Regenerativní medicína

Transkript

1 Regenerativní medicína Luděk Šefc L. Šefc, Regenerativní medicína Proces vytváření živé, funkční tkáně pro opravu nebo náhradu tkáně nebo orgánu, který ztratil funkci v důsledku stáří, nemoci, poškození nebo vrozených vad. Pomáhá prodloužit zdraví a dlouhověkost. L. Šefc,

2 L. Šefc, L. Šefc,

3 Trochu historie Termín "kmenová buňka" byl navržen pro vědecké účely ruským histologem Alexandrem Maksimovem ( ) na kongresu hematologické společnosti v Berlíně. Maximov předložil koncept existence krvetvorných kmenových buněk. 1960s - Joseph Altman a Gopal Das předložili vědecké důkazy pro dospělou neurogenezu, založenou na aktivitě kmenových buněk v mozku. Podobně jako André Gernez popřeli Cajalovo dogma "žádné nové neurony. Byli do značné míry ignorováni McCulloch a Till prokázali přítomnost sebeobnovujících se buněk v myší kostní dřeni. L. Šefc, Trochu historie Transplantace kostní dřeně mezi sourozenci úspěšně vyléčila SCID Krvetvorné kmenové buňky jsou objeveny v lidské pupečníkové krvi Myší embryonální kmenové buňky jsou získány z vnitřní buněčné masy (inner cell mass) vědci Martinem Evansem, Matthew Kaufmanem a Gailem R. Martinem. Gail Martin první použil termín "embryonální kmenové buňky" Nervové kmenové buňky jsou kultivovány in vitro jako neurosféry Bylo prokázáno, že leukémie pocházejí z krvetvorné kmenové buňky. První přímý důkaz pro kmenové nádorové buňky James Thomson a spolupracovníci získali první linii lidských embryonálních kmenových buněk na University of Wisconsin-Madison. 2000s Byly publikovány první zprávy o plasticitě adultních kmenových buněk Vědci z UC Irvine Reeve Research Center jsou schopni částečně obnovit schopnost ochrnutých myší chodit po injekci lidských neurálních kmenových buněk. L. Šefc,

4 Trochu historie Srpen Kazutoshi Takahashi a Shinya Yamanaka publikovali v časopise Cell vytvoření myších indukovaných pluripotentních kmenových buněk. Nobelova cena 2012 Říjen Mario Capecchi, Martin Evans a Oliver Smithies dostali v roce 2007 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za práci na embryonálních kmenových buňkách myší. Pomocí genově cílené strategie vytvořili geneticky modifikované myši (známé jako knockout myši). Listopad Lidské indukované pluripotentní kmenové buňky: Dvě podobné práce: v Cell od Kazutoshi Takahashi a Shinya Yamanaky "Indukce pluripotentních kmenových buněk z dospělých lidských fibroblastů definovanými faktory", a v Science od Junying Yu a spolupracovníků z výzkumné skupiny Jamese Thomsona, Indukované pluripotentní linie kmenových buněk získané z lidských somatických buněk. Pluripotentní kmenové buňky jsou získané z dospělých lidských fibroblastů. L. Šefc, Trochu historie Únor Tvorba pluripotentních kmenových buněk z dospělých myších jater a žaludku: tyto IPS buňky se zdají být více podobné embryonálním kmenovým buňkám, než dříve vyvinuté IPS, a nejsou tumorogenní. Navíc geny potřebné pro přeprogramování na IPS nemusí být vloženy do specifických míst, což podporuje rozvoj nevirových reprogramovacích technik. Březen První publikovaná studie o úspěšné regeneraci chrupavky v lidském kolena za pužití dospělých autologních mezenchymálních kmenových buněk vydná lékaři z Regenerative Sciences 30.října Embryonální kmenové buňky z jediného lidského vlasu. 11. října 2010 První klinická studie embryonálních kmenových buněk u člověka. Srpen 2013 Nábor pacientů do první klinické studie používající IPS buňky pro léčbu věkem podmíněné makulární degenerace (RIKEN Center for Developmental Biology in Kobe, Japonsko) L. Šefc,

7 Dospělé kmenové buňky Hematopoetické kmenové buňky Kmenové buňky z prsní žlázy Mezenchymálních kmenové buňky Endoteliální kmenové buňky Nervové kmenové buňky Dospělé čichové kmenové buňky Testikulární kmenové buňky L. Šefc, L. Šefc,

8 Plasticita kmenových buněk Terapeutické využití: infarkt myokardu neurodegenerativní onemocnění ortopedie plastická chirurgie genová terapie L. Šefc, L. Šefc,

10 L. Šefc, Day 1 Při in vitro fertilizaci (IVF), spermie a vajíčko "interagují" v Petriho misce, což vede k oplodnění. Spermie plavou k vajíčku snaží se vniknout do jádra. První z nich vyhraje, vstup ostatních je zablokován. Problémy s mužskou plodností: Někdy spermie nemůže proniknout do vajíčka. Lze provést intra-cytoplazmatickou injekci spermie (ICSI) L. Šefc,

14 L. Šefc, Embryonic Stem Cells L. Šefc,

15 Embryonální kmenové buňky v Petriho misce: Jak vypadá kultura ESC? L. Šefc, Embryonální vývoj: rybí embryo L. Šefc,

16 ips buňky indukované pluripotentní kmenové buňky 2006 myš, 2007 člověk virová transfekce několika transkripčních faktorů Oct-4, SOX2, c-myc, Klf4 L. Šefc, L. Šefc,

21 Dolly (5 červenec únor 2003) L. Šefc, Klonována Ianem Wilmutem, Keithem Campbellem a spolupracovnéky v Roslin Institute nedaleko Edinburgu ve Skotsku 277 buněčných fuzí, 29 časných embryí implantováno do 13 náhradních matek. Ale jen jedno těhotenství vydrželo, a 6,6 kg Finn Dorset jehně 6LLS (alias Dolly) se narodilo po 148 dnech. L. Šefc,

22 L. Šefc, Současné terapie L. Šefc,

23 Transplantace krvetvorných kmenových buněk Již více než 30 let se kmenové buňky z kostní dřeně a recentně i z pupečníkové krve používají k léčbě pacientů s hematologickými malignitami, jako jsou leukémie a lymfomy. Chemoterapie je užívaná k eliminaci nádorových kmenových buněk. Cytostatika však nerozlišují mezi leukemickými a zdravými krvetvornými kmenovými buňkami v kostní dřeni. Transplantace zdravých kmenových buněk obnoví během léčby ztracené buňky v těle hostitele. L. Šefc, Talesemie Genetická vada vede ke snížení produkce jednoho globinového řetězce, který tvoří hemoglobin. Transplantace krvetvorných buněk je jediný léčebný postup. L. Šefc,

24 Transplantation Mar 15;89(5): Tissue-engineered tracheal transplantation. Baiguera S, Birchall MA, Macchiarini P. Source BIOAIR (Laboratory of Biomolecular and Bioengineering Airways), University of Florence, Florenz, Italy. Abstract Regenerative medicine offers new tools with which to tackle disorders for which there is currently no good therapeutic option. The trachea is an ideal organ in which to explore the clinical potential of tissue engineering because severe large airway disease is poorly managed by conventional treatments, and the success of a graft is determined only by its ability to conduct air lifelong: that is, whether it can become a sustainable biological conduit. We define the component parts of tissue engineering and review the experimental methods used to produce airway implants to date, including a recent successful, first-in-man experience. L. Šefc, Transplantace trachey Příklad regenerace tkáně na bázi transplantace dospělých kmenových buněk L. Šefc,

25 Biokompatibilní uretra L. Šefc, Možné příklady léčby L. Šefc,

26 Poškození srdečního svalu Několik klinických studií zaměřených na srdeční onemocnění ukázalo, že terapie dospělými kmenovými buňkami je bezpečná, efektivné a stejně účinná při léčbě starších i nedávných infarktů. Terapie srdečních onemocnění pomocí lidských adultních kmenových buněk byla už v r komerčně dostupné na pěti kontinentech. Mezi možné mechanismy reparace patří: Tvorba buněk myokardu Stimulace růstu nových cév v poškozené srdeční tkáni Tvorba růstových faktorů Případně jiné dosud neznámé mechanismy L. Šefc, L. Šefc,

27 L. Šefc, Experimentální modelový systém Kardiomyocyty s kontrakcí v Petriho misce L. Šefc,

28 L. Šefc, Nádorová onemocnění Rozvoj strategií pro genovou terapii k léčbě intrakraniálních nádorů je slibný a se ukázal být úspěšný v léčbě některých psů, ačkoliv výzkum v této oblasti je stále v rané fázi. Použití konvenčních technik je pro léčbu mozkových nádorů málo efektivní. Vědci z Harvard Medical School transplantoval lidské nervové kmenové buňky do mozku hlodavců s mozkovým nádorem. Během několika dnů se kmenové buňky přemístily do nádorové oblasti a vyrábí cytosin deaminázou, což je enzym, který konvertuje netoxickou léčebnou látku na chemotheraputické agens. V důsledku toho došlo k redukci nádoru o 81 procent. Kmenové buňky nediferencovaly ani nebyly kancerogenní. Někteří vědci se domnívají, že klíčem k nalezení léku na rakovinu je inhibice proliferace nádorových kmenových buněk. Proto je současná léčba rakoviny navržena tak, aby zabila rakovinné buňky. Nicméně, konvenční chemoterapie, nerozlišuje mezi rakovinnými a dalšími buňkami. Terapie kmenovými buňkami jako nosičem léku může sloužit pro potenciální léčbu rakoviny L. Šefc,

29 Kmenové buňky jako nosič léku Zacílená dodávka léku, méně vedlejších účinků Day 0 Day 7 Day 14 NSCs injected (no tumor) NSCs injected (tumor) Shah et al. Dev Neurosci 2004 L. Šefc, Poškození mozku Mrtvice a traumatická poranění mozku vést k buněčné smrti, která se vyznačuje ztrátou neuronů a oligodendrocytů v mozku. Zdravý dospělý mozek obsahuje neurální kmenové buňky, které se dělí za účelem udržení jejich počtu a tvorby progenitorových buněk. U zdravých dospělých progenitorové buňky migrují uvnitř mozku a jejich funkce je v prvnířadě udržení populace čichových neuronů. Je zajímavé, že v těhotenství a po poranění je tento systém regulován růstovými faktorý a může zvýšit rychlost novotvorby nervové tkáně. Ačkoli regenerační proces je spouštěný mozkovým traumatem, málokdy pozorujeme výraznou reparaci tento reparační systém není u dospělých savců velmi výkonný. Kmenové buňky mohou být také použity k léčbě neurodegenerativních chorob, například Parkinsonovy a Alzheimerovy choroby. L. Šefc,

30 Kmenové buňky v dospělém mozku L. Šefc, Poškození míchy V říjnu 2003 referoval tým jihokorejských vědců o transplantaci multipotentních dospělých kmenových buněk z pupečníkové krve pacientce po úrazu míchy. Tato pacientka byla imobilní přibližně 19 let, a po transplantaci kmenových buněk do místa leze byla schopna se postavit a chodit. První vědecký důkaz o účinnosti transplantace kmenových buněk do poškozené míchy byl publikován v říjnu 2005 vědci z University of California, Irvine. Transplantovali lidské neurální kmenové buňky diferencované z embryonálních kmenových buněk hlodavcům s poškozenou míchou a vyhodnotili pobyblivost za 4 měsíce po transplantaci. L. Šefc,

31 Poškození míchy Příklad terapie odvozené od ESC L. Šefc, L. Šefc,

32 Propojení porušené nervové dráhy (i rozsáhlé léze) L. Šefc, Propojení porušené nervové dráhy (i rozsáhlé léze) L. Šefc,

33 Vytvoření zubu Amanda H.-H. Yen & Paul T. Sharpe. Cell Stem cells and tooth tissue engineering Tissue Res (2008) 331: Implanted tooth germ grown in the diastema. Transplanted mouse incisor tooth germ (E13) after 20 days in the maxillary diastema of an adult mouse. The tooth has erupted. a Horizontal view. b Lateral view L. Šefc, Znovuvytvoření prsu L. Šefc,

34 Zvětšení poprsí L. Šefc, L. Šefc,

35 Diabetes L. Šefc, L. Šefc,

40 L. Šefc, Veterinární využití jaderného přenosu klonování druhů ohrožených vyhynutím (Jurský park) L. Šefc,

41 L. Šefc, Nanomedicína 82 L. Šefc,

42 Nosiče léků L. Šefc, Detekce patogeních organizmů Nanoparticle Probe Targeted RNA Fluorophore Release L. Šefc,

43 Pohon nanorobotů L. Šefc, Pohon nanorobotů L. Šefc,

44 Pohon nanorobotů L. Šefc, L. Šefc,

45 Nanorobot odstraňující aterosklerotický depozit L. Šefc, L. Šefc,

46 3D tiskárny L. Šefc, D tiskárny L. Šefc,

47 L. Šefc, D tiskárny močový měchýř L. Šefc,

48 3D tiskárny L. Šefc, D tiskárny Robocop L. Šefc,

49 L. Šefc, Věda objevuje neznámé Terapie kmenovými buňkami je ještě v plenkách Výzkum lidských embryonálních buněk trvá desetiletí, adultních kmenových buněk přes 30 let Naděje na léčbu nebo její zlepšení pro více než 70 onemocnění L. Šefc,