Emopoiesi e staminali

Il SangueIl Sangue

• Globuli rossi (eritrociti)

• Globuli bianchi (leucociti)

• Piastrine

• Plasma

• Globuli rossi, globuli bianchi e piastrine sono prodotti nel midollo osseo

• In un adulto approssimativamente 5L di sangue (peso corporeo x 70)

Componenti del sangue: cellule e funzioni

Componenti del sangue: cellule e funzioni

• Eritrociti

• Trasporto di O2 & CO2

• Leucociti

• Risposta immune

• Fagocitosi

• Piastrine

• Emostasi

Componenti del sangueComponenti del sangue

Figure 16-2: The blood count

EmatocritoEmatocrito• Percentuale del

volume ematico che comprende i globuli rossi

• 40-52% (M)

• 35-47% (F)

Globuli rossiGlobuli rossi

• Trasporto di O2 ai tessuti

• Dischi biconcavi contenenti emoglobina

• Vita media di 120 giorni

• 4.4-5.9 x 1012

RBCs/L (M)

• 3.8-5.2 x 1012

RBCs/L (F)

Componenti del sangueComponenti del sangue

Ematopoiesi: il processo di formazione del sangue

Ematopoiesi: il processo di formazione del sangue

• Avviene principalmente nel midollo oseo, a partire dalle cellule staminali.

• I tempi ed i ritmi dell’emopoiesi sono regolati da citochine e fattori di crescita

Globuli rossi

Globuli bianchi Piastrine

Cellule staminali

EmatopoiesiEmatopoiesi

Menu FB

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stem

cell

HEMATOPOIESIS

GranulocyteLymphocyte

MonocytePlateletsRBC

Lymphopoiesis

Granulopoiesis

Monocytopoiesis

Erythropoiesis

Thrombopoiesis

Lymphoblast Monoblast Myeloblast

Myelocyte

Metamylelocyte

Band granulocyte

Pro-Myelocyte

Reticulocyte

Pro-erythroblast

Basophilic erythroblast

Orthocromatic erythroblast

Polychromatic erythroblast

Megakaryoblast

Megakaryocyte

Pluripotent stem cell (Hemocytoblast)

Megakaryopoiesis

Neu

Bas

Lym

Mon

Eos

Pla

RBC

Granulopoiesis

Monocytopoiesis

Erythropoiesis

{ Similar precursor produces Mast cells

Monocyte or a related precursor gives rise to many specialized phagocytes & antigen-presenting cells

Macrophages Kupffer cells Langerhans cells Dendritic cells Microglia Osteoclasts etc

FURTHER DIFFERENTIATIONS

Similar precursor produces Natural killer cells

B lymphocytes become Plasma cells

Thrombopoiesis

Midollo osseo normale

MACROFAGO

FIBROBLASTO

CELLULA STAMINALE

OSSO

OSSO OSSO

OSSO

CELLULA ADIPOSA

•IL6

•G-CSF

•GM-CSF

•M-CSF

•SCF

•Flk-2VCAM-1 ICAM-1

E-selectin

P-selectin

CD105 endogli

n

VEGF2R

Ruolo dei vasi

Macrophage

Sinusoid

Stromal

cellFat cell Megakaryocyte

Platelets

Midollo osseo

Reticular Fibers

4

3

2Stromal cell

1

1-4 Developing cells

Endothelial cell

M

Macrophage

Sinusoid

Stromal cellFat cell

Midollo rosso

Reticular Fibers

Stromal cell

Endothelial cell

STROMAL ELEMENTS

M

Sinusoid

Platelets

Midollo rosso

4

3

2

1

1-4 Developing & stored cells

HEMATOPOIETIC CELLS

Megakaryocyte

Compartimenti midollari

EMATOPOIETICO

VASCOLARE

STROMALEFIBROBLASTI

COLLAGENE

MATRICE

CELLULE ADIPOSE

MACROFAGI

s i nuso i d i

Endotelio

sinusoidi

MOBILIZZAZIONE

Lapidot, 2002

Che cosa è mieloide

Macrophage

Sinusoid

Stromal cell

Fat cellFat cell Megakaryocyte

Platelets

RED BONE MARROW

Reticular Fibers

4

3

2Stromal cell

1

1-4 Developing cells

Endothelial cell

M

Il midollo rosso è mieloide, in contrasto al midollo giallo, che è pieno di grasso e povero di cellule ematopoietiche

Il tessuto mieloide può esistere al di fuori del midolo osseo, ad esempio nel fegato fetale

Il tessuto mieloide è il sito dell’ematopoiesi, che include anche la linfopoiesi. Tuttavia ciò che il midollo produce sono essenzialmente i precursori linfocitari. I linfociti completano la loro formazione negli organi linfoidi. Così, la mielopoiesi (intesa come produzione di cellule non-linfoidi) occupa la maggioranza degli spazi midollari.

Le cellule staminali devono rimpiazzare se stesse,

mediante il processo di divisione mitotica, e nello

stesso tempo fornire all’organismo cellule mature

stem

cell

Divisione simmetrica

stem

cell

Divisione asimmetrica

Le cellule staminali e le divisioni “asimmetriche”

Le cellule mature derivano, dopo molte divisioni e molti passaggi differenziativi, dalle stem cells.

stem

cell

I fattori di crescita regolano la proliferazione, differenziazione & rilascio di cellule allo scopo di controllare il numero di cellule necessarie a

fronteggiare la perdita (es.emorragie), o l’incrementato bisogno (es. infezioni o condizioni di bassa pressione di ossigeno dovuta

all’altitudine).

Unità formanti colonie

Donald Metcalf

La scoperta delle “colonie” e dei fattori

di crescita

L’idea del saggio a colonie

Metcalf & Bradley, 1965

Le prime colonie ematopoietiche

Cellule staminali come unità (CFU)Perché i precursori si definiscono “unità”?

Il topo normale possiede tessuto ematopoietico nell’osso e nella milza.

L’irradiazione distrugge il tessuto ematopoietico

Vengono inettate cellule ematopoietiche da un ratto

giovane contenenti un marker cromosomico

Nella milza appaiono isole ematopoietiche contenenti cellule marcate

Perché i precursori vengono definiti “unità”?

Le cellule ematopoietiche iniettate capaci di formare “isole” o “colonie” ricevono il nome di “Unità formanti colonie - nella milza” (COLONY-

FORMING UNIT, SPLEEN or CFU-S)

Basophil

Eosinophil

RBC

Neutrophil

T Lymphocyte

Monocyte

Platelets

B Lymphocyte

Pluripotent Stem Cell

CommittedStem Cell

CFU-MegMegakaryocyte

Lymphoid Progenitor Cell

CSCPSC

LPC

MPCMyeloid Progenitor Cell

BFU-E

CFU-E Colony-forming

Unit - ErythroidCFU-M Colony-forming

Unit -Monocyte

Colony-forming Unit - Monocyte.Granulocyte

CFU-GM

CFU-G

CFU-Eo

CFU-Mast

Linee ematopoietiche

CFU-GEMM

Fattori di crescita

Influenzano la proliferazione e differenziazione di cellule ematopoietiche i diversi modi:

•Fattori di crescita - divisione e proliferazione

•Fattori di sopravvivenza - prevengono l’apoptosi

•Fattori di differenziazione - maturazione cellulare

•Fattori di attivazione - favoriscono l’attivaz. cellulare

Un dato fattore può agire in diversi modi e su più tipi cellulari.

Basophil

Eosinophil

RBC

Neutrophil

T Lymphocyte

Monocyte

Platelets

B Lymphocyte

Pluripotent Stem Cell

CommittedStem Cell

CFU-MegMegakaryocyte

Lymphoid Progenitor Cell

CSCPSC

LPC

MPCMyeloid Progenitor Cell

BFU-E

CFU-E

CFU-M

Colony-forming Unit - Monocyte.Granulocyte

CFU-GM

CFU-G

CFU-Eo

CFU-Mast

HEMATOPOIESISGrowth factors

M-CSFIL-3, GM-CSF

G-CSF

IL-6

IL-3

SCF IL-1

**

EPO

TPO

*

Da cellule staminali pluripotenti a cellule mature, differenziate, effettrici di funzioni

specifiche

Da cellule staminali pluripotenti a cellule mature, differenziate, effettrici di funzioni

specifiche

Ematopoiesi

CURT CIVIN

Nel 1984 scopre

l’antigene CD34

CD34+

Curt Civin, 1984

R2

CD

34

Osservare “elettronicamente” le CS

R4

ANALISI ELETTRONICA A QUATTRO COLORI

G. Scalia & P. Morabito, 2003

Margaret Goodell

Verso una cellula staminale ancora piu’

“primitiva”

Le cellule staminali CD34- (side population)

Margaret Goodell

(Lin)- Sca-1+

c-kit+CD34-

Capaci di ricostituzione emopoietica a lungo termine

Osawa, 1996

L’espressione di CD34 è inducibile

(Lin)- Sca-1+

c-kit+

CD34-

(Lin)- Sca-1+

c-kit+

CD34+

1 settimana con IL-11 o SCF

DIVERSI TESSUTI, DIVERSA ORIGINE

CSE

SANGUE EPATOCITA

TRANS-differenziazione

CONCETTO DI TRANS-DIFFERENZIAZIONE

James Thomson

LINEE CELLULARI EMBRIONALI

JA Thomson

MASSA INTERNA COLONIA

C. INDIFFERENZIATE C. DIFFERENZIATE

intestino epitelio neurale

osso cartilagine

muscolo striato glomeruli

TOTIPOTENZA DELLE ES

LINEE CELLULARI EMBRIONALI DIVENTANO CELLULE EMATOPOIETICHE

CFU-GEMM BFU-E

CFU-GM CFU-M

CFU-MK GRANULOCYTESJA

Thomson

CELLULE STAMINALI

ADULTE

CELLULE STAMINALI

EMBRIONALI DA BLASTOCISTI

DONATE

CELLULE STAMINALI

EMBRIONALI DA BLASTOCISTI

CLONATE

MIDOLLO NORMALE

AGRANULOCITOSI

MIELOBLASTI

PROMIELOCITI

PROMIELOCITI 2

MIELOCITI

MIELOCITI E METAMIELOCITI

FORME BAND

neutroGRANULOCITI

EOSINOFILI

BASOFILI

MASTOCITI

MONOCITI

MACROFAGI

MEGACARIOCITI

PROERITROBLASTI - ERITROBLASTI BASOFILI

ERITROBLASTI POLICROMATOFILI

ERITROBLASTI ORTOCROMATICI