Plataformas para o transplante e diferenciação controlada de células estaminais

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1 Plataformas para o transplante e diferenciação controlada de células estaminais Lino Ferreira Departamento de Biomateriais e Terapias Baseadas em Células Estaminais Área de Biotecnologia Centro de Neurociências e Biologia Celular

2 1. Porque é que precisámos de células estaminais? Tipo Milhões de pacientes (EUA) Doenças cardiovasculares 58 Doenças autoimunes 30 Diabetes 16 steoporose 10 Cancro 8.2 Doença de Alzheimer 4.5 Doença de Parkinson 1.5 Queimaduras graves 0.3 Lesões da medula espinal 0.25 Defeitos de nascimento 0.15 Fonte: NIH (Newsweek 2004, utubro)

3 1. Quais são os nossos objectivos? 1- Desenvolver materiais bioactivos que controlem a diferenciação de células estaminais e que contribuam para o seu transporte e enxerto in vivo. 2- Desenvolver terapias celulares para o tratamento de doenças 2- Desenvolver terapias celulares para o tratamento de doenças cardiovasculares.

4 1. Que tipo de células estaminais utilizámos? Tecido Adiposo Hematopoiéticas Fluido Amniótico Neuronais Células estaminais Placenta Sangue do cordão umbilical Medula óssea Mesênquima Embrionárias

5 1. Qual a origem das estaminais embrionárias humanas? Espermatozoide Óvulo fertilizado Morula (3-4 dias) Óvulo não fertilizado Blastocisto (5 dias) ~ 30 células - MEF/+LIF ~200 células Escala=100 µm in A,B,D; 50 µm in C Thomson et al., Science 1998, 282, 1145

6 1. Qual é o potencial impacto destas células em medicina regenerativa? Produto Descrição Tratamento Estado de desenvolvimento GRNPC1 ligodendrócitos Lesão da medula espinal Pre-clinico GRNCM1 Cardiomiócitos Doenças do coração Pre-clinico Produto Descrição Tratamento Estado de desenvolvimento Células pancreáticas Diabetes Desenvolvimento de produto

7 Diferenciação em corpos embrioides Células estaminais embrionárias Diferenciação em suportes poliméricos Ferreira et al., Advanced Materials 2008 Provisional patent nº Ferreira et al., Biomaterials 2007 Patente: PCT/US2006/ Ferreira et al., Circulation Research 2007 Patente: PCT/US2007/ Gerecht, Burdick, Ferreira et al., PNAS 2007 Ferreira et al., Biomaterials 2006 Karp, Ferreira et al. Stem Cells 2006

8 2. Diferenciação vascular em geis bioactivos + Encapsulamento celular Células estaminais embrionárias H H A H PEG C N H RGD Micropartículas H Micropartículas contendo VEGF Dextran-acrylate Células estaminais Gel Ferreira et al., Biomaterials 2007

9 2. Células encapsuladas em geis de dextrano dão origem a um maior numero de células vasculares que corpos embrioides % of Cells KDR/Flk-1 1- Corpos embrioides 2- Células encapsuladas A EBs Células vasculares Ferreira et al., Biomaterials 2007

10 3. Diferenciação vascular em corpos embrioides com microparticulas Células estaminais embrionárias humanas Micropartículas: sistemas de libertação controlada de factores de crescimento Corpo embrioide Corpo embrioide com microparticulas Corpo embrioide Topo Centro Base Nucleo celular Partículas fluorescentes Barra corresponde a 100 µm Ferreira et al., Advanced Materials 2008

11 3. Diferenciação vascular em corpos embrioides com e sem microparticulas 8 *** EBs- PIGF VE-CAD *** PECAM1 *** *** * vwf Ang2 Tie2 *** *** Flk pgml -1 CD34 PlGF- Placental growth factor microparticles 8 REBs-PIGF * vwf ** ** ** *** PECAM1 Tie2 Ang2 Flk-1 CD34 VE-CAD 50 ngml -1 Ferreira et al., Advanced Materials 2008 Provisional Patent nº

12 4. Isolamento de células progenitoras vasculares Para a formação de vasos sanguíneos estaveis precisamos de dois tipos de células: Células endoteliais e células do músculo liso A Diferenciação de corpos embrioides durante 10 dias Separação de células CD34 + EGM-2 EGM-2 + PDGF BB EGM-2 + VEGF 165 Células do musculo liso Células endoteliais

13 4. Células vasculares progenitoras dão origem a células endoteliais e do musculo liso A HUVEC 99% +VEGF-3P +PDGF-3P 98% 5% PECAM1 37% 12% 0% B PECAM1 SM-MHC GADPH H U V E C S M C E G M 2 + V E G F + P D G F KDR/Flk-1 18% 65% 1% α-sma GADPH CD34 0% 0% 0% SSEA4 Ferreira, Circulation Research 2007 Patente: PCT/US2007/069809

14 4.Transplantação de células endoteliais e do musculo liso levam à formação de microvasos em modelo animal ULEX1 ULEX1 Human collagen IV α-sma PECAM1 Human collagen IV ULEX1 α-sma Transplantação de ECs + SMCs (3:1) Transplantação de ECs 28 dias Ferreira, Circulation Research 2007 Patente: PCT/US2007/069809

15 5. Investigação em curso: 1. Transplante do coração: 4,000 transplantes mundiais por ano (Fonte: Medical and Healthcare marketplace guide, 2004) A procura é muito superior à oferta A qualidade do coração do dador não é sempre a desejável Necessidade de medicação imunosupressiva 2. Transplante de células estaminais para regeneração cardíaca

16 Grupo: Helena Vazão Dora Pedroso Cristiana Paulo Luis Nobre Rita Santos Colaboradores: Hyoungshin Park (Harvard University) Daniel S. Kohane (Harvard-MIT) Sharon Gerecht-Nir (John Hopkins University) Jeff Karp (Harvard-MIT) Gordana Vunjak-Novakovic (Columbia University) Robert Langer (MIT) Manuel Vidal Para mais informações : Financiamento: NIH (Grant: HL060435) Programa MIT-Portugal Crioestaminal