GENÉTICA DA CÉLULA-TRONCO. Aparecida Maria Fontes Ribeirão Preto Agosto/ 2017

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1 ! GENÉTICA DA CÉLULA-TRONCO Aparecida Maria Fontes Ribeirão Preto Agosto/ 2017

2 Conceitos Associados com Célula-Trondco Tratamento Célula-tronco pluripotente Terapia gênica Célula- Tronco Bioética Regeneração Célula-Tronco adulta ips

3 Definição O Que são células-tronco? q Células indiferenciadas capazes de extensa proliferação. q Fontes de novas células para construir tecidos e orgãos tendo papel fundamental no desenvolvimento de organismos complexos.

4 Definição Quais as duas principais propriedads das células-tronco?

5 Reguladores transcricionais podem agir em diferentes tempos atuam na expressão gênica e alteram o fenótipo celular Como consequência da divisão celular assimétrica uma das células-filhas tem capacidade finita para divisão celular e começa a diferenciar enquanto a outra célua filha permanece como célula-tronco com capacidade proliferativa ilimitada.

6 Reguladores transcricionais podem agir em diferentes tempos atuam na expressão gênica e alteram o fenótipo celular q Fatores de transcrição podem ser ativados em diferentes tempos durante a diferenciação celular. q A medida que a célula amadurece, os fatores de transcrição podem atuar na expressão gênica e mudar a célula em diferentes fenótipos. q Após gerações sucessivas, a combinação de diferentes fatores de transcrição podem determinar o tipo celular.

7 Os diferentes tipos celulares de um tecido tem diferentes programas transcrionais e podem dividir-se em taxas distintas q A estrutura de um tecido depende de mais de um tipo celular e da própria taxa de divisão e morte de cada tipo celular. q Exemplo, no duodeno há diferentes tipos celulares, como, células absortivas, células calciformes, células de Paneth, etc.. todas originaram da mesma população celular, mas apresentam diferentes programas transcricionais. q A maior parte dos tecidos de um organismo mantém seu tamanho constante no organismo adulto. q Para que isso ocorra a taxa de morte celular e divisão celular devem permanecer balanceadas.

8 Como a célula-tronco mantém sua função e continua a produzir novas células-tronco? q A célula tronco possui também divisão simétrica, por meio da qual continua produzir novas células tronco na mesma posição. q De um pequeno número podem originar uma grande população de células semelhantes. q Em geral, permanecem quiescentes sendo necessário um sinal para sua ativação.

9 Tipos de Células-Tronco do Organismo Célula-Tronco Embrionária Célula-Tronco Somática Origem: massa celular interna do blastocisto. Potencial de Diferenciação: Pluripotentes Origem: um grupo específico de células de um tecido adulto. Potencial de Diferenciação: Multipotentes

10 Células-tronco embrionárias e somáticas como fontes de "remédios" genéticos

11 CÉLULA-TRONCO EMBRIONÁRIA Origina células das três camadas germinativas: endoderma, mesoderma e ectoderma

12 Células-tronco embrionárias q A fusão do óvulo e espermatozóide durante a fertilização humana estabelece o zigoto diplóide e inicia-se uma série de divisões celulares que resultam no embrião multicelular. Em qual fase do desenvolvimento obtem-se células-tronco embrionária? q No estágio de blastocisto. De qual região do blastocisto? q Massa celular interna.

13 Células-tronco embrionárias Quais as principais propriedades da célula-tronco embrionária? q Tem a capacidade ilimitada de divisão celular (são imortais). q São capazes de autorenovar sem diferenciação. q A partir de determinados sinais podem diferenciar-se em todos os tipos celulares do endoderma, mesoderma e ectoderma. A implantação do embrião no útero ocorre na fase de blastocisto. As três cadas germinativas embrionárias são formadas durante a gastrulação.

14 Células-tronco embrionárias: potencial terapêutico

15 Células-tronco embrionárias: problemas éticos e técnicos q O uso de embrião humano como fonte de célula-tronco. q Há também dificuldades técnicas para obter e cultivar essas células.

16 Células-tronco embrionárias: estudos em ClinicalTrials.gov

17 Principais ensaios clinicos com CTE (n= 28) Doenças Número Doenças da Retina e degeneração da retina 12 Degeneração macular 6 Infertilidade 3 Parkinson e Doenças Neurodegenerativas 3

18 CÉLULA-TRONCO SOMÁTICA Origina células de seu próprio tecido de origem

19 Células-tronco somáticas Onde e em qual fase do desenvolvimento obtem-se células-tronco somática? q Em tecidos fetais e pós-natais. Quais as principais propriedades das células-tronco somáticas? q São capazes de autorenovar, com sinais apropriados; q São capazes de diferenciar em vários tipos celulares do orgão do qual é derivada; q Tem a função de renovar as populações celulares ao longo do tempo. Há controversas sobre a capacidade das células-tronco somática diferenciar-se em linhagens celulares de outros tecidos.

20 Células-tronco somáticas

21 Células-Tronco Somáticas isoladas de diferentes tecidos Medula óssea (Prockop, 1997). Fígado (Strain e Crosby, 2000). Musculatura esquelética (Hawke e Garry, 2001). Músculo coração (Quaini et al., 2002). Cérebro (Vescovi et al 2001). Córnea (Bednarz et al., 1998). Pele (Ghazizadeh e Taichman, 2001). Pâncreas (Lumelsky et al., 2001). Rim (Hammerman et al., 2000). Epitélio Gastro-intestinal (Slack, 2000). Pulmão (Mason et al., 1997).

22 Células-tronco somáticas: 2 tipos principais Célula-Tronco Hematopoética Célula-Tronco Mesenquimal Origina todas as células sanguíneas. Presente na medula-óssea e sangue do cordão umbilical. Na medula óssea dá suporte às CTH e secreta uma grande variedade de fatores parácrinos. Pode ser isolada de diferentes tecidos.

23 Célula-Tronco Hematopoética: Medula Óssea

24 Célula-Tronco Hematopoética: Transplnate de Medula Óssea

25 Célula-Tronco Mesenquimal: Medula Óssea

26 Célula-Tronco Mesenquimal: Isolamento e cultivo Mononuclears 72 hours α - MEM 20% Fetal Calf Serum Remove non-adherent cells 14 days Ficoll-Hypaque gradient Trypsin Detach cells Bone Marrow Weekly

27 Célula-Tronco Mesenquimal: propriedades terapêuticas [efeitos parácrinos] Meirelles et al, 2009 Cytokine Growth Factor Rev. 20:419-27

28 Célula-Tronco Mesenquimal: perspectivas terapêuticas [ensaios clínicos] Chen et al, 2009 Int. J. Stem Cell Res. Ther. 3:029

29 Célula-Tronco Mesenquimal: perspectivas terapêuticas [ensaios clínicos] Chen et al, 2009 Int. J. Stem Cell Res. Ther. 3:029

30 Ensaios Clínicos com Célula-tronco somática (n= 4486)

31 Ensaios Clínicos com célula-tronco somática (n = 4486) Doenças Número Cancer (Leucemia e outros) 2593 Doenças do Enxerto contra o hospdeiro 826 Anemia 272 Doenças Neurodegerativas e do Sistema nervoso central 81 Diabetes 130 Doenças do Erro Inato do Metabolismo 77

32 CÉLULA-TRONCO PLURIPOTENTE INDUZIDA Forma de Reprogramação Celular

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34 Definição O Que são células-tronco pluripotentes induzidas? q Capacidade de converter células somáticas em células tronco pluripotentes. q Foram descobertos 4 fatores de transcrição, os quais quando expressos ao mesmo tempo podem converter um fibroblasto em célula-tronco pluripotentes induzidas (ips). q As ips são fenotipicamente indistinguíveis das células-tronco embrionárias em termos de expressão gênica, marcadores de superfície e morfologia celular. q Como as CTEs, as IPs são imortais, pluripotentes e expressam marcadores das três camadas germinativas quando são induzidas a diferenciação.

35 Geração de Células-Tronco pluripotentes induzidas Takahashi e Yamaka, 2006

36 Perspectivas da terapia celular com Células-Tronco pluripotentes induzidas

37 Células ips derivadas de pacientes com Doenças Genéticas

38 Principais Ensaios Clínicos com ips (n= 37)

39 MECANISMO DE REGENERAÇÃO É diferente conforme a fase do desenvolvimento

40 Regeneração: Fase embrionária Caplan, com. pes.

41 Regeneração: Fase Adulta Caplan, com. pes.

42 Regeneração: Papel da Terapia Celular Caplan, com. pes.

43 Principais Desafios q Uso de vetores virais para modificar a célula geneticamente. q Estratégia segura para modificar a célula de interesse. q Eliminação da célula progenitora ou célula-tronco contaminante antes do transplante. q Diferenciação das ips em tipos celulares de interesse in vitro para o transplante. q Para algumas doenças (atrofia espinhal medular e disautonomia familiar) as células ips derivadas do paciente exibem um fenótipo parcial da doença. q Em muitas doenças, um único tipo celular não é suficiente para manifestar o espectro completo da patogênese. A interação entre vários tipos celulares é importante para reconstrução do fenótipo.

44 Quais os Principais Objetivos da Terapia Celular? A maior parte dos esforços até o momento tem focado no uso de células tronco e reprogramação para gerar tipos celulares específicos da pele, musculares e neuronais. Quais os principais objetivos alcançados sobre a biologia da célula tronco?

45 Quais os principais objetivos dos estudos sobre a biologia da célula-tronco? A capacidade da célula-tronco especializar-se na célula relacionada a doença permite o estudo detalhado, a nível molecular, sobre cada uma das fases da doença: do início ao estágio final de progressão da doença. A compreensão dos mecanismos associados à doença permitirão o desenvolvimento de novas drogas para o tratamento das mesmas.

46 Quais os principais objetivos dos estudos sobre a terapia celular? A terapia celular, isto é, a substituição de células não funcionais por células-tronco diferenciadas com o objetivo de cura (medicina regenerativa). Outros objetivos podem ser alcançados: por exemplo, a partir dos protocolos clínicos de transplante de medula óssea, os pesquisadores descobriram uma molécula receptora na superfície das células-tronco hematopoéticas que pode permitir a migração direcionada das células-tronco para terapia regenerativa.

47 Exercício: q Você é um pesquisador recém formado com extensa experiência em terapia celular. O corpo clínico do HC está interessado em desenvolver um protocolo clínico para tratamento da Doença de Parkinson e convida você para discussão do tema: qual tipo celular devemos utilizar para o estabelecimento de um protocolo clínico para tratamento dessa patologia: Célula-tronco somática ou célula-tronco pluripotente induzida? Em dois grupos distintos (turma A e turma B) discuta as principais vantagens e desvantagens sobre o uso de cada um desses dois tipos celulares para o estabelecimento do protocolo clínico acima mencionado.

48 Bibliografia: Strachan e Read, 2011 Genética Molecular Humana 4 a Edição. Capítulo 21 (parcial).