Βαρβάρα Τραχανά Επίκουρος Καθηγήτρια Κυτταρικής Βιολογίας

Transcript

1 ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΙΙ Βλαστοκύτταρα Βαρβάρα Τραχανά Επίκουρος Καθηγήτρια Κυτταρικής Βιολογίας

2

3

4

5 Βλαστοκύτταρα: Κατανόηση βασικών βιολογικών διαδικασιών I.Ανάπτυξη II.Επιδιόρθωση/Αναγέννηση III.Καρκίνος

6 Βλαστοκύτταρα: Ερευνητικές και κλινικές εφαρμογές 1.Ποια κύτταρα χρησιμοποιούνται, τι χαρακτηριστικά έχουν 2.Βιολογικές διαδικασίες που μελετώνται 3.Ανάπτυξη νέων φαρμάκων* 4.Θεραπεία με βλαστοκύτταρα (καρδιοπάθειες, διαβήτης, Parkinson's κτλ) *τα βλαστοκύτταρα μπορούν να διαφοροποιηθούν σε διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους που με ασφάλεια και μηδενικό ρίσκο θα χρησιμοποιηθούν για δοκιμές νέων φαρμάκων. Μείωση της χρήσης πειραματόζωων

7 Τι είναι τα βλαστοκύτταρα; Το βλαστοκύτταρο έχει 3 βασικά χαρακτηριστικά: 1.Αυτο-ανανέωση 2.Δυνατότητα διαφοροποίησης σε πολλαπλούς κυτταρικούς τύπους 3.Ικανότητα να επαναφέρει στην αρχική του μορφή ένα δεδομένο ιστό 7

8 Τι είναι τα βλαστοκύτταρα; Σωματικό κύτταρο Βλαστοκύτταρο Δυο ταυτόσημα θυγατρικά Κύτταρα Αυτο-ανανέωση Διαφοροποίηση

9 Βλαστοκύτταρο Βλαστοκύτταρο αρχικά στάδια ανάπτυξης μεταγενέστερα στάδια ανάπτυξης Αυτοανανέωση Αυτοανανέωση Αυτοανανέωση Διαφοροποίηση Συμμετρική διαίρεση Ασύμμετρη διαίρεση Στα αρχικά στάδια της ανάπτυξης η διαίρεση των βλαστοκυττάρων είναι συμμετρική, κάθε βλαστοκύτταρο δίνει γένεση σε θυγατρικά κύτταρα της ίδιας ακριβώς δυναμικότητας. Αργότερα, η διαίρεση γίνεται ασύμμετρη, από τα θυγατρικα κύτταρα το ένα εξακολουθεί να έχει το ίδιο δυναμικό και το άλλο είναι περισσότερο διαφοροποιημένο και άρα έχει μικρότερο δυναμικό.

10 Εμβρυογένεση

11

12 human-development-and-stem-cells_tech

13 Το πλέον πρωτόγονο βλαστοκύτταρο στον οργανισμό είναι το γονιμοποιημένο ωάριο (fertilized oocyte or zygote). Όταν το ωάριο διαιρείται, οι απόγονοί του ύστερα από δύο κυτταρικές διαιρέσεις αντιπροσωπεύουν τα ολοδύναμα κύτταρα (totipotent cells). Αυτά διαρούμενα θα Δημιουργήσουν μια κοίλη κυτταρική μπάλλα την βλαστοκύστη (blastocyst) η οποία περιέχει μία συστάδα από κύτταρα που ονομάζεται εσωτερική κυτταρική μάζα (inner cell mass). Από αυτήν αναπτύσσεται το έμβρυο και παράγονται τα εμβρυϊκά Βλαστοκύτταρα Goessler et al. Cells Tissues Organs 183: , 2006

14 Δυναμικότητα Totipotent Pluripotent Multipotent Oligopotent Unipotent Ολοδύναμο Πολυδύναμο Μερικώς πολυδύναμο Ολιγοδύναμο Μονοδύναμο

15 Oι περισσότεροι ιστοί έχουν μερικώς πολυδυναμικά κύτταρα (multipotent stem cells) που μπορούν να παράξουν περιορισμένες κυτταρικές σειρές. Τα μονoδύναμα βλαστοκύτταρα(unipotent stem cells) (unipotent stem cells) παράγουν ένα συγκεκριμένο τύπο κυττάρων

16 Είδη βλαστοκυττάρων: 1) Εβρυϊκά βλαστοκύτταρα (Embryonic stem (ES) cells)

17 Embryonic stem cells(esc) : Που τα βρίσκουμε εσωτερική κυτταρική μάζα Θρεπτικό υλικό βλαστοκύστη Τα εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα απομονώνονται από την εσωτερική κυτταρική μάζα της βλαστοκύστης Καλλιέργεια στο εργαστήριο

18 Embryonic stem (ES) cells: Δυναμικότητα (potency) Εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα διαφοροποίηση πολυδύναμα Όλοι οι τύποι κυττάρων

19

20 Embryonic stem cells (ESC) : Προκλήσεις Δέρμα Εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα νευρώνας πολυδύναμα αίμα? ήπαρ

21 Είδη βλαστοκυττάρων: 2) Ενήλικα βλαστοκύτταρα (Adult stem cells-asc)

22 Adult stem cells: Που βρίσκονται Επιφάνεια ματιού εγκέφαλος δέρμα μαστός όρχεις έντερο Μύες Μυελός των οστών

23 Adult stem cells: Αιμοποιητικό βλαστοκύτταρο διαφοροποίηση Στο μυελό των οστών Μερικώς πολυδύναμο Κύτταρα του αίματος Ερυθροκύτταρα, λευκοκύτταρα, Αιμοπετάλια

24 Εμβρυϊκά (ESC) vs Ενήλικα (ASC) Πολυδύναμα Διαφοροποίηση σε όλα τα είδη κυττάρων Μεγάλος αριθμός μπορεί να απομονωθεί εύκολα Εύκολη σχετικά καλλιέργεια Μπορεί να προκαλέσουν ανοσοαπόκριση Μερικώς πολυδύναμα Διαφοροποίηση σε περιορισμένο αριθμό ειδών κυττάρων Μικρός αριθμός και δύσκολη απομόνωση Δύσκολη η καλλιέργεια Μικρότερη πιθανότητα να προκαλέσουν ανοσοαπόκριση και απόρριψη γιατί είναι αυτόλογα

25 Εναντίον των ESC Πιθανό να προκαλέσουν καρκίνο Αναπάντητα ερωτήματα σχετικά με τη λειτουργική διαφοροποίησή τους Ανοσοαπόκριση και πιθανή απόρριψη Χρωμοσωμική αστάθεια Ηθικά ζητήματα

26 Η καταστροφή του εμβρύου είναι το βασικότερο ηθικό εμπόδιο στην απομόνωση και χρησιμοποίηση των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων

27 Πυρηνική μεταφορά από σωματικό κύτταρο Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT)

28

29

30 Generation of Functional Human Pancreatic β Cells In Vitro Felicia W. Pagliuca3, Jeffrey R. Millman3, Mads Gürtler3, Michael Segel, Alana Van Dervort, Jennifer Hyoje Ryu, Quinn P. Peterson, Dale Greiner, Douglas A. Melton Cell 2014

31 Τα βλαστοκύτταρα θα μπορούσαν να αποτελέσουν βασικό θεραπευτικό εργαλείο στις περιπτώσεις Απώλειας κυττάρων ή/και ιστών Γήρανση Χημειοθεραπεία Σωματικό ή ισχαιμικό τραύμα Έμφραγμα του μυοκαρδίου Εγκεφαλικό Κάταγμα σπονδυλικής στήλης Εκφυλιστικές ασθένειες Alzheimer Parkinson Διαβήτης Αρθρίτιδα Οστεοπόρωση Νεφρική ανεπάρκεια Φυματίωση 31

32

33

34

35 Παραδείγματα: Καρδιακό έμφραγμα και βλαστοκύτταρα

36

37 Παραδείγματα: Διαβήτης

38

39 Παραδείγματα: Parkinson s

40

41

42

43 Mοριακός επαναπρογραμματισμός Στόχος: Να αλλάξει η δυναμικότητα ενός διαφοροποιημένου κυττάρου Ολοδύναμο Potency Πολυδύναμο Μερικώς πολυδύναμο Ολιγοδύναμο Μονοδύναμο Σωματικό κύτταρο

44 Είδη βλαστοκυττάρων: 3)Επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα Induced pluripotent stem cells(ipsc)

45 Induced pluripotent stem cells (ipsc) επαναπρογραμματισμός = προσθήκη συγκεκριμένων γονιδίων Σωματικό κυτταρο induced pluripotent stem (ips) cell διαφοροποίηση Καλλιέργεια στο εργαστήριο Πλεονέκτημα: δεν απαιτούνται έμβρυα! Όλοι οι κυτταρικοί τύποι

46

47 Induced pluripotent stem cells (ips cells) genetic reprogramming cell from the body (skin) pluripotent stem cell (ips) differentiation

48 Τρόποι δημιουργίας ipscs induced-pluripotent-stem-cells-quick-facts.php

49

50

51

52

53

54 Stem Cell Theory of Cancer Μικροσκοπική παρατήρηση όγκων αποκάλυψε ομοιότητες με ESC σε ένα αναπτυσσόμενο έμβρυο Απομόνωση τερατώματος: μη κακοήθων όγκων που μοιάζουν με μπάλα από πολλούς διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους που μπορεί να προέκυψε από απορύθμιση SC* Η αποτυχία αποτελεσματικής θεραπείας αποτυχία αποτελεσματικής θεραπείας των περισσοτέρων συπμαγών όγκων, και κυρίως η επανεμφάνιση και η μετάσταση υποδεικνύει την πιθανότητα υπάρξης κυττάρων μέσα στον όγκο που έχουν χαρακτηριστικά SC (cancer stem cells)

55 Ωοθηκικό Τεράτωμα (Δόντια!!) Image courtesy of Leonard J. Tyminski, M.D., Radiologist at earthlink.net

56 Stem Cell Theory of Cancer Τα CSCs έχουν προκύψει από SCs ή progenitor cells μέσω συσσώρευσης μεταλλάξεων (σε ογκογονίδια ή ογκοκατασταλτικά γονίδια) και επιγενετικές τροποποιήσεις (μεθυλίωση, τροποποίηση ιστονών κ.α)

57

58 Θεραπευτικοί στόχοι: Αποκάλυψη των διαφορών μεταξύ cancer & normal stem cells Αποκάλυψη των μεταβολικών οδών κρίσιμων για την επιβίωση των cancer SCs Ανάπτυξη θεραπειών που να στοχεύουν συγκεκριμένα στα cancer SC

59

60

61

62