CÉLULAS-TRONCO Fatos, Ficção e Futuro Nance Beyer Nardi Departamento de Genética UFRGS

CÉLULAS-TRONCO Fatos, Ficção e Futuro... em setembro de 2007! Nance Beyer Nardi Departamento de Genética UFRGS

Fatos x Ficção

Fatos, ficção e futuro: Identidade, características básicas Métodos de obtenção Manutenção in vitro Plasticidade O papel do nicho Aplicações terapêuticas

1 - Identidade e características básicas das células-tronco

Células-tronco proliferam mantendo-se como célula- tronco originam células diferenciadas (colonizam o organismo)

Expansão clonal

Manutenção do compartimento de células-tronco mitose assimétrica

Manutenção do compartimento de células tronco assimetria invariante assimetria populacional

A célula-tronco embrionária x a célula-tronco do adulto

A célula-tronco embrionária

células-tronco (stem cells) pluripotentes trofoblasto botão interno 1 2 3 4 5 6 7 As primeiras células embrionárias são células-tronco (stem cells) pluripotentes

célula-tronco embrionária - pluripotente -

Linhagem de célula-tronco embrionária As células-tronco embrionárias são utilizadas após isolamento e cultivo, originando linhagens celulares permanentes. Linhagem de célula-tronco embrionária

Ficção: As células do zigoto, ou do botão interno do bastocisto, são equivalentes.

Fig. 3. Relative order of M- and E-second cleavage divisions and the spatial pattern of allocation of their progeny at the blastocyst stage. Consequências?...

A célula-tronco “adulta”

hematopoiética (medula óssea, cordão umbilical, sangue periférico) neuronal músculo esquelético (células satélites) mesenquimal (vários órgãos) epitelial MAPC Materno-fetal

função principal: manter as células que vão morrendo no organismo ao longo dos anos reparar lesões

célula tronco do adulto Renovação celular a partir de células-tronco célula tronco do adulto - multipotente - As células sanguíneas são renovadas a partir de células tronco presentes (~0,1%) na medula óssea.

Cada órgão/tecido apresenta seu conjunto de células-tronco medula óssea (CT hematopoiética) pele (CT epitelial) músculo (CT muscular) cérebro (CT neuronal) múltiplos (CT mesenquimal) fígado rins coração etc QUAL A RELAÇÃO EXISTENTE ENTRE AS DIFERENTES POPULAÇÕES DE CÉLULAS-TRONCO ADULTAS? ? ?

Qual a relação entre os diferentes compartimentos de células-tronco no adulto? Enquanto a “verdadeira” célula tronco pode tanto se auto-renovar como originar células diferenciadas... ... células “progenitoras”já estáo irreversivelmente comprometidas com a diferenciação.

Qual a relação entre os diferentes compartimentos de células-tronco no adulto? Modelos: 1 – O indivíduo nasce com os compartimentos de células-tronco órgão-específicos, que se mantêm como tal ao longo da vida. ESC aGSC aSC4 aSC3 aSC2 aSC1 ADULT EMBRYO

Qual a relação entre os diferentes compartimentos de células-tronco no adulto? PaSC aSC4 aSC3 aSC2 aSC1 ADULT EMBRYO aGSC 2 – O indivíduo nasce com um compartimento de células-tronco mais primitivas, que repõem os compartimentos órgão-específicos ao longo da vida.

Cada órgão/tecido apresenta seu conjunto de células-tronco Ficção: Conhecemos as células-tronco adultas. Cada órgão/tecido apresenta seu conjunto de células-tronco medula óssea (CT hematopoiética) pele (CT epitelial) músculo (CT muscular) cérebro (CT neuronal) múltiplos (CT mesenquimal) fígado rins coração etc

Células-tronco Ficção: Conhecemos as células-tronco adultas. proliferam mantendo-se como célula- tronco originam células diferenciadas

modificação das propriedades biológicas da célula-tronco Ficção: Conhecemos as células-tronco adultas. Mas: como saber que a “célula-tronco” tem a capacidade de proliferar e diferenciar? CULTIVO CELULAR modificação das propriedades biológicas da célula-tronco

Futuro: Identificação prospectiva das células-tronco, in situ, nos organismos. Como?...

2 – Métodos de obtenção de células-tronco

2.1 – Métodos de obtenção de células-tronco embrionárias

coleta do botão interno do blastocisto; ou coleta de células germinativas primordiais do feto.

Ficção: a ciência pode informar se o blastocisto é ou não um “ser humano”.* * ou: que tem um potencial suficiente de ser um “ser humano” para merecer a proteção que um ser humano merece.

Futuro: coletando células-tronco embrionárias sem destruição do embrião. em humanos?...

Futuro: reprogramação genética “desdiferenciando” células somáticas adultas. em humanos?...

Fatos, ficção e futuro: Identidade, características básicas Métodos de obtenção Manutenção in vitro Plasticidade O papel do nicho Aplicações terapêuticas

2.2 – Métodos de obtenção de células-tronco adultas

Células tronco do adulto: isolamento células raras morfologia pouco diferenciada COMBINAÇÃO DE PROTOCOLOS marcadores de superfície pouco conclusivos

Marcadores (proteínas) de superfície marcação com anticorpos específicos separação em colunas magnéticas... marcador

Marcadores (proteínas) de superfície marcação com anticorpos específicos separação em colunas magnéticas ou por citometria de fluxo

Aderência: MSC Cultivo de medula óssea com remoção constante das células não aderentes.

Side population: HSC Medula óssea murina incubada com Hoechst 33342

Morfologia: célula tronco muscular (célula satélite) Satellite cell activation in diaphragm muscle fibers. Events such as muscle fiber injury may trigger mitotic activation of normally quiescent myonuclei (satellite cells). These satellite cells may fuse with other myonuclei and promote protein synthesis, inducing muscle hypertrophy. Satellite cells may migrate to other fibers, leading to MHC co-expression. New fibers may also be formed via satellite cell activation.

Coleta de lipoaspirado Ficção: as células-tronco adultas são de difícil obtenção. Coleta de lipoaspirado Coleta de medula óssea Biópsia de pele

2.3 – Obtenção de células-tronco embrionárias por clonagem

embrião normal embrião clonado

Clonagem: reprodutiva x terapêutica transferência nuclear

Problemas com os procedimentos de clonagem

Fato: clonagem de mamíferos a partir de células adultas

Ficção: clonagem humana SCIENCE VOL 308 17 JUNE 2005

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana O movimento Raeliano http://rael.org/rael_content/index.php

Futuro: clonagem humana? transferência nuclear

2.4 – Obtenção de células-tronco do sangue de cordão umbilical

O sangue de cordão umbilical como fonte de células-tronco hematopoiéticas Vantagens: Disponibilidade Estabelecimento de bancos Facilidade de coleta Maior facilidade de expansão Menor risco de GVHD: - menor frequência de linfócitos T - maior tolerância imunológica

O sangue de cordão umbilical como fonte de células-tronco hematopoiéticas Desvantagem: Volume limitado número de CT limitado

O início 1988 – primeiro transplante de CB, através de colaboração franco-americana envolvendo os pesquisadores Gluckman, Broxmeyer, Auerbach menino de 5 anos com Anemia de Fanconi Hoje estima-se que mais de 4.500 transplantes tenham sido realizados, para o tratamento de doenças hematopoiéticas malignas ou não malignas.

Terapia com células-tronco do sangue de cordão umbilical Fato: as células-tronco hematopoiéticas do sangue de cordão umbilical são ótimas no tratamento de doenças hematológicas. Terapia com células-tronco do sangue de cordão umbilical DOENÇAS HEMATOLÓGICAS

Bancos de sangue de cordão umbilical coleta: da veia umbilical, antes ou após a expulsão da placenta volume média de coleta: 73 ± 23 ml 10 – 15 x 106 células nucleadas / ml primeiros bancos: início da década de 90 atualmente: mais de 250 mil unidades estocadas em 35 bancos, em 21 países (Goldstein et al. Human umbilical cord blood biology, transplantation and plasticity. Curr Med Chem. 2006;13:1249-59) anualmente, mais de 25 mil unidades coletadas no mundo

Bancos públicos de sangue de cordão umbilical no Brasil Rede Brasilcord – rede nacional de bancos de sangue e cordão umbilical e placentário (Portaria Ministerial, nº 2381 de 28/10/2004), Participam deste grupo os seguintes serviços: INCA - CEMO Hemocentro de Ribeirão Preto - SP UNICAMP - Campinas - SP Hospital Albert Einstein - São Paulo - SP Meta: 10 bancos públicos nos próximos três anos; armazenar ~50.000 unidades, para suprir a demanda de transplantes no Brasil.

Bancos públicos x Bancos privados

Ficção (?): é aconselhável armazenar de forma individualizada o sangue do cordão umbilical de seu filho.