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Células-tronco Células Pluripotentes Induzidas

Células-tronco Células Pluripotentes Induzidas · Embriologia. Clivagem: estágio de 4 células As células tornam-se menores a cada divisão mitótica. ... ~4 dias após a fecundação

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Células-troncoCélulas Pluripotentes Induzidas

13/10 – ES e iPS cells20/10 - Diferenciação de ES em neurônios27/10 - Regeneração

Conhecer a terminologia, conversar com pesquisadores, impressionar

amigos e familiares nas festas...

Objetivo desta aula…

Ler artigos e assistir reportagens e realmente entender a mensagem, ter

opinião própria e lúcida sobre o assunto

Saber um pouco da história da pesquisa em células-tronco, como

chegamos até aqui? Onde estamos? Para onde vamos? Questões existenciais...

Nós perdemos milhões de células a cada segundo

Um bilhão de células por hora

Importância das células-tronco

Sem o mecanismo de reposição destas células, nós

perderíamos...

Intestino: 2 horas

Pele: 3 semanas

Hemácias: 4 meses

Cabelo: 4 anos

Auto-renovação;

Manter-se indiferenciada;

Diferenciação em tipos celulares diferentes

Quem são as Células-tronco?

Gametogênese: Formação dos óvulos e espermatozóides , redução dos cromossomos

Fertilização: União de óvulo e espermatozóide

Embriogênese: Formação do embrião (zigoto)

De onde vem as células-tronco?

Zigoto

Resultado da união do óvulo ao espermatozóide. É o início de um

novo organismo.

Embriologia

Primeira Clivagem

Nos seres humanos, a primeira clivagem (ou divisão celular) acontece cerca de 30 horas após a fecundação

(dia 1).

(blastômeros)

Embriologia

Clivagem: estágio de 4 células

As células tornam-se menores a cada divisão mitótica.

Embriologia

Clivagem: estágio de 8 células

Ao chegar neste estágio, as células começam a mudar sua forma e se agrupar firmemente, tornando-se

compactas.Essa proximidade entre as células permite uma interação entre as células e troca de informações.

Embriologia

Mórula

Ao atingir 12 a 32 células, a estutura recebe o nome Mórula (amora).

~4 dias após a fecundação

Começa a formar-se a cavidade blastocística (infiltração de fluído

uterino)

Embriologia

Blástula ou Blastocisto

O fluído aumenta a cavidade interna(~6 dias após a fecundação)

Duas estruturas se formam: 1) Trofoblasto (células externas);2) Embrioblasto (células internas)

Embriologia

Trofoblasto (placenta)

Embrioblasto (embrião)

Embriologia

Embriologia

Degeneração MacularParkinson

ELA (esclerose lateral amiotrófica

Cardiopatias, Anemia, Leucemia, Artrite,

Fratura óssea

DPOC (doença pulmonar obstrutiva crônica)

DiabetesCirrose

Infertilidade

Células-tronco Embrionárias (ES)

Célula-tronco (características especiais)

Auto-renovação, Indiferenciação e Diferenciação

Potencial = Quantidade de possíveis destinos que a célula-troncopode adquirir (totipotente, pluripotente, progenitores)

Determinação do destino (músculo, osso, pele, neurônios, etc)

Regeneração ≠ Reparo tecidual (células-tronco adultas)

Uso terapêutico (estabelecidos/pesquisas)

Pluripotentes

Progenitores

Totipotentes

Cels diferenciadas

zigotoAdultas

Medula Óssea

Potencial = Quantidade de possíveis destinos que a célula-troncopode adquirir

Células-tronco Adultas - Regeneração

Sangue

Pele

Epitélio Intestinal

Uso terapêutico de células-tronco (adultas)

Célula-tronco embrionária

EctodermaProgenitores

NeuraisNeurônios

C-MycLin28SSEA3SSEA4

Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2

Sox17

Notch1NestinTP63

Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7

NestinaJagged

SinapsinaTau

GluR2GluR4

SinaptotosinaRodopsinaCalbindina

Pluripotente Progenitor DiferenciadaZigoto

Determinação do Destino = Diferenciação

Como a célula controla estes processos de divisão e diferenciação?

Oscar Hertwig (~1916)

Os cromossomos controlam a célula

Wilhelm His (~1892)

Os componentes do citoplasma controlam a célula

Edmund Wilson (~1928)

Todo mundo tem uma certa razão…

Vou mais além…EPIGENÉTICA e

MICROAMBIENTE meus senhores!

Conrad Waddington (~1942)

Conrad Waddington, 1942BiólogoPaleontologistaGeneticistaEmbriologistaFilósofo

Genes + Ambiente

https://youtu.be/KUvuv74_E1U

Era moderna de pesquisa com células-tronco

No laboratório…

Como identificá-las?

Como isolá-las?

Qual a participação dos genes?

Podem ser manipulados por experimentação?

Quais os fatores envolvidos?

Estas células podem fazer o que EU quero?

Fre et al., PLosOne 2011http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0025785

Identificação das células-tronco(utilização dos conceitos conhecidos)

Barker et al., Nature 2007 doi:10.1038/nature06196

Diferenciação - Quimeras

Era moderna de pesquisa com células-tronco

No laboratório…

Como identificá-las?

Como isolá-las?

Qual a participação dos genes?

Podem ser manipulados por experimentação?

Quais os fatores envolvidos?

Estas células podem fazer o que EU quero?

Isolamento das células-tronco

Isolamento das células-tronco

Após conhecimento de marcadores específicos

Célula-tronco embrionária

EctodermaProgenitores

NeuraisNeurônios

C-MycLin28SSEA3SSEA4

Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2

Sox17

Notch1NestinTP63

Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7

NestinaJagged

SinapsinaTau

GluR2GluR4

SinaptotosinaRodopsinaCalbindina

Pluripotente Progenitor DiferenciadaZigoto

Marcadores específicos

Era moderna de pesquisa com células-tronco

No laboratório…

Como identificá-las?

Como isolá-las?

Qual a participação dos genes? Clonagem e Cultivo

Podem ser manipulados por experimentação?

Quais os fatores envolvidos?

Estas células podem fazer o que EU quero?

1962 - Sir John Gurdon = Primeira reprogramação nuclear (clonagem de sapo)O potencial das células-tronco poderia ser reativado

- Sir John Bertrand Gurdon

- Nascido em 2 de outubro de 1933

- Durante seus estudos (1948-1949) , dos 250 alunos inscritos no curso de biologia, suas notaseram as mais baixas de todas, sendo o último no ranking dos estudantes

- Seus professores diziam que tentar uma carreiracomo cientista era “ridículo e uma perda de tempo para ele e aqueles que tivessem que ensiná-lo”

- Tentou trocar de curso se matriculando em disciplinas de História e Sociologia, mas foimatriculado erroneamente no curso de Zoologia

- DNA = material genético/ Michael Fischberg – Reprogramação Nuclear

- 1962 - Clonagem de sapo

- 2012 = Prêmio Nobel em Medicina pelo descobrimento da reprogramação celular

Estabelecimento da primeira linhagem de células-tronco/pluripotentes de camundongos

Cultura de ES

+ bone morphogenetic protein (BMP) + leukemia inhibitory factor (LIF)+ mitogen-activated protein kinase (MEK) + glycogen synthase kinase 3 (GSK3)+ FGF+ ActivinFeeder Layer

Inibem a diferenciação celularAlgumas culturas de primatas

A espécie animal e as condições de cultivo influenciamno estado de pluripotência

Dolly 1996-2003

Clonagem e Cultivo

1 2

3

Controvérsias – Influência Política

2001, Bush controversyO presidente americano George W. Bush limita o financiamento

federal para pesquisas com células-tronco humanas.

2005, Fraudulent clones- Woo Suk Hwang da Seoul National University in South Korea publicou 2 artigos na Science mostrando dados de clonagem de células-tronco humanas inspirado na Dolly- Solicitou mulheres da equipe que induzissemsuperovulação para usar o material naspesquisas

Controvérsias – Ética

Era moderna de pesquisa com células-tronco

No laboratório…

Como identificá-las?

Como isolá-las?

Qual a participação dos genes?

Podem ser manipulados por experimentação?

Quais os fatores envolvidos?

Estas células podem fazer o que EU quero?

Célula-tronco embrionária

EctodermaProgenitores

NeuraisNeurônios

C-MycLin28SSEA3SSEA4

Smad2/3Oct3/4FoxD3NanogCriptoSox2

Sox17

Notch1NestinTP63

Β3-TubulinaNestinaMAP2ABCG2MashAtoh7

NestinaJagged

SinapsinaTau

GluR2GluR4

SinaptotosinaRodopsinaCalbindina

Multipotente/Pluripotente

Progenitor Diferenciada

Diferenciação

Desdiferenciação

2006 - Pluripotentes Induzidas

Reprogramação = Desdiferenciação

- Fatores conhecidos por manterem células-tronco embrionáriasindiferenciadas em cultura;

- 24 genes envolvidos com estes fatores

Ecat1 Eras Sox15 Sall4 Utf1 B-catenin

Dppa5 Dnmt31 Dppa4 Oct3/4 Tcl1 C-Myc

Fbxo15 Ecat8 Dppa2 Sox2 Dppa3 Stat3

Nanog Gdf3 Fthl17 Rex1 Klf4 Grb2

Células Fbx15+ (gene expresso exclusivamente em ES mas sem participaçãona pluripotência ou desenvolvimento embrionário)

Controle Fbx15

Avaliação do efeito da retirada de cada fator selecionado naformação de colônias

**

* *

* **

**

10 fatores

Avaliação do efeito da retirada de cada fator selecionado naformação de colônias

* * **

Ecat1 Eras Sox15 Sall4 Utf1 B-catenin

Dppa5 Dnmt31 Dppa4 Oct3/4 Tcl1 C-Myc

Fbxo15 Ecat8 Dppa2 Sox2 Dppa3 Stat3

Nanog Gdf3 Fthl17 Rex1 Klf4 Grb2

Teste de pluripotencialidade – Formação de teratoma

C-Myc

Klf4

Sox2Oct3/4

GFP

Teste de pluripotencialidade – Formação de Quimeras

Pesquisa com células-tronco

2009, Presidente americano Barack Obama retira a

restrição de financiamento federal para pesquisas com

células-tronco

Era moderna de pesquisa com células-tronco

No laboratório…

Como identificá-las?

Como isolá-las?

Qual a participação dos genes?

Podem ser manipulados por experimentação?

Quais os fatores envolvidos?

Estas células podem fazer o que EU quero?

Patologias cardíacas

Lesões Medulares

Insuficiências Hepáticas

Esperança

2010, Primeiro tratamento de lesão de medula espinhal (Menlo Park,California)

2012, Primeiro tratamento de Visão indica melhoras para o paciente

2013, Finalmente clonadas células-tronco humanas por Shoukhrat MitalpovOregon National Primate Research Center

2014, Charles Vacante (Harvard Medical School ) e Haruko Obokata (RikenCenter, Japão) anunciam que qualquer célula pode ser reprogramada para oestágio pré-embrionário usando uma técnica simples que leva 30 minutos(ambiente ácido sub letal)

2014, Testes clínicos em humanos. Masayo Takahashi do instituto Riken(Japão) seleciona pacientes para terapia com células pluripotentes induzidaspara tratar doença macular relacionada com a idade (degeneração retiniana)

Pesquisa com células-tronco

Mídia

Antes

Promessas

Depois

Oportunismo

Oportunismo