα κορίτσια. Οι ασθενείς ηλικίας κάτω των 10 ετών το 60% παρουσιάζουν όγκους κάτω από το σκηνίδιο της παρεγκεφαλίδας, ενώ μετά την ηλικία των 10 ετών αλλάζει προοδευτικά το ποσοστό για να πλησιάσει τη συχνότητα των όγκων του ενήλικα που είναι 75% πάνω από το σκηνίδιο της παρεγκεφαλίδας και 25% κάτω από το σκηνίδιο της παρεγκεφαλίδας. Σε γενικές επίσης γραμμές 50% από τους όγκους του εγκεφάλου είναι παρεγχυματικής αιτιολογίας, ενώ στο υπόλοιπο 50% συμμετέχουν τα μηνιγγιώματα από 13-18%, τα σβανώματα του ακουστικού νεύρου κατά 8%, οι όγκοι της υπόφυσης από 3,4 έως 17% (97). Η συχνότητα των πρωτοπαθών όγκων του εγκεφάλου έχει αυξηθεί τα τελευταία χρόνια στις αναπτυγμένες χώρες και ιδιαίτερα στον πληθυσμό μεγαλύτερης ηλικίας. Έτσι ενώ η αύξηση είναι σε ποσοστό 40% στον γενικό πληθυσμό, σε άτομα μεγαλύτερα των 65 χρόνων ανέρχεται στο 100%. Είναι συζητήσιμο όμως εάν αυτή η καταγραφή αντιπροσωπεύει πραγματική αύξηση της συχνότητας των όγκων ή είναι αποτέλεσμα της καλύτερης διαγνωστικής προσέγγισης των ασθενών. Δραματική όμως και πραγματική είναι η αύξηση των πρωτοπαθών λεμφωμάτων του κεντρικού νευρικού συστήματος σε ποσοστό που φθάνει το 300% τις δύο τελευταίες δεκαετίες σε ασθενείς με ανεπάρκεια του ανοσοποιητικού συστήματος και σε

40 ανοσοκατασταλμένους ασθενείς που έχουν υποβληθεί σε μεταμόσχευση οργάνων (98). Τα γλοιώματα στους άνδρες και τα μηνιγγιώματα στις γυναίκες είναι οι περισσότερο συχνοί πρωτοπαθείς όγκοι του εγκεφάλου στους ενήλικες σε ποσοστό που φθάνει το 60% και το 20% αντίστοιχα. Στους νεαρούς ενήλικες συχνότερα απαντώνται τα χαμηλής διαφοροποίησης γλοιώματα, στη μέση ηλικία το συχνότερο γλοίωμα είναι το αναπλαστικό αστροκύττωμα, ενώ στους ηλικιωμένους το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα. Γενικά η μεγαλύτερη ηλικία, όσον αφορά στα γλοιώματα, σχετίζεται με αυξημένη κακοήθεια. Στους ενήλικες το 80-85% των ενδοκρανιακών όγκων είναι υπερσκηνίδιοι, με συχνότερους όγκους ενδοπαρεγχυματικά το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα και τους μεταστατικούς όγκους και εξωπαρεγχυματικά το μηνιγγίωμα. Οι υπόσκηνίδιοι όγκοι των ενηλίκων εντοπίζονται κυρίως εξωπαρεγχυματικά, με συχνότερο όγκο το νευρίνωμα, ενώ από τους ενδοπαρεγχυματικούς όγκους οι συχνότερα απαντώμενοι είναι οι μεταστατικοί και το αιμαγγειοβλάστωμα της παρεγκεφαλίδας. Στην παιδική ηλικία το 15-20% των ενδοκρανιακών όγκων απαντάται σε ηλικία κάτω των 15 ετών, με τη μεγαλύτερη συχνότητα μεταξύ των 4 και 8 ετών. Η μεγάλη πλειοψηφία των όγκων είναι πρωτοπαθείς και η συχνότητα εμφάνισής τους είναι 2,5 περιπτώσεις ανά πληθυσμού τον χρόνο. Εντοπίζονται σε ποσοστό 70% υποσκηνίδια και ο συχνότερα απαντώμενος όγκος σε ποσοστό 35-40% είναι το μυελοβλάστωμα, το οποίο εξορμάται κατά κανόνα από το σκώληκα της παρεγκεφαλίδας (98). ΑΙΤΙΟΛΟΓΙΑ Ως παθογενετικά αίτια των όγκων του έχουν αναφερθεί κρανιοεγκεφαλικές κακώσεις, φλεγμονώδη αίτια, μεταβολικές και συστηματικές παθήσεις, εκθέσεις σε ακτινοβολίες και τοξίνες, χωρίς όμως να έχει με βεβαιότητα αποδειχτεί ο ρόλος τους στην παθογένεια του όγκου. Κληρονομική συμμετοχή έχει αναφερθεί σε περιπτώσεις γλοιωμάτων του αμφιβληστροειδούς, νευρινωμάτων, μηνιγγιωμάτων, καθώς επίσης και σε περιπτώσεις αστροκυττωμάτων που εμφανίστηκαν σε περισσότερα από ένα μέλη οικογενειών. Έχει αναφερθεί επίσης και εμφάνιση παρεγκεφαλιδικών μυελοβλαστωμάτων σε δίδυμα. Για τα κληρονομικο-οικογενή νοσήματα, όπως το σύνδρομο Von-Hippel-Lindau, την οζώδη σκλήρυνση, τη νόσο του Von Reeklinghausen, νοσήματα που συνοδεύονται με νεοπλάσματα του κεντρικού και περιφερικού νευρικού συστήματος, μία πρώτη υπόθεση είναι ότι υπάρχει σχέση νεοπλασίας και εμβρυικών υπολειμμάτων. Μια δεύτερη υπόθεση στηρίζεται στην αρχή ότι εμβρυικά ανώμαλα γλοιακά κύτταρα πολλαπλασιάζονται και δημιουργούν την νεοπλασία. Για τα περισσότερο πρωτόγονα και κακοήθη νεοπλάσματα της βρεφικής και παιδικής ηλικίας, όπως είναι το μυελοβλάστωμα, το νευροβλάστωμα και το μυελοεπιθηλίωμα, έχει αναφερθεί η πιθανότητα να έχουν την προέλευσή τους από αρχέγονα νευρωνικά ή με διπλή δυνατότητα διαφοροποίησης πρόδρομα κυτταρικά στοιχεία. Για την πλειοψηφία όμως των όγκων του κεντρικού νευρικού συστήματος πιστεύεται ότι προέρχονται από νεοπλασματική διαφοροποίηση κυτταρικών στοιχείων του ενήλικα (98). ΟΡΙΣΜΕΝΟΙ ΤΥΠΟΙ ΠΡΩΤΟΠΑΘΟΥΣ ΚΑΡΚΙΝΟΥ ΤΟΥ ΕΓΚΕΦΑΛΟΥ Ένας όγκος του εγκεφάλου μπορεί να είναι μονήρης ή πολλαπλός, καλώς περιγεγραμμένος ή όχι και να βρίσκεται συνήθως μέσα στο κεντρικό νευρικό

41 σύστημα. Από την εμβρυολογία και από την κλινική πείρα είναι γνωστό ότι ορισμένοι όγκοι εμφανίζονται σε ειδικά μέρη του εγκεφάλου, όπως το αδένωμα της υπόφυσης, το κωναρίωμα ή το νευρίνωμα που προτιμά την όγδοη συζυγία. Τα μηνιγγιώματα ανευρίσκονται θεωρητικά παντού, πρακτικά πιο συχνά στη μέση γραμμή, στην περιοχή του δρεπάνου, στην οσφρητική αύλακα, στο σφηνοειδές οστούν ή στο σκηνίδιο της παρεγκεφαλίδας. Τέλος τα γλοιώματα του εγκεφάλου βρίσκονται πιο συχνά στη μετωπιαία περιοχή, στο μεσολόβιο όπου αναπτύσσονται με μορφή πεταλούδας καταλαμβάνοντας τα δύο ημισφαίρια (97). Η διάκριση μεταξύ καλοήθων και κακοήθων όγκων είναι λιγότερο σαφής στους όγκους του εγκεφάλου από ότι είναι στους όγκους του υπόλοιπου οργανισμού. Τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, μακροσκοπικά και μικροσκοπικά ενός εγκεφαλικού όγκου δεν είναι αρκετά για την κατάταξή του από τον κλινικό γιατρό σε μία από τις παρακάτω κατηγορίες. Στην εκτίμηση της κακοήθειας ενός εγκεφαλικού όγκου περισσότερη αξία έχουν τα στοιχεία που αναφέρονται παρακάτω. Σημαντικό ρόλο παίζει η αύξηση της μάζας που καταλαμβάνει η χωροκατακτητική εξεργασία, η αντίδραση των γύρω ιστών (οίδημα), οι μηχανικές βλάβες που προκαλούνται από την πίεση του όγκου, η σχέση του όγκου με την κυκλοφορία του εγκεφαλονωτιαίου υγρού και οι αγγειακές διαταραχές που προκαλεί ο όγκος. Τα μέσα της βιολογικής εκτίμησης του όγκου του εγκεφάλου είναι η διάρκεια της συμπτωματολογίας που οδήγησε τον ασθενή στο γιατρό και η μετεγχειρητική του πορεία. Με αυτό τον τρόπο η μορφολογική κακοήθεια πρέπει να διαφοροποιηθεί από την κλινική κακοήθεια, η οποία χαρακτηρίζεται από την τριάδα εσωτερικοί παράγοντες αύξησης του όγκου, ηλικία, θέση του όγκου. Ένας καλοήθης λοιπόν όγκος, λόγω της θέσης του, όπως στο βάθος του εγκεφάλου γίνεται κακοήθης και επισφαλής για την υγεία του ατόμου, προκαλώντας είτε μία αποφρακτική υδροκεφαλία είτε βλάβες στα ζωτικής σημασίας κέντρα του οργανισμού. Συνεπώς υπάρχει μία διαφορά ως προς την έννοια της κλινικής κακοήθειας και της ιστολογικής κακοήθειας, έννοιες οι οποίες δεν είναι πάντοτε συνώνυμες (97). Είναι επίσης γνωστό ότι ένας όγκος, ανάλογα με την θέση την όποια καταλαμβάνει μέσα στον εγκεφαλικό ιστό, διαφέρει ως προς τα βιολογικά χαρακτηριστικά του. Για παράδειγμα ένα γλοίωμα των ημισφαιρίων του εγκεφάλου είναι πολύ πιο κακόηθες από ότι ένα γλοίωμα της παρεγκεφαλίδας. Επίσης πρέπει να αναφερθεί η αρχή της χειρουργικής ογκολογίας: η εξαίρεση του κακοήθη όγκου πρέπει να γίνεται μέσα σε υγιές ιστό, δεν μπορεί να επιτευχθεί πάντοτε στη νευροχειρουργική, πολλές φορές η αφαίρεσή του, λόγω της θέσης του όγκου, πρέπει να είναι μερική, για να μην καταστραφούν ορισμένες βασικές λειτουργίες του εγκεφάλου. Οι Zulch και Menneh το 1974, βασιζόμενοι στις μελέτες μεγάλων στατιστικών διαφόρων νευροχειρουργικών κέντρων, λαμβάνοντας υπόψη αφενός τον ιστολογικό τύπο του όγκου, αφετέρου τη βιολογία του όγκου, παρέθεσαν έναν προγνωστικό πίνακα ταξινόμησης των πιο συχνών όγκων που αφορά στην καθημερινή κλινική πράξη. Ο παράγοντας ηλικία παίζει ένα μεγάλο ρόλο σε ότι αφορά στη συχνότητα των όγκων είτε αυτοί αναφέρονται στην υπέρ ή υπό το σκηνίδιο περιοχή είτε είναι κακοήθεις είτε καλοήθεις (97). Παρόλα αυτά, οι στατιστικές δεν αποκρίνονται πάντοτε στην πραγματικότητα, γιατί σε πολλές χώρες οι διαγνώσεις βασίζονται μόνο στην κλινική εντόπιση του ιατρού, ο οποίος δεν προβαίνει στις ιστολογικές επιβεβαιώσεις της ασθένειας, αλλά ούτε καν και σε παρακλινικές εξετάσεις. Άλλοτε πάλι οι ασθενείς, ανάλογα με το επίπεδο μόρφωσής τους, τη χώρα στην οποία κατοικούν, ακόμη και την οικονομική τους ευχέρεια, εισάγονται σε νοσοκομειακά κέντρα, ενώ άλλοι, για πολλούς και διαφόρους

42 λόγους, αποφεύγουν αυτή την εισαγωγή. Το πρόβλημα επίσης της διάγνωσης ενός όγκου είναι παθολογοανατομικό, γιατί, για παράδειγμα στην Ιαπωνία, κάθε όγκος της περιοχής της επίφυσης αναφέρεται ως κωναρίωμα, ενώ ο ίδιος όγκος σε μία άλλη ήπειρο μπορεί να θεωρηθεί ως αστροκύττωμα αυτής της περιοχής. Άλλοτε πάλι το πρόβλημα είναι αμιγώς εγχειρητικό, ορισμένοι χειρουργοί, κυρίως Ιάπωνες, είναι λιγότερο συντηρητικοί από άλλους των ΗΠΑ ή ακόμη και της Ευρώπης (97). Μία τελευταία κλινική ταξινόμηση βασίζεται στην τάση που έχουν οι όγκοι διαφόρων παθολογικών τύπων να αναπτύσσονται σε ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου και να προκαλούν τα ακόλουθα κλινικά σύνδρομα: το ημισφαιρικό σύνδρομο, με κύρια εκδήλωση την ημιπάρεση, το αταξικό σύνδρομο, με κύρια εκδήλωση την παρεγκεφαλιδική αταξία, το σύνδρομο με κύρια εκδήλωση την ενδοκρανιακή υπέρταση, το σύνδρομο των κρανιακών νεύρων, το σύνδρομο της τύφλωσης και το σύνδρομο της κώφωσης (98). Οι ενδοκρανιακοί όγκοι σύμφωνα με την ταξινόμηση του Zulch το 1965, η οποία βασίζεται σε εμβρυολογικά κριτήρια, διακρίνονται σε όγκους νευροεξωδερμικής, μεσοδερμικής και εξωδερμικής προέλευσης, σε δυσμορφικούς όγκους, καθώς και σε μεταστατικούς όγκους. Οι νευροεξωδερμικοί όγκοι αποτελούνται από νευροεπιθηλιακά κύτταρα και συμπεριλαμβάνουν τα μυελοβλαστώματα, τα γλοιώματα, τα παραγαγγλιώματα, τα γαγγλιονευρινώματα και τα νευρινώματα. Ειδικότερα στα γλοιώματα υπάγονται οι αστροκυτταρικοί όγκοι, τα σπογγιοβλαστώματα και τα ολιγοδενδρογλοιώματα. Θα αναφερθούμε σε ορισμένους από τους όγκους του εγκεφάλου. Τα γλοιώματα αποτελούν ετερογενή ομάδα νεοπλασμάτων που διαφέρουν σε σχέση με τους άλλους νευρογενείς όγκους ως προς την εντόπισή τους στο κεντρικό νευρικό σύστημα, την μέση ηλικία εμφάνισης, το δυναμικό ανάπτυξης, την έκταση της διήθησης, τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, την τάση προς διήθηση και τα κλινικά χαρακτηριστικά τους. Υπάρχουν δεδομένα ότι αυτές οι διαφορές αντανακλούν τον τύπο και την συχνότητα των γενετικών αλλάγων που αποκτώνται κατά την διαδικασία της ογκογένεσης. Οι αστροκυτταρικοί όγκοι που αποτελούνται από αστρογλοία διακρίνονται στις παρακάτω κλινικοπαθολογικές οντότητες: Τα διάχυτα αστροκυττώματα που μπορούν να διακριθούν επιπλέον στα: α) χαμηλού βαθμού κακοήθειας διάχυτο αστροκύττωμα (WHO grade II), β) αναπλαστικό αστροκύττωμα (WHO grade IIΙ),γ) πολύμορφο γλοιοβλάστωμα (WHO grade IV). Το πιλοκυτταρικό αστροκύττωμα που είναι κατεξοχήν παιδιατρικός όγκος με ποικίλη εντόπιση, μορφολογία και κλινική συμπεριφορά σε σχέση με το διάχυτο αστροκύττωμα. Το πλειόμορφο ξανθοκύττωμα που είναι σπάνιο νεόπλασμα το οποίο κατέχει μία ενδιάμεση θέση, μια και μπορεί να αναπτύσσεται αργά και να είναι περιγεγραμμένο ή μπορεί να εμφανίσει κακοήθη εξέλιξη με φτωχή πρόγνωση. Το δεσμοπλαστικό εγκεφαλικό αστροκύττωμα της βρεφικής ηλικίας που συχνά περιέχει νευρωνικά στοιχεία και το υποεπενδυματικό αστροκύττωμα από γιγαντιαία κύτταρα που είναι καλόηθες περιγεγραμμένο νεόπλασμα το οποίο αναπτύσσεται στα πλαίσια της οζώδους σκλήρυνσης. Η ιστοπαθογενετική του σχέση με τα αστροκύτταρα παραμένει αινιγματική (98). Σημαντικοί δείκτες κακοήθειας στα γλοιώματα αποτελούν η πυρηνική ατυπία (πυρηνικός πλειομορφισμός, πολυάριθμοι πυρήνες), μιτωτική δραστηριότητα, κυτταροβρίθεια, αγγειακή ανάπτυξη και νέκρωση. Γενικά ο βαθμός διαφοροποίησης βασίζεται σε περιοχές με τον μεγαλύτερο βαθμό απλασίας, ο καρκινικός κυτταρικός πληθυσμός των οποίων καθορίζει την πορεία της νόσου (99). Τα χαμηλής διαφοροποίησης γλοιώματα περιλαμβάνουν το πιλοκυτταρικό και το διάχυτο αστροκύττωμα και αποτελούν το 10-20% των όγκων του εγκεφάλου στους

43 ενήλικες και το 8-25% των όγκων στην παιδική ηλικία. Γενικά τα 2/3 των ασθενών είναι ηλικίας κάτω των 40 ετών. Ιδιαίτερα το πιλοκυτταρικό αστροκύττωμα απαντάται σε ηλικίες κάτω των 20 ετών και εντοπίζεται κυρίως στις δομές της μέσης γραμμής. Μακροσκοπικά είναι όγκοι συμπαγείς, διηθητικοί, με τάση για κυστική εκφύλιση και συνήθη εντόπιση στη λευκή ουσία στο βάθος των ημισφαιρίων. Μικροσκοπικά παρατηρείται κυτταροβρίθεια νεοπλασματικών αστροκυττάρων, χωρίς όμως νεκρώσεις και νεόπλαστα αγγεία. Η χειρουργική, μερική ή ολική αφαίρεση του όγκου προκαλεί ύφεση των συμπτωμάτων, που μπορεί να διαρκέσει για χρόνια. Η ακτινοθεραπεία μετεγχειρητικά γίνεται συνήθως επιλεκτικά και ο μέσος όρος επιβίωσης των ασθενών είναι 7-10 χρόνια. Για τα διάχυτα αστροκυττώματα το St Anne/Mayo grading σύστημα, που βασίζεται μόνο σε 4 κριτήρια δηλαδή πυρηνική ατυπία, μίτωση, μικροαγγειακή ανάπτυξη με ή χωρίς νέκρωση έχει αποδειχτεί ότι είναι αναπαραγώγιμο και έχει προγνωστική σημασία στην επιβίωση των ασθενών. Η επιβίωση των ασθενών επίσης εξαρτάται από μία ποικιλία κλινικών παραμέτρων, που περιλαμβάνουν την ηλικία του ασθενή και τον δείκτη της κλινικής του κατάστασης, τη θέση του όγκου και τη θεραπεία δηλαδή την έκταση της χειρουργικής εκτομής, την ακτινοθεραπεία και την χημειοθεραπεία (98). Τα υψηλής διαφοροποίησης γλοιώματα περιλαμβάνουν το αναπλαστικό αστροκύττωμα και το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα και είναι κατεξοχήν πρωτοπαθείς κακοήθεις όγκοι του εγκεφάλου και αποτελούν τα ¾ των γλοιωμάτων. Εμφανίζονται σε οποιαδήποτε ηλικία, με μεγαλύτερη όμως συχνότητα μεταξύ των 50 και 60 χρόνων. Είναι όγκοι διηθητικοί, με αρχική συνήθως εντόπιση στη λευκή ουσία στο βάθος των ημισφαιρίων, συχνότερα στη μετωπιαία και κροταφική περιοχή και τάση να διεισδύουν μέσω του μεσολοβίου στο άλλο ημισφαίριο. Μακροσκοπικά είναι όγκοι μαλθακοί, με νεκρώσεις και αιμορραγίες που χαρακτηρίζουν κυρίως το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα. Μικροσκοπικά παρατηρείται μεγάλου βαθμού κυτταρική πολυμορφία, μιτώσεις και στο πολύμορφο γλοιοβλάστωμα νεόπλαστα αγγεία και αιμορραγικές νεκρώσεις. Το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα μπορεί να αναπτύσσεται μέσα από χαμηλού βαθμού διάχυτα ή αναπλαστικά αστροκυττώματα και αποτελεί το δευτερογενές γλοιοβλάστωμα, αλλά συχνότερα εκδηλώνεται μετά από σύντομο κλινικό ιστορικό, χωρίς σημεία μίας λιγότερο κακοήθους βλάβης και αποτελεί το πρωτοπαθές γλοιοβλάστωμα. Μερική χειρουργική εξαίρεση του όγκου είναι δυνατή και συχνά επιχειρείται στην προσπάθεια να μειωθούν τα συμπτώματα από την αυξημένη ενδοκράνια πίεση. Η ακτινοθεραπεία και η χημειοθεραπεία επηρεάζουν σχετικά λίγο τον όγκο ενώ τα κορτικοειδή όπως δεξαμεθαζόνη με την αποιδηματική τους ιδιότητα βελτιώνουν προσωρινά τον ασθενή. Ο μέσος όρος επιβίωσης για το πολύμορφο γλοιοβλάστωμα είναι περίπου 9-10 μήνες και για το αναπλαστικό αστροκύττωμα 2 χρόνια (100). Τα μηνιγγιώματα είναι οι συχνότεροι πρωτοπαθείς όγκοι του εγκεφάλου μη γλοιακής προέλευσης και αντιπροσωπεύουν το 20% των όγκων. Αναπτύσσονται από τις μήνιγγες, εμφανίζονται στις ηλικίες μεταξύ 40 και 60 ετών είναι καλοήθεις και τις περισσότερες φορές είναι τυχαία ευρήματα κατά την νευροαπεικόνιση ή την αυτοψία. Στο 85-90% των ασθενών εντοπίζονται υπερσκηνίδια και μόνο το 25% αυτών αποκαλύπτεται από τα προκαλούμενα συμπτώματα. Μακροσκοπικά είναι σφαιρικές μάζες, καλά περιγεγραμμένες μέσα σε κάψα, στερεά προσκολλημένες στις μήνιγγες, συχνά με επασβεστώσεις, που προκαλούν συμπτώματα από πίεση, παρεκτόπιση και σπάνια από διήθηση του εγκεφαλικού παρεγχύματος. Πολλαπλά μηνιγγιώματα εμφανίζονται μέχρι και σε 8% των ασθενών, με την πολλαπλή αυτή εμφάνιση να είναι συνηθέστερη στις περιπτώσεις νευροϊνωμάτωσης τύπου 2. Η κυτταρογενετική

44 ανάλυση δείχνει μεταλλάξεις στο χρωμόσωμα 22 σε πολλά μηνιγγιώματα. Στην παιδική ηλικία τα μηνιγγιώματα είναι σπάνια και εντοπίζονται στον οπίσθιο κρανιακό βόθρο ή ενδοκοιλιακά, προκαλώντας αποφρακτικό υδροκέφαλο. Στην αξονική και μαγνητική τομογραφία εμφανίζονται σαν ομοιογενείς μάζες που προσλαμβάνουν έντονα το σκιαστικό. Η θεραπεία είναι χειρουργική και κατά κανόνα επιτυγχάνεται ολική εξαίρεση. Υποτροπές μετεγχειρητικά αναφέρονται σε ποσοστό 8% (98). Το ολιγοδενδρογλοίωμα αποτελεί το 4-15% των γλοιωμάτων και προσβάλλει συνήθως νεαρά άτομα ηλικίας ετών. Μακροσκοπικά είναι όγκος συμπαγής με συχνές ασβεστώσεις και συνήθης θέση εντόπισης υποφλοιικά στον μετωπιαίο, κροταφικό ή βρεγματικό λοβό. Μικροσκοπικά παρατηρείται διηθητική κυτταροβρίθεια στρογγυλών κυττάρων διατεταγμένων σαν μωσαϊκό. Ο βαθμός κακοήθειας του κυμαίνεται, όπως και στα αστροκυττώματα από I-IV της κλίμακας κατά Kernohan, χωρίς όμως τα ολιγοδενδρογλοιώματα να είναι συχνά υψηλού βαθμού κακοήθειας. Η αντιμετώπισή τους είναι κύρια χειρουργική (98). Τα αγγγειώματα είναι αγγειακές διαμαρτίες, αποτελούν το 5% των εγκεφαλικών όγκων και απαντώνται κατά κανόνα σε νεαρή ηλικία. Εντοπίζονται συνήθως στο φλοιό και επεκτείνονται στην λευκή ουσία. Ανάλογα με τη δομική τους σύσταση διακρίνονται σε τελαγγειεκτασίες, που αποτελούνται από διευρυμένα κιρσοειδή αρτηρίδια, σε φλεβικά αγγειώματα, που είναι συλλογή ανώμαλων φλεβών και σε αρτηριοφλεβικά αγγειώματα, που αποτελούνται από διευρυμένα αρτηριακά και φλεβικά στελέχη. Η ολική χειρουργική επέμβαση, όταν είναι δυνατή, αποτελεί την καλύτερη αντιμετώπιση. Άλλοι τρόποι αντιμετώπισής τους είναι ο εμβολισμός και η απόφραξή τους, ύστερα από καθετηριασμό της μηριαίας αρτηρίας, με ειδικό συνθετικό υλικό και η εστιακή ακτινοβολία με δέσμη πρωτονίων, που προκαλεί απόφραξη του αγγειώματος, θρομβωτική, στα επόμενα 1-2 χρόνια (98). Το μυελοβλάστωμα είναι ο περισσότερο συχνός πρωτοπαθής όγκος του κεντρικού νευρικού συστήματος στην παιδική ηλικία και αποτελεί το 15-30% των όγκων της ηλικίας αυτής. Στα παιδιά στα 2/3 των ασθενών η ανάπτυξή του ξεκινά από τον σκώληκα της παρεγκεφαλίδας, ενώ στους ενήλικες η ανάπτυξή του συχνότερα ξεκινά από τα παρεγκεφαλιδικά ημισφαίρια. Είναι κακοήθης όγκος με ταχεία εξέλιξη. Μακροσκοπικά είναι όγκος μαλθακός που διηθεί την παρεγκεφαλίδα και αποφράσσει την τέταρτη κοιλία. Μικροσκοπικά παρατηρείται ιδιαίτερα μεγάλη κυτταροβρίθεια, με χαρακτηριστική διάταξη των νεοπλασματικών κυττάρων γύρω από νεκρωτική περιοχή ή γύρω από αγγεία σε σχηματισμό ροζέτας. Η διασπορά νεοπλασματικών κυττάρων μέσω του εγκεφαλονωτιαίου υγρού στον νωτιαίο μυελό είναι αρκετά συχνή. Η κυτταρογενετική ανάλυση δείχνει συχνά μεταλλάξεις στα χρωμοσώματα 1 και 17. Η ολική χειρουργική εξαίρεση του όγκου δεν είναι δυνατή, για αυτό τοποθετείται κοιλιοπεριτοναϊκή βαλβίδα και την επέμβαση ακολουθεί ακτινοθεραπεία όλου του εγκεφαλονωτιαίου άξονα. Η ύφεση της κλινικής εικόνας μπορεί να διαρκέσει 5 χρόνια στο 65% και 10 χρόνια στο 45% των ασθενών (98)

45 Εικόνα 20: Τύποι όγκων εγκεφάλου (Children's Hospital Boston 2005). ΝΕΥΡΙΚΑ ΒΛΑΣΤΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Κατά την τελευταία δεκαετία, ισχυρές ενδείξεις υποστήριξαν τη θεωρία ότι οι ανθρώπινοι όγκοι αποτελούνται από μια ετερογενή συλλογή κυττάρων. Με βάση τα στοιχεία που συγκεντρώθηκαν από τη μελέτη των λευχαιμικών κυττάρων, διαπιστώθηκε ότι μόνο ένα υποσύνολο των κυττάρων απομονωμένων από διάφορους συμπαγείς όγκους, όπως του μαστού, του παγκρέατος, του προστάτη, της κεφαλής, του τραχήλου και του παχέος εντέρου διατήρησε τη δυνατότητα να σχηματίσει όγκους μετά τη μεταμόσχευση σε ποντίκια. Μια έρευνα των ανθρώπινων όγκων του εγκεφάλου αποκάλυψε μια παρόμοια τάση, όπου μια μικρή ομάδα κυττάρων, που ονομάζεται βλαστικά κύτταρα του καρκίνου του εγκεφάλου διαχωρίστηκαν από τα υπόλοιπα κύτταρα του όγκου δεδομένου ότι παρουσίασαν τις ιδιότητες των παραδοσιακών νευρικών βλαστικών κυττάρων, και συγκεκριμένα την ικανότητα αυτό-ανανέωσης για μεγάλο χρονικό διάστημα και την δυνατότητα να οδηγήσουν στην εμφάνιση καρκίνου του εγκεφάλου μετά από έγχυση σε ανοσοκατασταλμένα ποντίκια, με ιστολογικά χαρακτηριστικά παρόμοια με αυτά του αρχικού όγκου (101, 102). Μέχρι πριν από λίγα χρόνια, πίστευαν ότι ο εγκέφαλος των ενηλίκων ήταν ένα στατικό όργανο που δεν έχει δυνατότητα για αναγέννηση. Ο κανόνας αυτός για πρώτη φορά αμφισβητήθηκε όταν οι Altman et al το 1962 διαπίστωσαν ότι υπήρχαν διαιρούμενα κύτταρα στον εγκέφαλο του ενήλικου αρουραίου (103). Αργότερα επιβεβαιώθηκε από την Goldman και Nottebohm σε θηλυκά καναρίνια (104) και στη συνέχεια επιβεβαιώθηκε στον ενήλικο ανθρώπινο εγκέφαλο (105). Η απομόνωση in vitro των νευρικών βλαστικών κυττάρων δεν ήταν δυνατή μέχρι την ανεύρεση των νευροσφαιρών όπου τα αστροκύτταρα που έχουν προέλθει από ιστούς καλλιεργούνται παρουσία μιτογόνων, του βασικού αυξητικού παράγοντα των ινοβλαστών (bfgf) και του επιδερμικού αυξητικού παράγοντα (EGF). Η παρουσία αυτών των παραγόντων θα προωθήσει τον σχηματισμό σφαιρικών συσσωματωμάτων που ονομάζονται νευρόσφαιρες (Neurospheres) και έχουν τη δυνατότητα να διαφοροποιούνται και να χρωματίζονται θετικά για τους τρεις σημαντικούς τύπους κυττάρων τους νευρώνες, τα ολιγοδενδροκύτταρα και τα αστροκύτταρα. Μόνο ένα υποσύνολο του πληθυσμού των κυττάρων εντός της νευρόσφαιρας είναι πραγματικά βλαστικά κύτταρα Η κλωνική ανάλυση της νευρόσφαιρας έχει συμβάλει στον

46 εντοπισμό και την απομόνωση των νευρικών βλαστικών κυττάρων από τον εγκέφαλο των ενηλίκων, όπως και να αποδείξει την ύπαρξη των βλαστικών κυττάρων του καρκίνου του εγκεφάλου (106). Υπάρχουν τρεις διαφορετικές φάσεις κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη του εγκεφάλου των θηλαστικών. Κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής φάσης, νευρικά βλαστικά κύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος υφίστανται συνεχείς διαιρέσεις με αποτέλεσμα τη συσσώρευση κυττάρων με τεράστιο πολλαπλασιαστικό δυναμικό. Κατά τη διάρκεια της νευρογενούς φάσης, τα κύτταρα υφίστανται ασύμμετρη διαίρεση έτσι ώστε να αναγεννούν νέα νευρικά βλαστικά κύτταρα και κύτταρα που διαφοροποιούνται σε πρόδρομα νευρικά. Στο τελικό στάδιο μετά τη νευρογένεση, τα νευρικά βλαστικά κύτταρα αρχίζουν να διαφοροποιούνται στις τρεις αναγνωρισμένες περιοχές του ενήλικου εγκεφάλου των θηλαστικών: (1) τις παρακοιλιακές ζώνες (SVZ) των πλαγίων κοιλιών, (2) το στρώμα του ιπποκάμπου και την οδοντωτή έλικα, και (3) τους οσφρητικούς βολβούς. Η παρακοιλιακή ζώνη της πλάγιας κοιλίας αποτελεί το μεγαλύτερο κέντρο παραγωγής νευρικών βλαστικών κυττάρων των ενηλίκων και διατηρεί μία ιεραρχία των κυττάρων (107). Τα πρωταρχικά κύτταρα της εμβρυϊκής φάσης είναι ακτινωτή νευρογλοία τα οποία λίγο μετά την γέννηση θα μετατραπούν σε επενδυματικά κύτταρα και αστροκύτταρα (108). Στο ενήλικο τρωκτικό από την ακτινωτή νευρογλοία αναπτύσσονται με αργό ρυθμό τα κύτταρα τύπου Β1. Στην ιεραρχία τα αστροκύτταρα δηλαδή τα κύτταρα τύπου Β όταν διαιρεθούν θα οδηγήσουν στα κύτταρα τύπου C τα οποία με την σειρά τους θα δώσουν τα κύτταρα τύπου Α δηλαδή τους νευρώνες τα οποία θα μεταναστεύσουν στον οσφρητικό βολβό. Αυτά τα κύτταρα τύπου Α διαιρούνται για να δημιουργήσουν νέους νευρώνες στον εγκέφαλο των ενηλίκων (109). Η παρουσία των βλαστικών κυττάρων στον ενήλικο εγκέφαλο έχει ενοχοποιηθεί για την συμμετοχή στη διαμόρφωση ενός πλήθους νέων νευρωνικών συνδέσεων και το σχηματισμό της μνήμης του εγκεφάλου (110). Το πιο σημαντικό όμως είναι ότι τα βλαστικά αυτά κύτταρα συμβάλλουν στην διαμόρφωση και την εξέλιξη των καρκίνων του νευρικού συστήματος του ανθρώπου (111). ΚΑΡΚΙΝΟΓΕΝΕΣΗ Η επικρατούσα θεωρία στη βιολογία του καρκίνου για χρόνια υποστήριζε ότι όλα τα κύτταρα στο εσωτερικό του όγκου ήταν σχετικά ομοιογενή στις δυνατότητές τους για τη δημιουργία όγκων. Ο Bruce και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι μόνο λίγα κύτταρα του αίματος που είχαν απομονωθεί από άτομο που έπασχε από λευχαιμία είχαν τη δυνατότητα να πολλαπλασιάζονται και διαφοροποιούνται in vivo (112). Περαιτέρω πρόοδο στην μοριακή βιολογία οδήγησε στην διαπίστωση ότι μια μικρή ομάδα από πρόδρομα κύτταρα είχε την ευθύνη να δημιουργεί το μεγαλύτερο μέρος των λευχαιμικών κυττάρων τα οποία δεν έχουν αναγεννητική ικανότητα (113). Προτάθηκε ότι, κατά τη διάρκεια της κανονικής οργανογένεσης, μια ιεράρχηση υπάρχει σε όγκους όπου πολλαπλασιάζονται τα βλαστικά κύτταρα του όγκου να προκαλέσουν τα στρωματικά κύτταρα του όγκου που έχουν σημαντικά μικρότερη ή δεν έχουν πολλαπλασιαστική ικανότητα (114). Ο Ignatova και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν τον όρο νευρόσφαιρα, ο οποίος χρησιμοποιείται για τα νευρικά βλαστικά κύτταρα, για να δείξουν ότι οι ιστοί του γλοιοβλαστώματος έχουν την ικανότητα να δημιουργήσουν νευρόσφαιρες και να διαφοροποιηθούν σε νευρώνες και αστροκύτταρα (115). Ο Galli και οι συνεργάτες του μετά από μία σειρά

47 πειραμάτων διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα που απομονώνονται από τη νευρόσφαιρα στο πολύμορφο γλοιοβλάστωμα μπορούν να οδηγήσουν στη δημιουργία τριών κυτταρικών σειρών των νευρικών κυττάρων, των αστροκυττάρων και των ολιγοδενδροκυττάρων (102). Επιπλέον, τα βλαστικά κύτταρα που απομονώθηκαν με το μοριακό δείκτη CD133 θα μπορούσαν να διαφοροποιηθούν in vitro σε καρκινικά κύτταρα που έμοιαζαν με φαινοτυπικά εκείνα του αρχικού όγκου. Σε αντίθεση με τις νευρόσφαιρες που απομονώθηκαν από φυσιολογικό ιστό ενηλίκων, νευρόσφαιρες έχουν απομονωθεί και από ανθρώπινους όγκους που περιέχουν γενετικές διαταραχές και υφίστανται πολλαπλασιασμό και διαφοροποίηση (116). Αυτά τα ευρήματα δείχνουν ότι το περιβάλλον του όγκου δεν είναι συλλογή ενός ομοιογενούς πληθυσμού των κυττάρων, αλλά αποτελείται από λίγα μόνο καρκινικά βλαστικά κύτταρα που έχουν σημαντικές πολλαπλασιαστικές δυνατότητες για τη διαμόρφωση του αρχικού όγκου κατά μεταμόσχευση σε ποντίκια. Συνεπώς μόνο τα βλαστικά κύτταρα του καρκίνου του εγκεφάλου είναι υπεύθυνα για την διαμόρφωση του στρώματος του όγκου και όσο περισσότερα από αυτά τα κύτταρα βρίσκονται στην περιοχή του όγκου τόσο τόσο μεγαλύτερες είναι οι δυνατότητες για την ανάπτυξη και εξάπλωση των κακοηθών όγκων σε όλο τον εγκέφαλο (117). Στο νευρικό σύστημα, τα βλαστικά κύτταρα του καρκίνου έχουν εντοπισθεί στο πολύμορφο γλοιοβλάστωμα και σε παιδιατρικούς εγκεφαλικούς όγκους όπως τα μυελοβλαστώματα (118). Τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος έχουν μοναδικές ιδιότητες όπως η αντοχή στην ακτινοβολία, την χημειοθεραπεία καθώς και αυξημένη έκφραση των αναπτυξιακών μονοπατιών όπως Sonic Hedgehog (119), Notch (120) και του ενεργοποιητή της μεταγραφής-3 (STAT3) (121). Ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό των καρκινικών βλαστικών κυττάρων είναι η ικανότητα αυτοανανέωσης. Ο σχηματισμός της νευρόσφαιρας έχει χρησιμοποιηθεί ως μέτρο της αυτοανανέωσης in vitro αλλά πρέπει να ερμηνεύεται με προσοχή. Συγκεκριμένα αποτελεί μέτρο όχι μόνο της αυτοανανέωσης αλλά και του πολλαπλασιασμού και της επιβίωσης. Δεύτερον ο σχηματισμός της νευρόσφαιρας in vitro διαφέρει από αυτόν in vivo, λόγω της παρουσίας διαφορετικών στοιχείων του μικροπεριβάλλοντος (122). Η ΥΠΟΘΕΣΗ ΤΩΝ ΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ Το γεγονός που ήταν γνωστό εδώ και αρκετά χρόνια είναι ότι οι συμπαγείς όγκοι και η λευχαιμία αποτελούνται από έναν ετερογενή πληθυσμό των νεοπλασματικών κυττάρων έχει δημιουργήσει ερωτήματα σχετικά με τους κυτταρικούς πληθυσμούς που δημιουργούν και αναπτύσσουν τον καρκίνο. Το 2003 προτάθηκε από τον Dick ότι η ανάπτυξη του όγκου πραγματοποιείται από μία ομάδα κυττάρων που ονομάζονται καρκινικά βλαστικά κύτταρα. Μελέτες που ενισχύουν αυτή την υπόθεση αφορούσαν την οξεία λευχαιμία, τον καρκίνο του εγκεφάλου, του μαστού, του πνεύμονα, του προστάτη, του παχέος εντέρου και το μελάνωμα. Οι μελέτες αυτές βασίστηκαν σε μεγάλο βαθμό στην ξενομεταμόσχευση κατά την οποία ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα είχαν αναπτυχθεί σε ανοσοκατασταλμένα ποντίκια. Το 2007 ο Kelly και οι συνεργάτες του παρατήρησαν ότι σε αλλομεταμόσχευση τα ιστοσυμβατά ποντίκια εμφάνιζαν 1000 διαφορετικά είδη μυελοειδών και λεμφοειδών καρκινικών κυττάρων. Ωστόσο αυτή η μελέτη έδειξε ότι ο αριθμός των καρκινικών κυττάρων είναι σχετικά μικρός. Έτσι περαιτέρω μελέτες απαιτούνται για την επίλυση της υπόθεσης. Οι Min-Hyuk Yoo και Dolph L. Hatfield μελέτησαν την υπόθεση των καρκινικών βλαστικών κυττάρων με αλλομεταμόσχευση σε μη ανοσοκατεσταλμένα

48 ποντίκια με μία αποικία κυττάρων που προήλθε τυχαία είτε από μία κυτταρική σειρά του καρκίνου του πνεύμονα είτε από του καρκίνου του μαστού. Όλα τα κύτταρα που προέρχονταν από τις δύο κακοήθεις κυτταρικές σειρές προκάλεσαν όγκους σε χρονικό διάστημα τριών εβδομάδων. Δύο πλεονεκτήματα της μελέτης του Kelly και των συνεργατών του ήταν ότι τα συμπεράσματα προήλθαν από την αλλομεταμόσχευση σε μη ανοσοκατεσταλμένα ποντίκια και όχι από την ξενομεταμόσχευση σε ανοσοκατασταλμένα ποντίκια. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε ένας κυτταρικός πληθυσμός. Η χαμηλή συχνότητα εμφάνισης καρκίνου βλαστικών κυττάρων σε κακοήθειες όπως η οξεία μυελογενή λευχαιμία και ο καρκίνος του παχέος εντέρου και η δυνατότητα από αυτά τα λίγα κύτταρα να αναπτύσσεται καρκίνος μετά από ξενομεταμόσχευση σε ανοσοκατασταλμένα ποντίκια δείχνει ότι τα αποτελέσματα της αλλομεταμόσχευσης πρέπει να επαναξιολογούνται. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα καρκινικά κύτταρα που χρησιμοποιούνται στη μελέτη μας καλλιεργήθηκαν in vitro και οι ιδιότητες που διέπουν την κακοήθεια μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές σε καρκινικά κύτταρα που καλλιεργούνται in vitro από εκείνες που διέπουν κύτταρα του καρκίνου in vivo. Τα καρκινικά κύτταρα που καλλιεργούνται in vitro είναι γνωστό ότι έχουν διαφορετικά γονοτυπικά και φαινοτυπικά χαρακτηριστικά, αλλά δεν είναι γνωστό εάν οι διαφορές αυτές παίζουν ρόλο στην καρκινογένεση. Δυστυχώς, η δυνατότητα αυτή δεν μπορεί εύκολα να μελετηθεί στο μοντέλο του όγκου που μελετήσαμε χωρίς την ανάπτυξη πιο προηγμένων τεχνικών από ό, τι είναι σήμερα διαθέσιμες. Η μελέτη αυτή θα οδηγήσει στην ανάπτυξη θεραπειών που θα στοχεύουν μικρές κυτταρικές σειρές. Επίσης η απώλεια αυτών των κυτταρικών σειρών μπορεί να μας βοηθήσει έτσι ώστε να αξιολογηθεί καλύτερα ο ρόλος τους στην διατήρηση της κακοήθειας (123). ΝΕΥΡΙΚΑ ΚΑΡΚΙΝΙΚΑ ΚΥΤΤΑΡΑ Μία από τις σημαντικότερες διαμάχες γύρω από την ύπαρξη των βλαστικών κυττάρων του καρκίνου είναι η αναγνώριση τους από τον ιστό του όγκου. Για τον εγκέφαλο αν εξετάσουμε τα βλαστικά κύτταρα που βρίσκονται στον φυσιολογικό εμβρυϊκό και ενήλικο εγκέφαλο μπορούμε να ανακαλύψουμε στοιχεία για τα βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος. Παρά το γεγονός ότι βρίσκονται σε διαφορετικές ανατομικές περιοχές τα νευρικά βλαστικά κύτταρα αναγνωρίζονται από την λειτουργία τους η οποία έχει σημαντικό ρόλο στα διάφορα συστήματα. Στο νευρικό σύστημα η λειτουργικότητα των κυττάρων αυτών παραμένει ασαφής. Στην ιδανική περίπτωση, τα κύτταρα αυτά θα έχουν την ικανότητα της αυτοανανέωσης και την ικανότητα να διαφοροποιηθούν προς όλες τις κυτταρικές σειρές του εγκεφάλου. Σήμερα, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός νευρικών βλαστικών κυττάρων τα οποία έχουν περιγραφτεί για την ανάπτυξη και την εξέλιξη του εγκεφάλου των ενηλίκων (124). Επίσης έχει διαπιστωθεί ότι η νευρόσφαιρα δεν αποτελεί μόνο μονάδα μέτρησης της αυτοανανέωσης, αλλά και του πολλαπλασιασμού και της επιβίωσης γεγονός που μας έχει αναγκάσει να είμαστε προσεκτικοί με την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την ανάλυση (125). Η in vivo εξέταση της αναγέννησης παρουσιάστηκε για πρώτη φορά από την Doetsch και τους συνεργάτες της και είναι ένας άλλος τρόπος να εξετάσει τα νευρικά βλαστικά κύτταρα (126). Αν και αυτή η ανάλυση είναι περίπλοκη, επιτρέπει την εξέταση των νευρικών βλαστικών κυττάρων in vivo, η οποία δεν είναι δυνατή in vitro. Είναι λογικό να υπάρχει παραλληλισμός μεταξύ των νευρικών βλαστικών

49 κυττάρων και των βλαστικών κυττάρων του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος. Οι γνώσεις για τα βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος έχουν βοηθηθεί σε μεγάλο βαθμό από τις αναλύσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τα νευρικά βλαστικά κύτταρα. Έτσι χρησιμοποιώντας το ίδιο μέσο καλλιέργειας τα βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος είναι δυνατό να επεκταθούν σχηματίζοντας σφαίρες παρόμοιες με τις νευρόσφαιρες τις ονομαζόμενες ογκόσφαιρες. Επιπλέον, το μεγαλύτερο μέρος των μοντέλων των καρκινικών βλαστικών κυττάρων βασίζεται σε μοντέλα μεταμόσχευσης ποντικιών. Όμως σημαντικό ρόλο παίζουν στη μελέτη αυτή πρώτον το γεγονός ότι τα νευρικά βλαστικά κύτταρα του εγκεφάλου σε αντίθεση με των άλλων οργανικών συστημάτων δεν έχουν έναν ενιαίο επιφανειακό δείκτη που τα καθορίζει. Δεύτερον, λαμβάνοντας υπόψην την ετερογένεια του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος είναι απίθανο ένας μόνο επιφανειακός δείκτης να ευθύνεται για την δράση όλων των κυττάρων αυτών σε όλες τις περιπτώσεις (122). Η ταυτοποίηση των φωλεών των βλαστικών κυττάρων εντός των ενηλίκων ιστών δείχνει ότι όλοι οι ιστοί μπορούν να περιέχουν βλαστικά κύτταρα. Τα βλαστικά κύτταρα εντός των φυσιολογικών ιστών εμφανίζουν κοινά χαρακτηριστικά όπως αυτοανανέωση για να διατηρηθεί η δεξαμενή τους και την ρύθμιση του αριθμού τους με ισορροπία μεταξύ του πολλαπλασιασμού και διαφοροποίησης των κυττάρων. Όπως τα βλαστικά κύτταρα έτσι και τα καρκινικά βλαστικά κύτταρα έχουν τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Απομόνωση των καρκινικών βλαστικών κυττάρων από το κεντρικό νευρικό σύστημα έχει επιτευχθεί με την βοήθεια των αντιγονικών δεικτών και με την αξιοποίηση in vitro των συνθηκών καλλιέργειας που ισχύουν για την ανάπτυξη των φυσιολογικών νευρικών βλαστικών κυττάρων. Όπως παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1992 κύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος που καλλιεργήθηκαν σε ειδικές επιφάνειες ανάπτυξαν νευρόσφαιρες οι οποίες είχαν την ικανότητα της αυτοανανέωσης και παραγωγής των τριών κυτταρικών τύπων του εγκεφάλου δηλαδή νευρικά κύτταρα, αστροκύτταρα και ολιγοδενδροκύτταρα. Πιο πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι τα κανονικά νευρικά βλαστικά κύτταρα εκφράζουν μια πρωτεΐνη της επιφάνειας του κυττάρου που μπορεί να ανιχνευθεί με ένα αντίσωμα, το CD133. Η εφαρμογή των στρατηγικών που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή νευροσφαιρών σε δείγματα που ελήφθησαν από γλοιώματα και για τον διαχωρισμό των CD133+ κυττάρων από γλοιώματα επιτρέπει την απομόνωση και την αύξηση του όγκου του πληθυσμού των βλαστικών κυττάρων. Και στις δύο περιπτώσεις, ο πληθυσμός των καρκινικών βλαστικών κυττάρων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την πρόκληση όγκου. Μεταμόσχευση 100 CD133 θετικών κυττάρων από ανθρώπινα γλοιώματα στον εγκέφαλο ανοσοκατεσταλμένων ποντικιών οδηγεί στην ανάπτυξη γλοιώματος. Από την άλλη πλευρά, μεταμόσχευση CD133 αρνητικών κυττάρων ίδιας προέλευσης δεν οδηγεί σε ανάπτυξη γλοιώματος. Πολλές μελέτες έχουν αποδείξει ότι τα βλαστικά καρκινικά όγκων του κεντρικού νευρικού συστήματος εκφράζουν ιδιότητες των βλαστικών κυττάρων, χωρίς όμως να υπάρχει σαφής απόδειξη ότι τα κύτταρα αυτά προέρχονται από τα βλαστικά κύτταρα. Σε ορισμένα πειραματικά συστήματα η έκφραση των ογκογονιδίων μπορεί να βοηθήσει στην ταξινόμηση των όγκων του εγκεφάλου με βάση τα κυτταροπαθολογοανατομικά χαρακτηριστικά τους, όπως στο πολύμορφο γλοιοβλάστωμα. Για παράδειγμα, η υπερέκφραση των ογκογονιδίων ras και myc σε ολιγοδενδριτικά κύτταρα οδηγεί στην εμφάνιση όγκων του εγκεφάλου. Οι μελέτες αυτές δείχνουν ότι ένα καρκινικό βλαστικό κύτταρο δεν είναι αναγκαίο να

50 προέρχεται από ένα ιστοειδικό τύπο βλαστικών κυττάρων αλλά από μία ομάδα κυττάρων που απέκτησε τις ιδιότητες των βλαστικών κυττάρων μετά από ογκογόνο μετασχηματισμό. Όσον αφορά την θεραπευτική προοπτική, η ανάπτυξη θεραπείας στοχευμένης στα βλαστικά κύτταρα του καρκίνου του εγκεφάλου είναι πιθανό να προχωρήσει ουσιαστικά τα επόμενα χρόνια. Οι μέχρι τώρα γνώσεις μας για τα βλαστικά κύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος μας επιτρέπει να μελετήσουμε σημείο προς σημείο τους κυτταρικούς πληθυσμούς του όγκου του εγκεφάλου. Επιπλέον απόρροια των μελετών είναι η δυνατότητα παραγωγής αμιγώς καθαρών κυτταρικών πληθυσμών που θα μπορούσε να μας οδηγήσει στην αποκάλυψη/ταυτοποίηση παραγόντων που εκφράζονται επιλεκτικά στα καρκινικά βλαστικά κύτταρα με αποτέλεσμα την ανάπτυξη στοχευμένης θεραπείας κατά των καρκινικών πού όμως δεν θα επηρέαζε τα φυσιολογικά κύτταρα(127). ΟΙ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΙ ΔΕΙΚΤΕΣ ΤΩΝ ΒΛΑΣΤΙΚΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΤΟΥ ΠΟΛΥΜΟΡΦΟΥ ΓΛΟΙΟΒΛΑΣΤΩΜΑΤΟΣ CD133 Το CD133, γνωστό και ως Prominin-1, είναι μία μεμβρανική πρωτεϊνη η οποία έχει αποδειχτεί ότι είναι ένας επιφανειακός δείκτης των φυσιολογικών νευρικών και αιμοποιητικών βλαστικών κυττάρων και επιπρόσθετα είναι χρήσιμος δείκτης των βλαστικών κυττάρων του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος και άλλων καρκινικών βλαστικών κυττάρων (128). Ωστόσο ο δείκτης CD133 δεν εκφράζεται σταθερά σε όλα τα πολύμορφα γλοιοβλαστώματα και πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι και βλαστικά κύτταρα αρνητικά ως προς τον επιφανειακό δείκτη CD133 και θετικά για άλλους επιφανειακούς δείκτες έχουν την ικανότητα να δώσουν γένεση σε όγκους με την διαδικασία της μεταμόσχευσή τους (129). Προβλήματα δημιουργούνται με την χρήση του CD133 στη διαλογή κυττάρων με τη μέθοδο του φθορισμού (FACS), γιατί η έκφρασή του εξαρτάται από τον κυτταρικό κύκλο με αποτέλεσμα τον κίνδυνο να χαθεί ένας πληθυσμός των CD133 θετικών κυττάρων κατά τη διάρκεια της διαλογής (130). Συνεπώς η αυξημένη έκφραση του επιφανειακού δείκτη CD133 αποτελεί χρήσιμη μέθοδο για την μελέτη του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος ενώ μειωμένη έκφρασή του μας οδηγεί να μελετήσουμε και άλλους επιφανειακούς δείκτες. Επιπλέον μπορούμε να κατανοήσουμε τη βιολογική λειτουργία των CD133 με μεγαλύτερη λεπτομέρεια και ενδέχεται να εκτιμήσουμε πλήρως τη συμβολή της στην βιολογία των καρκινικών βλαστικών κυττάρων (122). Συγκεκριμένα, διαπιστώθηκε ότι CD133 θετικά βλαστικά κύτταρα από όγκους του ανθρώπινου εγκεφάλου, όπως το γλοιοβλάστωμα και το μυελοβλάστωμα, είχαν την ικανότητα να δημιουργήσουν in vitro νευρόσφαιρες και ακόμα και με λιγότερα από 100 κύτταρα να οδηγήσουν στην ανάπτυξη όγκου σε ανοσοκατεσταλμένα ποντίκια. Αντίθετα περισσότερα από ένα εκατομύριο CD133 αρνητικά βλαστικά κύτταρα απέτυχαν να δημιουργήσουν όγκους μετά από ένεσή τους σε ανοσοκατεσταλμένα ποντίκια (131)

51 Εικόνα 21: Ο επιφανειακός δείκτης CD133 (source: A2B5 Το A2B5 είναι ένα αντίσωμα απέναντι σε έναν επιφανειακό γλυκοζίτη και είναι ένας πολύ συχνά χρησιμοποιούμενος επιφανειακός δείκτης στα νευρογλοιακά προγονικά κύτταρα καθώς και στα βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος (132). Το αντίσωμα αυτό εκφράζεται σε μεγάλο αριθμό των κυττάρων των εγκεφαλικών όγκων μελέτες έδειξαν ότι πληθυσμοί κυττάρων A2B5 θετικοί και CD133 θετικοί καθώς και πληθυσμοί κυττάρων A2B5 θετικοί και CD133 αρνητικοί μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη εγκεφαλικού όγκου στα μοντέλα μεταμόσχευσης, γεγονός που υποδηλώνει ότι το A2B5 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον εμπλουτισμό CD133 αρνητικών βλαστικών κυττάρων του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος. Επιπλέον, το γεγονός αυτό δείχνει ότι μπορεί να υπάρχει μια συσχέτιση μεταξύ των νευρογλοιακών προγονικών κυττάρων και των βλαστικών κυττάρων του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος. Περαιτέρω μελέτες θα πρέπει να γίνουν για να κατανοήσουμε πλήρως τον ρόλο της A2B5 ως επιφανειακό δείκτη των βλαστικών κυττάρων του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος (133). L1CAM Το L1CAM είναι μία διαμεμβρανική πρωτεϊνη, μέλος της οικογένειας των L1 πρωτεϊνών και διαπιστώθηκε ότι υπερεκφράζεται στο πολύμορφο γλοιοβλάστωμα. Είναι ενδιαφέρον ότι ενώ η βιολογία του καρκίνου του εγκεφάλου και ειδικότερα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος δεν έχει ακόμα πλήρως διευκρινιστεί, η σηματοδότηση του L1CAM στα βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος έδωσε θεραπευτικά οφέλη in vivo και in vitro. Επιπλέον είναι αξιοσημείωτο το γεγονός ότι το L1CAM υπερεκφράζεται και σε άλλες μορφές καρκίνου και άρα θα είχε σημαντικά αποτελέσματα η αναζήτηση του ρόλου του ως επιφανειακός δείκτης (134)

52 Εικόνα 22: Η διαμεμβρανική πρωτεϊνη L1CAM (Fogel et al., 2003 and Maretzky et al., 2005). CD15 Το CD15, επίσης γνωστό ως SSEA-1 ή Lewis X (LEX), είναι ένας επιφανειακός δείκτης που ανακαλύφθηκε πρόσφατα. Πρόκειται για έναν υδατάνθρακα και όχι πρωτεΐνη ο οποίος μπορεί να συνδέεται με γλυκολιπίδια και γλυκοπρωτεΐνες. Εκφράζεται σε εμβρυικά και ενήλικα νευρικά βλαστικά κύτταρα (135). Ωστόσο, όπως και για το CD133, λίγα είναι γνωστά για τη βιολογία των CD15 και πιστεύεται ότι μπορεί να εξαρτάται από τον κυτταρικό κύκλο (130). Επιπρόσθετα η σηματοδότηση του CD15 μπορεί να αφορά τα πολλαπλασιαζόμενα κύτταρα του όγκου και όχι τα πραγματικά βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος. Περισσότερες μελέτες πρέπει να πραγματοποιηθούν προκειμένου να καθοριστεί ο ρόλος του CD15 στην ανάπτυξη του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος (122). Ιντεγκρίνη Α6 Η ιντεγκρίνη Α6 είναι μία πρωτεϊνη και αποτελεί μέλος της οικογένειας των ιντεγκρινών του εξωκυττάριου χώρου η οποία αλληλεπιδράει με την οικογένεια των λαμινινών του εξωκυττάριου χώρου. Επιπλέον η ιντεγκρίνη Α6 έχει αποδειχτεί ότι έχει μεγάλη σημασία στην ανάπτυξη των νευρικών βλαστικών κυττάρων, από μεγάλο αριθμό προγονικών κυττάρων στον εγκέφαλο του ενηλίκου και έχει χρησιμοποιηθεί στην αλληλεπίδραση με τα αιμοφόρα αγγεία στη φωλεά (136). H ιντεγκρίνη Α6 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επιφανειακός δείκτης των νευρικών βλαστικών κυττάρων. Πρόσφατη μελέτη ενός μικροπεριβάλλοντος που ήταν εμπλουτισμένο με βλαστικά κύτταρα του πολύμορφου γλοιοβλαστώματος έδειξε ότι μπορεί η συγκεκριμένη ιντεγκρίνη να χρησιμοποιηθεί ως δυνητικά θεραπευτικός δείκτης. Η στόχευση της ιντεγκρίνης Α6 με παρέμβαση στο RNA οδήγησε σε μειωμένη ανάπτυξη in vivo και in vitro. Αυτή η χρήση της ιντεγκρίνης υπογραμμίζει τη σημασία αξιολόγησης του μικροπεριβάλλοντος προκειμένου να εντοπιστούν νέοι επιφανειακοί δείκτες και θεραπευτικά μονοπάτια (122)