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

CÉLULAS-TRONCOCÉLULAS-TRONCOFatos, Ficção e FuturoFatos, Ficção e Futuro

Nance Beyer NardiNance Beyer NardiDepartamento de Genética UFRGSDepartamento de Genética UFRGS

CÉLULAS-TRONCOCÉLULAS-TRONCOFatos, Ficção e Futuro...Fatos, Ficção e Futuro...

em setembro de 2007!em setembro de 2007!

Nance Beyer NardiNance Beyer NardiDepartamento de Genética UFRGSDepartamento de Genética UFRGS

Fatos

x

Ficção

Fatos, ficção e futuro:

1. Identidade, características básicas

2. Métodos de obtenção

3. Manutenção in vitro

4. Plasticidade

5. O papel do nicho

6. 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

mitoseassimétrica

assimetria populacional

Manutenção do compartimento de células tronco

assimetria invariante

A célula-tronco embrionária

x

a célula-tronco do adulto

A célula-tronco embrionária

trofoblasto

botãointerno 1 2 3 4 5 6 7

As primeiras células embrionárias são As primeiras células embrionárias são

células-tronco (células-tronco (stem cellsstem cells) ) pluripotentespluripotentes

célula-tronco embrionáriacélula-tronco embrionária- - pluripotentepluripotente - -

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)

músculo esquelético (células satélites)

mesenquimal (vários órgãos)

MAPC

epitelial

neuronal

Materno-fetal

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

• reparar lesões

Renovação celular a partir de células-tronco

As células sanguíneas são renovadas a partir de células tronco presentes (~0,1%) na medula óssea.

célula tronco do célula tronco do adultoadulto

- - multipotentemultipotente - -

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

aGSCaSC4aSC3aSC2aSC1

ADULT

EMBRYO

Qual a relação entre os diferentes compartimentos de células-tronco no adulto?

2 – O indivíduo nasce com um compartimento de células-tronco mais primitivas, que repõem os compartimentos órgão-específicos ao longo da vida.

ESC

PaSC

aSC4

aSC3

aSC2

aSC1

ADULT

EMBRYO

aGSC

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

Ficção: Conhecemos as células-tronco adultas.

Células-tronco

• proliferam mantendo-se como célula- tronco

• originam células diferenciadas

Ficção: Conhecemos as células-tronco adultas.

Ficção: Conhecemos as células-tronco adultas.

Mas: como saber que a “célula-tronco” tem a

capacidade de proliferar e diferenciar?

modificação das

propriedades biológicas da célula-tronco

CULTIVO CELULAR

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:

1. Identidade, características básicas

2. Métodos de obtenção

3. Manutenção in vitro

4. Plasticidade

5. O papel do nicho

6. 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.

Ficção: as células-tronco adultas são de difícil obtenção.

Coleta de medula óssea

Coleta de lipoaspirado

Biópsia de pele

2.3 – Obtenção de células-tronco

embrionárias por clonagem

embrião clonado

embrião normal

x terapêutica• Clonagem: reprodutiva

transferência nuclear

Problemas com os procedimentos de clonagem

Fato: clonagem de mamíferos a partir de células adultas

SCIENCE VOL 308 17 JUNE 2005

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana

Ficção: clonagem humana

http://rael.org/rael_content/index.php

O movimento Raeliano

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

DOENÇAS HEMATOLÓGICAS

Fato: as células-tronco hematopoiéticas do sangue de cordão umbilical são ótimas no tratamento de 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 - CEMOHemocentro de Ribeirão Preto - SPUNICAMP - Campinas - SPHospital 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.