la cellula - responsabilitasanitaria.it...2012/10/12 · la cellula omnis cellula e cellula (1858,...
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La Cellula E’ l’unità costitutiva della vita biologica (1665, R. Hooke)
100.000.000.000.000
E’ il numero di cellule nel nostro corpo
La Cellula Omnis cellula e cellula (1858, R. Virchow)
Organismo Multicellulare Crescita e specializzazione cellulare nel ‘Caenorhabditis elegans’
Da 1 cellula a 959 (1031 nel maschio) cellule
La Cellula Nasce, cresce, si riproduce e muore
25.000.000
Sono le cellule che nascono ogni secondo nel nostro corpo
10 anni
E’ il tempo che ci vuole per sostituire ‘quasi’ tutti gli atomi del nostro corpo
Le Cellule Staminali Stammzelle (1868, Ernst Haeckel)
Stammzelle (1868) 1868, Il termine cellula staminale compare per la prima volta nella letteratura scientifica
nel lavoro del biologo tedesco Ernst Haeckel che usa il termine ‘Stammzelle’ per indicare l’organismo unicellulare ancestrale da cui derivano tutti gli organismi multicellulari.
1877, Ernst Haeckel propone che l’uovo fertilizzato venga chiamato cellula staminale.
1892, Theodor Bovery e Valentine Hacker propongono che le cellule che si collocano, all’interno della linea germinativa, tra l’uovo fertilizzato e le cellule germinali già differenziate siano chiamate cellule staminali (oggi cellule staminali germinali).
1896, Artur Pappenheim (1896), Alexander Maximow (1908), Wera Danschakoff (1908), Ernst Neumann (1912) iniziano ad usare il termine cellula staminale per indicare il precursore comune di tutte le cellule del sangue.
1896, Edmund B. Wilson (1896) e Alexander Maximov (1909) sono spesso accreditati di aver coniato il termine ‘staminale’ ma in realtà hanno solo contribuito a renderlo noto alla comunità scientifica.
Cellule ‘bambine’, cioè cellule non specializzate, simil ‘immortali’ (sempreverdi)
Presenti negli organismi viventi nei differenti stadi di sviluppo (embrione, feto, adulto)
Capaci di auto-rinnovamento illimitato; cioè capaci di riprodursi a lungo senza specializzarsi
Capaci di trasformarsi in cellule destinate a dar vita a tessuti e organi (muscoli, cuore, fegato, ossa, cervello, etc.)
Embrione (8 cellule)
Blastocisti (ICM 200 cellule)
Cellule del sangue
Cellule muscolari
Cellule neurali
Midollo osseo
Muscolo
Cervello
Uovo fertilizzato (1 cellula)
Organismo adulto (1015 cellule)
Cellule Staminali Embrionali Cellule ‘immortali’ con potenziale di crescita e differenziamento illimitato (pluripotenti)
Follicolo pilifero (bulbo) Intestino (cripte) Midollo osseo
Ovaio (germinarium) Testicolo (apex) Cervello (SVZ)
Cellule Staminali Adulte Cellule ‘immortali’ con potenziale di crescita e differenziamento limitato (multipotenti)
Identificazione
Isolamento (embrione, feto, adulto)
Espansione (crescita) in vitro
Trapianto in vivo
Embryonic stem (ES) and induced pluripotent stem (iPSC) cells: intrinsic tumorigenic potential, undetermined differentiation potential. Somatic (fetal and adult) stem cells: limited growth potential
Muscle cells Blood cells Liver cells Neural cells Skin cells
Aborted foetuses
Umbilical cord
Fetal tissues
Cord blood
Brain
Bone Marrow
Adult cells
MULTIPOTENT Adult SCs
PLURIPOTENT ES-like cells
MULTIPOTENT Fetal SCs
Skin
Stem cells in culture
Endothelial cells
Aborted embryos
MULTIPOTENT Embryonic SCs
(Somatic Stem Cells)
Fat
Skin
Blood
iPSC
ICM
Embryos created by research
Supernumerary embryos from in vitro
fertilization
ES
Embryonic tissues
Rosso: tessuto nervoso Verde: cellula staminale
Il trapianto le staminali formano neuroni
Traumi Spinali
Ictus Cerebrale
Sclerosi Multipla
Morbo di Parkinson
Malattia di Huntington
Tumori Cerebrali (Glioma)
Sclerosi Laterale Amiotrofica
Malattie Genetiche della Mielina
Nat Neurosci. 2012
EMBRYONIC TISSUE
BONE MARROW
SKIN and FAT
TISSUE
NEURAL TISSUE
NEU
RO P
ROTE
CTIO
N
IMMUNOMODULATION
REMYELINATION and NEURONAL RESCUE
NEURAL STEM CELLS
MESENCHYMALSTEM CELLS
HEMATOPOIETIC STEM CELLS
Differentiation Plasticity Cell fusion Lineage reprogramming: • Transdetermination • Transdifferentiation
ES CELLS iPS CELLS
Therapeutic Plasticity Cell replacement Bystander effect: • Anti-inflammatory activity • Growth factor support
Nat Rev Neurol, 2010
B. Arnò
Gli Eterocarionti cellule plurinucleate con nuclei geneticamente diversi
Nat Cell Biol, 2004
• Sorgente cellulare – Embrionali (ES) vs. adulte
– Autologhe vs. eterologhe
• Preparazione in vitro delle cellule – Espansione a breve vs. lungo termine (sterilità)
– Stabilità del fenotipo cellularee
• Via di somministrazione – Intralesionale (danno focale)
– Sistemica (e.v., i.t.) (danno multifocale)
Trapianto di cellule staminali
iPSC da biopsia cutanea umana
Low O2 culture conditions ~ 8 x 106 cells initial plating
~ 160 x 106 cells harvesting
1 10 2 4
2x 2x 2x 2x 4x p1 p2 p3 p4
~ 6 x 108 cells/ 10 x 106 cells cryovial
MCB
1. Foetal tissue procurement
2. hfNPC isolation and first expansion
25 x 106 cells/5 ml (i.c.)
50 x 106 cells/5 ml (i.c.)
100 x 106 cells/5 ml (i.c.)
200 x 106 cells/5 ml (i.c.)
3. GMP scale-up culture of hfNPCs in CELL FACTORIES (stationary conditions)
Safety in vivo
Clinical trial approval Ethical Committee National Authority
* * * * * * * * * *
* * * * *
4
5. New GMP Expansion same as above
~ 6 x 108 cells Cell Therapy Product
6. Dose-escalating intrathecal hfNPC injection (phase I trial)
*
Tumor
Kidney
Is
Is
Is
PLoS ONE, 2010 140 120 100 80 60 40 20 0
Islet-Tx
Edmonton-Tx Rapamycin FK506 anti–IL-2Ra mAb
100
80
60
40
20
0
Tx s
urvi
val (
%)
Splenocytes re-challenge
** * *
*
*
Co-NPC-Tx NPC (1x103 per mouse) under the same kidney of the islets (350 per mouse)
NPC-Tx NPC (1x103 per mouse) under the controlateral kidney of the islets (350 per mouse)
Company (chief scientist)
Source of cells/route of delivery
Indication
Cost
Bangkok Heart Hospital, Bangkok, Thailand (Kit Arom, working with Amit Patel)
Autologous blood-derived stem cells injected into heart
Cardiac myopathy
$ 25,000
Chaoyang Hospital, Beijing, China (Hong-yun Huang)
Fetal olfactory ensheathing cells transplanted into brain or spine
Neurodegenerative diseases, spinal cord injury
$ 20,000
Hospital Egas Moniz, Lisbon, Portugal (Carlos Lima)
Autologous olfactory ensheathing cells transplanted into spine
Spinal cord injury $ 50,000
Beike Europe, Chongqing, Shenyang, Qingdao, Shenzhen and Zhengzhou, Cina (Wanzhang Bo Yang)
Umbilical cord stem cells, injected intrathecally or intravenously
Over 10 neurological diseases listed
$ 25,000 per treatment
Institute of Regenerative Medicine, St. John, Barbados (Yuliy V. Baltaytis)
Fetal cells injected intravenously Over 20 diseases listed $ 25,000 per treatment
Medra, Malibu, California, USA (clinic in the Dominican Republic) (William Rader)
Fetal cells injected subcutaneously or intravenously
Over 20 diseases listed $ 25,000 per treatment
NeuroVita Clinic, Moscow, Russia (Andrey S. Bryukhovetskiy)
Autologous neural and hematopoietic stem cells, often injected intrathecally
Neurological disorders and spinal cord injury
$ 9,000-50,000
PMC clinic, Rotterdam, Amsterdam, Geneve, and Kiel (Robert Trossel)
Umbilical cord stem cells, injected subcutaneously
Over 20 diseases listed $ 21,500 per treatment
Cells 4 health, Leuvenheim, The Netherlands (Cornelis H. Kleinbloesem) Steenblock Institute, San Clemente, California, Mexico (Fernando Ramirez)
Bone marrow stem cells, injected intrathecally or intravenously Umbilical cord stem cells, injected intravenously
Ischemic heart disease, spinal cord injury, stroke, vascular diseases Cerebral palsy, traumatic brain injury
$ 10,000 per treatment $ 30,000 per treatment
Sources: Nat. Biotech. 2005;23:1467-9, Institution or company web sites, LA Times, http://www.carecure.org/, http://www.stemcellschina.com/
I Viaggi della Speranza
• Fazel SS, et al. Mesenchymal stem cells engineered to overexpress stem cell factor improve cardiac function but have malignant potential. J Thorac Cardiovasc Surg 2008;136:1388-9
• Fiorina P, et al. Immunomodulatory function of bone marrow derived mesenchymal stem cells in experimental autoimmune type 1 diabetes. J Immunol 2009;183:993-1004
• Amariglio N, et al. Donor-derived brain tumor following neural stem cell transplantation in an ataxia telangiectasia patient. PLoS Med 2009;6:e1000029
• Melzi R, et al. Co-graft of allogeneic immune regulatory neural stem cells (NPC) and pancreatic islets mediates tolerance, while inducing NPC-derived tumors in mice. PLoS One 2010;5:e10357
• Thirabanjasak D, et al. Angiomyeloproliferative lesions following autologous stem cell therapy. J Am Soc Nephrol 2010;21:1218-22 • Grigoriadis N, et al. Variable behavior and complications of autologous bone marrow mesenchymal stem
cells transplanted in experimental autoimmune encephalomyelitis. Exp Neurol 2011;230:78-89 • Jeong JO, et al. Malignant tumor formation after transplantation of short-term cultured bone marrow
mesenchymal stem cells in experimental myocardial infarction and diabetic neuropathy. Circ Res 2011 [E-pub April 14].
• Alderazi YJ, et al. Catastrophic demyelinating encephalomyelitis after intrathecal and intravenous stem cell transplantation in a patient with multiple sclerosis. J Child Neurol 2011 [E-pub December 7]
Homotopic vs. Heterotopic
Brain, 2011
Le Regole della Scienza • Studi (trials) clinici (Avicenna, ‘Canone della Medicina’, 1025; Frederick Akbar Mahomed, ‘Collective Investigation Records’
BMA, 1864): • Tipo di ricerca condotto per raccogliere dati sulla sicurezza e sull'efficacia di nuovi farmaci o di nuovi dispositivi.
• Studi osservazionali: • Analitici od eziologici • Descrittivi
• Studi sperimentali: • Sul campo • Interventi di comunità • Controllati randomizzati (cieco, doppio cieco)
» Gli studi clinici controllati randomizzati (i.e. trials clinici) con nuovi farmaci sono normalmente classificati in 4 fasi:
» Fase I: sicurezza del farmaco
» Fase II: effetto del trattamento iniziale (IIa: valutare la quantità di farmaco necessaria; IIb: valutare come il farmaco lavora alla dose prescritta).
» Fase III: valutazione generale su un numero levato di pazienti (e.g. 300-3000), dopodiché potrà essere approvato dall'autorità nazionale per l'uso nella popolazione generale
» Fase IV: studi di sorveglianza post marketing
• Ogni fase del processo di approvazione del farmaco è trattato come uno studio clinico separato. • Il processo di sviluppo di un farmaco, normalmente dovrebbe procedere attraverso tutte le 4 fasi. • Se il farmaco passa con successo attraverso la fase I (sicurezza del farmaco),
• Le sperimentazioni si possono anche classificare in base al tempo (longitudinale, trasversale), a seconda del gruppo studiato (longitudinale prospettico o retrospettico, trasversale), a seconda dello scopo (preventivi, diagnostici, terapeutici, sulla qualità di vita, ad uso compassionevole).
• Agenzie regolatorie per la valutazione dei prodotti farmaceutici: FDA 1883, EMEA 1995, AIFA 2003.
• Comitati Etici (1996-2001): locali, nazionali ed internazionali.
• Evidence-based medicine: valutazione critica degli studi clinici controllati e delle linee-guida di pratica clinica [e.g. Cochrane collaboration (Archie Cochrane, 1972: Can it work? Does it work in practice? Is it worth it?)].
• Disponibilità dei dati grezzi (Raw data): e.g. query-able webservice.
• Disclosure of interest: divulgazione pubblica delle informazioni che potrebbero costituire un conflitto d’interessi.
Le Regole della Scienza
Trial Sponsor
Disease Target
Cell Therapy
Development
StemCell Inc. (USA)
Batten’s Disease (NCL)
Fetal Human Neural Stem Cells (NSC)
Phase I (completed)
StemCell Inc. (USA)
Batten’s Disease (NCL)
Fetal Human Neural Stem Cells (NSC)
Phase IIb (discontinued for lack of enrollment)
StemCell Inc. (USA)
Pelizaeus-Merzbacher Disease (PMD)
Fetal Human Neural Stem Cells (NSC)
Phase I (completed)
StemCell Inc. (USA)
Spinal Cord Injury (chronic phase)
Fetal Human Neural Stem Cells (NSC)
Phase I/II
Neuralstem Inc (USA) Amyotrophic Lateral Sclerosis Fetal derived hu-spinal cord SCs Phase I (completed)
ReNeuron (UK) Stroke ReN001 Immortalized huNSCs Phase I
City of Hppe (USA) Recurrent High Grade Glioma HB1.F3.CD Immortalized hu NSCs Phase I
NeuroGeneration (USA) Advanced Parkinson’s Disease Autologous NSC-derived Neurons Phase I (completed) Phase II (clinical hold)
Geron Inc. (USA) Spinal Cord Injury (acute phase)
Human embryonic stem cell-derived oligodendrocyte progenitor cells (GRNOPC1)
Phase I (discontinued for lack of funding)
CIRM summary /source clinicaltrials.gov (accessed 2/8/2011)
MSC Clinical Trials by Disease Classification
Target Discovery Target Validation
Discovery (2-10 years)
Preclinical Testing Laboratory and animal testing
Phase I 20-80 healthy volunteers used to determine safety and dosage
Phase II 100-300 patient volunteers used to look for efficacy an side effects
Phase III 1000-1500 patient volunteers used to monitor adverse reactions to long-term use
FDA Review - Approval
Additional Post-marketing Testing
Years (patent protection 20 years)
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Compound Success Rates by Stage
-------------------------------
5.000 - 10.000 screened
250 enter preclinical testing
5 enter clinical testing
1 approved by the FDA
1 billion US$ Investment
La Sicurezza dei Farmaci
• Le reazioni avverse ai medicinali (conosciute anche sotto il nome di effetti collaterali) sono tra le cause più importanti di morte in molti paesi (4°-6° causa di morte negli USA).
• La maggior parte delle reazioni avverse ai farmaci è prevenibile.
• Le persone di tutti i paesi del mondo sono soggette a reazioni avverse a farmaci.
• Il 2-5% dei ricoveri ospedalieri è dovuto ad reazioni avverse ai farmaci.
• Il 30% dei pazienti ospedalizzati per altre cause manifesta una reazione avversa ai farmaci durante il ricovero.
• Lo 0.31% dei pazienti ospedalizzati presenta una reazione avversa ai farmaci che porta a morte.
• In alcuni paesi i costi relativi alle reazioni avverse ai farmaci – come l’ospedalizzazione, le operazioni chirurgiche e la perdita di produttività – superano di gran lunga il costo dei farmaci stessi.
• Nessuna medicina è priva di rischi.
Nat Neurosci. 2012
Nature 2009
RICONVERSIONE DIRETTA LINEAGE REPROGRAMMING
G. Martino. OSR, Milano 10/23/2012
Il futuro non è più quello di una volta
P. Valéry