Tipuri de celule si surse celulare - inginerie tisulara

TIPURI DE CELULE SI SURSE CELULARE - INGINERIE TISULARA

Celulele implicate in regenerarea tisulara

Doar celulele nediferentiate sau incomplet diferentiate au proprietatea de a se divide (CELULE STEM)

Majoritatea celulelor dintr-un tesut sunt celule diferentiate, care si au perdut proprietatea de diviziune

Toate tesuturile au o rezerva de celuele nediferentiate, care in anumite conditii (stimuli specifici), se pot mobiliza in procesul de diviziune celulara

Diviziunea are loc atata timp cat actioneaza stimulul specific de diviziune Dupa incetarea actiunii acestuia, celulele noi formate vor intra in procesul ireversibil de diferentiere.

Celule stem

Sunt celulele cu 2 proprietati specifice

Au abilitatea de a se multiplica (autoreplica), dand nastere unor copii identice cu celula mama

Au abilitatea de a se transforma (diferentia) in celule diferentiate

Se impart in functie de sursa, in 2 mari categorii:

Celule stem embrionare si fetale (responsabile pentru dezvoltarea embrionara sau fetala)

Celule stem adulte (responsabile pentru cresterea, mentinerea, regenerarea si repararea tesuturilor diferentiate)

Autoreplicarea celulelor stem

Diviziune simetrica

ambele celule vor evolua lafel

Ambele vor ramane nediferentiate

ambele se vor diferentia

Diviziune asimetrica

celulele formate vor evolua diferit

Una se va diferentia

Una va ramane in stare nediferentiata

Diviziunea simetrica sau asimetrica depinde de:

Mecanismele intrinseci (factorii de polaritate, alte mecanisme interne)

Mecanisme extrinseci (pozitionarea asimetrica in raport cu mediul extracelular, ceea ce duce la actiunea unor semnale diferite asupra celor doua celule

TIPUL CELULELOR STEM

Celulele stem totipotente

pot forma un organism intreg (ovocitul fertilizat si celulele formate dupa primele diviziuni ale zigotului)

Celulele stem pluripotente

formeaza cele 3 foite germinative ale embrionului, inclusiv celulele germinale.

nu pot forma celulele placentei si a cordonul ombelical

Provin din masa celulara interna a blastocistului

Celulele stem multipotente

Pot forma multiple celule (ex. celulele stem mezenchimale  -osteoblaste, condrocite, miocite si adipocite

Referat: Determinarea grasimii din smantana prin metoda acidobutirometrica Referat: Painea - ce paine si in ce cantitate ingrasa?

Celule stem oligopotente

Pot forma un anumit numar de linii celulare specifice unui tesut (ex. celulele stem neurale pot forma un subset de neuroni cerebrali; celulele stem hematopoietice pot forma subseturile de celule sanguine)

Celule stem unipotente

Celule care forteaza o singura linie celulara (ex. Spermatogoniile se diferentiaza doar in spermatozoizi)

Celule stem, celule precursoare si celule diferentiate

incetarea semnalelor intrinseci si extrinseci care mentin celula stem in stare nediferentiata

stadiu de precursor sau celula tranzitorie de amplificare

Celula diferentiata, cu fnctii specializate pentru o perioada prelungita de timp

Moarte celulara

Alte proprietati ale celulelor stem progenitoare

Rediferentierea

Revenirea la o etapa tranzitorie anterioara, la un fenotip mai putin matur (ex. dediferentierea condrocitelor in fibroblaste la trecerea de la sistemul de cultura 3D la 2D

Transdiferentierea (fenomen controversat)

Trecerea unei celule diferentiate de la un fenotip la altul, fara a trece prin etapa de dediferentiere (ex. transformarea celulelor pancreatice in hepatocite) 

Plasticitatea

Abilitatea celulelor stem adulte dintr-un tesut de a genera celule diferentiate specifice altui tip de tesut (ex. celulele stem hematopoietice pot forma, in afara de celulele sangelui, keratinocite, hepatocite, neuroni, cardiomiocite)

Celulele stem embrionare

Au fost izolate pentru prima data in 1981 de Evans si Kaufman

Pot fi recoltate din embrion in stadiul blastomeric sau blastocitar de dezvoltare

Sunt transferate in sistem de cultura pe un strat de celule doica (fibroblaste)

Coloniile celulare formate sunt periodic dezintegrate si recultivate in mediu de cultura proaspat

Etape de dezvoltare embrionara, in care se obtin celulele stem embrionare

Caracteristicile celulelor stem embrionare

Se pot autoreplica la infinit  in prezenta GF specifici

Prezinta markeri specifici (Oct4, fosfataza alcalina, antigenul embrionar de tipul SSEA si altele)

Diferentierea in vitro incepe cu formarea corpilor embrioizi (agregate flotante, partial diferentiate)

Cultivarea embrioizilor in sistem de picatura suspendata, duce la o diferentiere intr-o maniera caracteristica pentru perioada post-implantationala timpurie

Metode in vivo care demonstreaza pluripotenta celulelor SE:

injectarea celulelor stem embrionare subcutanat, intrarenal sau teasticular, la soricei imunodeficienti. In zona de implantare se formeaza o tumora benigna (teratoma), care va contine celule de diferite tipuri, provenite din toate foitele embrionare

obtinerea de animale himere (injectarea celulelor stem embrionare in interiorul blastocitului si apoi transferul intrauterin al blastocistului. Se constata o repartitie uniforma a celulelor rezultate din celulelel stem injectate

Celule stem adulte

Sunt celulele nediferentiate (nespecializate) localizate in tesuturile diferentiate

Au fost descoperite cu aproximativ 50 de ani in urma. In 1961 si 1963 apar primele publicatii care relatau prezenta a doua tipuri de celule stem in maduva hematopoietica

Celule stem hematopoietice, cele din care iau nastere elementele figurate ale sangelui

Celule medulare stromale (celule stem mezenchimale), o populatie heterogena de celule precursoare, care se pot diferentia in celule osoase, cartilaj, adipocite si celulele tesutului conjunctiv al maduvei hematopoietice    

Pana in prezent, celule cu proprietati asemanatoare celulelor stem mezenchimale au fost descoperite in toate tesuturile diferentiate (cord, ficat, pancreas, creier, pulpa dentara, epiderm  etc.)

Plasticitatea celulelor stem adulte

Surse celulare usor accesibile de celule stem adulte

Maduva hematopoietica

Sangele periferic, dupa mobilizarea celulelor stem din maduva hematopoietica cu ajutorul tratamentelor cu citokine (G-CSF)

Placenta si cordonul ombelical - sursa celulara  productiva si usor de recoltat

Tesut adipos obtinut prin liposuctie  

Caracteristicile moleculare ale celulelor stem adulte

Celulele stem se identifica cu markeri de suprafata

Combinatia specifica a unor markeri sau absenta unor markeri stau la baza identifiicarii si purificarii unui anumit tip de celule dintr-un amestec celular

Majoritatea markerilor specifici sunt proteine membranare din categoria proteinelor CD (Claster of differentiation)

Celulele stem hematopoietice sunt o populatie heterogena, caracterizata de CD34, CD43, CD45RO, CD45RA, CD59, CD90, CD109, CD117, CD133, CD166 si altele

Markerul caracteristic pentru toate celulele stem hematopoietice este CD34, iar in funtie de prezenta acestuia impreuna cu unul sau mai multi alti markeri, defineste si permite izolarea unei subpopulatii foarte pure de celule stem hematopoietice.

Celulele stem mezenhimale, spre deosebire de celulele stem hematopoietice, au ca marker specific  proteina STRO-1, iar markerul CD34 este absent.

Inca nu a fost izolata o linie foarte pura de celule stem mezenchimale pluripotente. 

Capacitatea functionala a celulelor stem mezenchimale umane

Demonstratii in vitro (culturi de celule)

In vitro celulele stem mezenchimale pot genera adipocite, condrocite si procese de mineralizare specifice osului

Primele celule stem mezenchimale au fost izolate de Friedenstein, in 1979, din grasime, prin centrifugarea in gradient de densitate.

Doar 0,001-0,01% din celulele zolate s-au doveedit a fi cele stem

Dupa o amplificare prin multiplicare in vitro, au fost obtinute culturi de celule diferentiate de tipul celor adipoase, condroide si osteoide

Micromediul celulelor stem

Fiecare celula stem adulta are o localizare anatomica specifica in tesut - nisa celulara

Nisa reprezinta micromediul celular, care adaposteste, protejeaza si regleaza balanta dintre celulele active si cele in repaos

Nisa celulara determina mentinerea rezervei de celule stem, diferentierea precursorilor si eliberarea celulelor diferentiate

Factorii care actioneaza asupra celulelor stem in nisa sunt:

celulele asemanatoare din nisa si alte tipuri de celule stem

MEC

Factorii reglatori solubili si cei asociati MEC

Senescenta replicativa a celulelor stem

Celulele stem mezenchimale au o viata replicativa mai scurta decat a celulelor stem embrionare - 50-70 diviziuni celulare

Senescenta replicativa este determinata de scurtarea telomerelor -  regiunea terminala a cromizomului, alcatuita din terminatia repetitiva de tipul TTAGGG

La fiecare diviziune celulara, se pierde o parte din secventa repetitiva, din cauza replicarii incomplete

Scurtarea treptata a telomerelor duce la alterarea progresiva a ADN si implicit la moartea celulara

Imortalizarea celulelor stem

Ceulele stem embrionare exprima un nivel crescut de telomeraza, enzima care adauga secvente repetitive la capatul terminal al telomerului

Majoritatea celulelor au expresie foarte mica sau chiar nedetectabila a telomerazei

Imortalizarea artificiala in cultura se poate induce cu virusul SV40, care in urma infectarii celulare, integreaza in genomul celulei gazda o gena vitala de imortalizare

Imortalizarea prin restabilirea activitatii telomerazice cu hTERT (human telomerase revers trenscriptase)

hTERT este subunitatea catalitica a telomerazei si poate fi introdusa in celula cu ajutorul vectorilor retrovirali

Tratarea celulelor stem mezenchimale cu hTERM prelungeste si stabilizeaza fenotipul nediferentiat