Células Tronco Adultas

Hamilton da Silva Junior

Conceitos

Histológicos: •Homotópico •Heterotópico

Imunológicos:

•Autólogo •Singênico •Alogênico •Xenogênico

Ecologia: •Nicho •Dinâmica de população

Genética: •Genótipo •Fenótipo

Divisão assimétrica Maturação:

•Comprometimento •Determinação •Especificação

Senescência Reposição Reparo Regeneração

Indivíduo “Perfeito”

www.biotech-adventure.okstate.edu

Organização das Informações

Programa Definido

Definição

• Capacidade de auto-renovação (divisão assimétrica)

• Capacidade de diferenciação

• Baixa Taxa de Proliferação (in situ)

Célula estromal subendosteal

Célula estromal endosteal

Autorenovação!

Diferenciação!

Divisão celular assimétrica

Divisão Assimétrica

Domínios Intracelulares

Classificação das células-tronco

Capacidade de diferenciação

Totipotente (zigoto e mórula)

capacidade de originar um novo organismo

Pluripotente

capacidade de originar todos os tipos celulares do embrião propriamente dito

Multipotente

capacidade de originar sub-tipos de células

Oligopotentes

Capacidade de originar células do próprio tecido

Unipotentes

Biologia das células tronco

Progenitores teciduais: Epiderme, Mucosas Tecido Conjuntivo Músculos, Tendões Cartilagem, Osso Sistema nervoso ...

Progenitores sistêmicos: Células embrionárias Medula óssea: Células tronco hematopoiéticas Células tronco mesenquimais Sistema vascular

CÉLULAS TRONCO ADULTAS

Fontes: •reservas teciduais •placenta - sangue de cordão umbilical •medula óssea •omentum •células perivasculares

Sistema Imune

Recirculação e Endereçamento

Sistema hematopoiético

STEM CELLS: SCIENTIFIC PROGRESS AND FUTURE RESEARCH DIRECTIONS

REPORT PREPARED BY THE NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH

Ruth Kirschstein, M.D. - Acting Director Office of Science Policy

Lana R. Skirboll, Ph.D. – Director

www.ncbi.nlm.nih.gov (freely available)

Célula

do

epiblasto

Progenitor

mesodérmico

Precursor

Hematopoiético

(LT-HSC)

CD45+

Precursor

endotelial

Camundongo

Lin-/lo

CD117+

Sca-1+

KDR+

CD144+

Tie-2+

CD146+

CD31+

vWF+

Sistema Mesenquimal e Endotelial

CD45-

Precursor

mesenquimal

Precusor

endotelial

Camundongo

Lin-/lo

KDR-

Brachyury+

CD41+

CD105+

Humano

Lin-

CD117hi

CD133+

CD34+

CD144+

KDR+

CD146+

CD31+

vWF+

CXCR-4+

EC

Camundongo

Lin-/lo

KDR+

CD144+

Tie-2+

CD146+

CD31+

vWF+

Humano

Lin-

CD117hi

CD133-

CD34+

CD144+

KDR+

CD146+

CD31+

vWF+

CXCR-4+

Hemangioblasto

Camundongo

Lin-/lo

CD117+

KDR+

Tie-2+

CD106+

CD31+

Progenitor

endodérmico

Stro-1+

CD90+

CD49lo

CD54lo

CD105+

CD106+

CD56lo

humano

Lin-

CD34-

CD104-

CD45-

CD133-

CD62L-

HLA-DR-

Precursor

linfático Humano

Lin-

CD133+

VEGF-R3+

?

osteoblasto

condroblasto

tendócito

adipócito

Músculo

esquelético

Músculo

liso

Músculo

cardíaco

Oligodendrócito

MSC

PPAR-2+LPL+

CBF-1+Col. II/IX+

fibroblasto

FGF-Rs + ?

CBF-1+Opn+Ocn+ALP+

reticulócito

? MAPC

CD34+

CD44+

CD45+

CD117+

CD90lo

KDRlo

Sca-1lo

CD13hi

SSEA-Ihi

camundongo

Lin-

MHC-II-

= Totipotente!?

?

? -MHC+-

SMA+SM22+

desmina+

cTn-I+cTn-T+

-MHC+-SMA+

(miofibroblasto)

FGF-Rs+BMP-12R+Col. II+

CD100+CD81+GM-1+

?

Pericito

NG-2+PDGF--R+3G5+-

SMA+

?

?

?

?

-SMA+

Tropomiosina+

Stro-1+

CD13+

CD29+

CD33+

CD105+

CD166+

HLA-I+

Lin-

CD34-

CD14-

CD45-

Cordão umbilical medula

?

Meso-angioblasto

?

?

Camundongo

Lin-/lo

CD117+

CD34+

KDR+

Brachyury+

PDMPC

CD13+

CD44+

CD73+

CD90+

CD105+

HLA-II+

Lin-

CD34-

CD31-

CD45-

HLA-DR-

humano

?

Progenitor

ectodérmico

?

...

camundongo

LT-HSC ST-HSC MPP

CLP

CMP

GMP

MEP

Pro-T

Pro-NK

Pro-B

Pro-DCs

Linfócito T

Célula NK

Linfócito B

Dendrítica

linfóide

Dendrítica

mielóide

Macrófago

Neutrófilo

Eosinófilo

Plaquetas

Hemáceas

monócito

polimorfonuclear

megacariócito

Reticulócito

(Eritrócito)

Basófilo

Mastócito

Lin-/lo

CD117hi

Sca-1hi

CD90lo

CD135-

CD133+

VEGF-R1+

CD31+

Lin-/lo

CD117hi

Sca-1hi

CD90lo

CD135+

CD133+

Lin-/lo

CD117hi

Sca-1hi

CD90-

CD135+

Lin-/lo

CD117

Sca-1

CD90lo

CD127+

CD34+

CD16/32-

Lin-/lo

CD117

Sca-1

CD90lo

CD127-

CD34+

CD16/32lo

Sistema Hematopoiético

CD45+ Cam + Hum CD3+CD4+/8+TCR+

Cam CD3-CD16+NK1.1+DX5+

Cam + Hum CD19+B220+sIg

Cam

CD11c+CD11b-CD8+

Cam

CD11c+CD11b+CD8-

Cam CD11b+Gr-1lo/+CD16/32+F4/80+

Cam CD11b+Gr-1+IgE-R+7/4+

Cam IL-5R+Gr-1+IgE-R+MMP-9+

Cam CD11b+Gr-1+IgE-R+MMCP-8+

Cam CD11b+Gr-1+IgE-R+MMCP-4+

Cam + Hum CD41+

Cam Ter-119+

CD110+

EPO-R+

CD127-

CD34-

CD16/32lo

EPO-R-

CD127-

CD34+/hi

CD16/32lo

GM-CSFR+

M-CSFR+

G-CSFR+

Cam CD110+EPO-R-

Cam CD110-EPO-R+

Cam CD135+MHC-IIhiCD11c+

Osteoclasto

Cam + Hum CD11b+CD11c-RANK+

Cam CD44+CD117+

Cam CD122+NK1.1-DX5-

Cam CD43+B220+

Astrócito (microglia)

Cam CD11b+CD60+GFAP+

humano

Lin-

CD133+

CD34+

CD7+

CD45RAhi

camundongo

camundongo camundongo camundongo

humano

Lin-

CD34+

CD38-

CD90+

CD133+

CD117-/lo

camundongo humano

Lin-

CD34+

CD33+

CD13+

CD123hi

CD117+

CD34+

CD13+

CD33+

Cam. Hum.

Cam + Hum

Hum CD34+CD10+CD45RA+

Hum cCD3+CD44+CD7+CD10+

Hum cCD3-CD7+

Hum CD4+HLA-DRloCD7-CD3-

Hum CD235a+CD71-/lo Hum CD110-EPO-R+CD71+

Hum CD110+CD34+CD38+CD41+

Hum CD34+CD14+IgE-RI+CD123+

Hum CD14+CD11b+IgE-R+CD203c+

Hum CD14+CD125+IgE-R+

Hum CD66a+IgE-R+CD35+CD87+

Hum CD11b+CD14+CD64+

Hum CD14+CD60+GFAP+

Hum

CD11c+HLA-DR+CD8-

Hum

CD11c+HLA-DR+CD8+

Hum CD3-CD16+CD56+

O Nicho!

Ontogenia da Hematopoiese

Adaptado de Cumano et al, Oxford Press 2001

Hematopoiese Primitiva Saco Vitelínico

•Hemáceas nucleadas: •isoformas embrionárias de hemoglobina (, βH1 e )

•4x mais concentradas que adulta •Megacariócitos imaturos •Monócitos primitivos:

•Não fazem “burst” respiratório

Hematopoiese Definitiva PAS/AGM

Sca-1

Progenitoras do YS quando cultivadas sob estroma da AGM desenvolvem linfopotencia

Vasculogênese e Linfangiogênese o início dos órgãos secundários

Ontogenia da Medula Óssea o quartel general

Organização da Hematopoiese a fonte da juventude

Biologia das células tronco

3 dias

7 dias

Subendosteal Endosteal

endósteo

subendósteo

Compartimentos funcionais

Calvi, L et al, 2003; Nilsson, S et al, 2001 e Zhang, J et al 2003

Taichman, R 2005

Tokoyoda, K et al 2004 Flk-2 TSLP IL-7

Hierarquia dos fatores no desenvolvimento B

embrião Feto/ jovem

adulto

CLP

A B C D E F Plasmócito

IL-7RKO / IL-7KO

B220

CD43

B220

CD19

CD43

HSA

DJH

germline

B220

CD19

CD43

HSAhi

BP-1

VDJH

VpreB/5

preBCR

Ig/Ig

B220

CD19

HSA

BP-1

VDJH

VJL

cIgM

B220

CD19

HSA

IgM

B220hi

CD19

IgM

IgD

EBF Pax5

Pre-pro-B Pre-B B imatura B madura

Responsiva à IL-7

E2A

pro-B inicial pro-B tardia

Linfopoiese B murina

CD34+

CD19-

CD38-

CD10+

CD127+

TdT+

CD45RA+

CXCR-4+

Lin-

Seleção positiva!?

Seleção Negativa!?

CD19+

B220-

CD11b+

AA4.1+

sIgMhi

CD5+

Lin-

B1

B2

Medula óssea+++ Timo+

CLP A B C C-D D-E F Plasmócito

CD34+

CD19+

CD38-

CD10+

TdT+

DJH

CD34+

CD19+

CD38-

CD10+

TdT+

RAG-1+

VDJH

VpreB/5

preBCR

CD34-

CD19+

CD38-

CD10+

TdT-

RAG-1+/-

VpreB-

c

CD79a/b+

Pre-pro-B Pre-B II B imatura B naÏve pro-B pre-B I

Linfopoiese B humana

CD34+

CD19-

CD38-

CD10+

CD127+

TdT+

CD45RA+

CXCR-4+

Lin-

CD34+

CD19-

CD38-

CD10+

CD127+

TdT+

DJH

?

CD34-

CD19+

CD38+

CD10-

TdT-

CD24hi

IgM+

CD79a/b+

B madura

CD34-

CD19+

CD38+/-

CD10+/-

TdT-

CD27-

IgM+

IgD+

CD79a/b+

CD34-

CD19+

CD38-

CD10-

TdT-

CD24lo

IgM+

IgD+

CD79a/b+

CD20+

CD21+

CD22+

CD40+

CD19+

CD79a/b+

CD20+

CD21+

CD22+

CD40+

CD69+

CD138+

Ontogenia Tímica

Organização Tímica

Fisiologia Tímica

DN1a DN2 DN3 DN4 DP

CD44

CD117

CD45

CD25

TCR

pT

TCR rear.

preTCR

CD4

CD8

CD3

TCR

d T / NK

CD8lo

CD4 or CD8

CD3

TCR

Pro-T Pre-T T imatura T madura

IL-7RKO

IL-7KO

cKO

Responsiva à IL-7 Responsiva à IL-7

? ?

CLP DN1b DN1c DN1d DN1e

NK

d T?

B

Seleção

CD8lo

SP

Lf T helper

Lf T cytotoxic

Timo

Lin-

CD117lo

Sca-1lo

CD90-

CD127+

Rag-1/2

CD44

CD117

CD45

CD24lo

CD44

CD117lo

CD127-/lo

CD90

CD45

CD24

CD44

CD127-/lo

CD90

CD45

CD24

CD44

CD127

CD90

CD45

CD44

CD25

CD127

TCRd rear.

CD90

CD45

Timopoiese murina

Seleção

DN1 DN2 DN3 DN4

ISP

DP

CD3

SPs

DP

CD4 Helper

CD8 Killer

Seleção Seleção

CD4 ou CD8

CD3+

TCR

Pro-T Pre-T T imatura T madura

Timopoiese humana

CLP

CD34+

CD19-

CD38-

CD10+

CD127+

TdT+

CD45RA+

CXCR-4+

Lin-

CD34+

CD38-

CD1a-

CD117-

Lin-

CD34+

CD38+

CD1a-

CD117+

Dd

Lin-

CD34+

CD38+

CD1a+

DJd

DJ

VJ

Lin-

CD34+

CD4+

CD38+

CD1a+

CD3lo

VDJd

VJ

VDJ

VJ

CD34+

CD4+

CD8+

CD38+

CD3-

VDJd

VJ

VDJ

VJ

CD34+

CD4+

CD8+

CD38+

CD3+

VDJd

VJ

VDJ

VJ

NKpoiese

Biologia das células tronco

Biologia das células tronco

Martino et al. Nature Reviews Neuroscience 7, 395–406 (May 2006) | doi:10.1038/nrn1908

Biologia das células tronco

Biologia das células tronco

Nat Med 2000, 11: 1229-1234

Turning Blood into Brain: Cells Bearing Neuronal

Antigens Generated in Vitro from Bone Marrow

Mezey, E., Chandross, K.J., Harta, G., Maki, R.A., McKercher, S.R.

From Marrow to Brain: Expression of

Neuronal Phenotypes in Adult Mice

Brazelton, T.R., Rossi, F.M., Keshet, G.I., Blau, H.M.

PNAS 1999, 96: 14482-14486

Science 1999, 283: 534-537

Science 2000, 290:1779-1782 Science 2000, 290:1775-1779

Nature 2001, 410:701-705

Biologia das células tronco

Science 2002

Nature 2003, 2004

O estímulo químico

primária 1ª passagem

osteoindução ctrl

adipogênese ctrl

Resposta ao estímulo/ambiente

Calcite

Calcium, carbonate, água

Titanium

Resposta à topografia

Grão de HA sinterizado

Porosidade 60% Porosidade 40%

MCs 48hs de cultura em HA

Interação com o biomaterial

Estratégia indutiva

CD34+ mesenquimais 21 dias

Leucemia e Hierarquia Homeótica

Leucemia e Hierarquia Homeótica

Ross, M et al, 2003 & Harrison, C., 2001

Leucemia e Classificação Cariotípica

Szczepanski, T, 2003

Leucemia e Classificação Fenotípica

Elabore uma figura que represente a organização das influências sobre a diferenciação de uma célula tronco (de preferência no seu tema de pesquisa ou interesse). A figura deve incluir todas as forças conhecidas:

•Quimicas (citocinas, hormônios, metabólitos etc); •Físicas (topografia e/ou estímulos mecânicos); •Infraestrutura de suporte.

•Grupos de no máximo 4 pessoas