Kantasolut ja Soluterapia

Esitys aiheesta: "Kantasolut ja Soluterapia"— Esityksen transkriptio:

1 Kantasolut ja Soluterapia
Mika Pietilä Luentosarja TKK,

2 Luentosarjan Sisältö 1. Luentokerta (11.02.2010)
Käsitteiden selitys Kantasolut 2. Luentokerta ( ) In vitro soluviljely 3. Luentokerta ( ) 4. Luentokerta ( ) Soluterapia 5. Luentokerta ( ) Solutuotteiden karakterisointi (laatu) 6. Luentokerta ( ) Kantasolut in vitro toksikolgisuustesteissä

3 Käsitteiden selitys Tissue Engineering (Langer & Vacanti 1993)
"an interdisciplinary field that applies the principles of engineering and life sciences toward the development of biological substitutes that restore, maintain, or improve tissue function” Regenerative Medicine (Viola et al. 2003) employs a wide variety of tools (such as stem cells and growth factors) and methods to induce tissue regeneration

4 Käsitteiden selitys Cell Therapy (FDA)
“The prevention, treatment, cure or mitigation of disease or injuries in humans by the administration of autologous, allogeneic or xenogeneic cells that have been manipulated or altered ex vivo.” Advanced Therapy Products (Annex I, Directive 2001/83/EC) ”....properties for treating or preventing diseases in human beings, or that they may be used in or administered to human beings with a view to restoring, correcting or modifying physiological functions by exerting principally a pharmacological, immunological or metabolic action, they are biological medicinal products”

5 Käsitteiden selitys Biomedicine Autologinen (Autologous)
a family of sciences interested in physiological and biological function of cells and molecules, and their relation to clinical medicine Autologinen (Autologous) Käytetään potilaan omia soluja Allogeeninen (Allogenic) Solut siirretään toisesta potilaasta toiselle potilaalle Xenogeneous Eläinperäinen materiaali (solu, proteiini etc.)

6 Käsitteiden selitys Graft Host Immunomodulation Scaffolds
Siirre joka voi olla esim. Elin tai elimen osa joka siirretään toiselle potilaalle Host Henkilö jolle siirre siirretään Immunomodulation Immunijärjestelmän muokkaaminen (Immunosuppression) Scaffolds Kolmiuloitteinen ”rakennelma” joka pääsääntöisesti koostuu ECM komponenteista joka tarjoaa soluille kasvualustan. Siirretään solujen mukana kehoon.

7 Soluterapian/kantasolujen Historia
Ensimmäinen todellinen verensiirto - verta lampaasta pojalle Mesenkymaalisten kantasolujen (hMSC) eristys ja kasvatus - Friedenstein et al Alkion kantasolujen eristys ja kasvatus - Thomson et al. Soluterapian 2. tuleminen - hMSCs (Osiris) 1400 1667 1901 1976 1978 1998 2000 2007 2009 Ensimmäinen verensiirto? Veriryhmät keksittiin  turvallinen verensiirto Ensimmäinen luuydinsiirto - Kersey et al. Soluterapian 1. tuleminen - Iho- ja rustotuotteet (DermaGraft, Carticel) - Regenerative medicine Human Induced Pluripotent stem cells - Takahashi et al.

8 Kantasolut

9 Kantasolut Mikä kantasolu on? Mistä niitä löytyy?
Solu joka voi: kopioida itseään (self-renew) Erilaistua Mistä niitä löytyy? Uskotaan löytyvän kaikkialta kehosta ja myös alkiosta Kaikki kehon erilaistuneet solut ovat peräisin kantasoluista Esiintyvyys kudoksissa matala Luuydin 1/100000 Mikä niiden tehtävä on? Kudosten uusiminen Verensolut uusiutuu 2,5 päivässä Ohutsuolenpinta 4-6 päivässä Iho päivässä Maksa päivää Sydän harvoin/ei ollenkaan Vaurioutuneen kudoksen korjaus

10 Kantasolut Luokittelu Erilaistumiskyvyn mukaan: Alkuperän mukaan:
Totipotent (hedelmöityksessä ensimmäiset jakautuvat solut) Pluripotent (alkion kantasolut) Multipotent (mesenkymaaliset kantasolut) Unipotent (lihaksen sateliittisolut) Alkuperän mukaan: Aikuisen kantasolut Esiintyy useina erilaistumisasteina (progenitor cells) Alkion kantasolut Induced Pluripotent Stem cells (iPS)

11 Alkion Kantasolut

12 Alkion kantasolut Eristetään blastokystivaiheessa olevan alkion sisäsolumassasta Thomson et al. 1998 Pluripotentteja  kykenee erilaistumaan kehon kaikiksi soluiksi Saadaan yleensä keinohedelmöityshoidon yhteydessä Hoitoihin kelpaamattomat alkiot Suomessa suurin alkion kantasolututkimusta tekevä taho on REGEA Tampereella

13 Alkion kantasolut

14 Alkion kantasolut Tutkimuksen tilanne:
1998 lähtien ollut suuren mielenkiinnon alla Tutkittu erityisesti mahdollisena ratkaisuna sydän- ja hermostosairauksien hoitoon Huonosti uusiutuvien kudosvaurioiden hoito Sydäninfarkti Alzheimerin tauti, halvaantumiset jne. Ongelmana erilaistumisprosessin kontrollointi Teratomat Heikko erilaistumistehokkuus Erilaistumisen ohjaaminen Muita ongelmia Eettiset kysymykset Hyljintä reaktiot FDA:lta ensimmäinen lupa alkion kantasoluille kliiniseen kokeeseen kesällä 2009

15 Alkion kantasolut Käyttöä tutkimuksessa rajoittaa eettiset ja lainsäädännölliset tekijät Tiukka tieteellinen ja eettinen arviointi ennen hyväksyntää Vojnits and Breme. Toxicology 2010, DOI: /j.tox

16 Induced pluripotent stem cells
Uutena käsitteenä iPS (Induced Pluripotent Stem cells) solut Kehitys lähti liikkeelle alkion kantasolujen ja somaattisten solujen fuusiosta Cowan et al. 2005;Science 309: Yu et al. 2007;Science 318: Pluripotenssi markkereiden transfektio hiiren fibroblasteihin Oct4, Sox2, c-Myc, Klf4 Takahashi and Yamanaka 2006;Cell 126: Ei kuitenkaan täysin samankaltaisia alkion kantasolujen kanssa Global gene-expression pattern and DNA metylaatio poikkesi hiiren alkion kantasoluihin verrattuna

17 Induced pluripotent stem cells
Wernig et al. 2007;Nature 448: Onnistui tuottaan hiiren alkion kantasolujen kaltaisia iPS-soluja Takahashi et al. 2007;Cell 131: , Takahashi et al. 2007;Nat Protoc. 2: Ensimmäiset ihmisen iPS-solut ihon fibroblasteista Etuna alkion kantasoluihin hylkimisreaktioiden välttäminen ja eettisyys Potilaan omat solut lähtömateriaalina

18 Induced Pluripotent Stem Cells (iPS)
Somaattinen solu (esim ihon fibroblastit) Lisätään Oct3/4, Sox2, Klf4 ja C-Myc tranksriptiotekijät Uudelleen ohjelmoituja soluja, jotka alkion kantasolun kaltaisia Nagakawa et al Nat. Biotec. Vol26(1): 101 In vitro solujen kasvatus

19 Aikuisen Kantasolut

20 Aikuisen Kantasolut Löytyy todennäköisesti kaikista kudoksista
Sijaitsee erityisessä mikroympäristössä eli niche:ssä Tärkein tehtävä kehossa on kudosten uusiminen ja korjaus Erilaistumiskyvyltään rajoittuneempia Tunnetuimpia ovat mesenkymaaliset ja hematopoieettiset kantasolut Kantasolusysteemejä mm: Suolistossa Hermokudoksissa Maksassa ihossa

21 Aikuisen Kantasolut

22 Aikuisen Kantasolut

23 Aikuisen Kantasolut Niche tarjoaa oikean mikroympäristön alkukantaisille kantasoluille Solut ”hiljaisessa” tilassa Tietyn ärsykkeen saatuaan asymmetrinen jakautuminen Toinen tytärsolu esiastesolu joka aloittaa jakautumisen Solut aktiivisessa jakautumisvaiheessa Esiastesolut muuttuvat kypsemmiksi erilaistuneiksi soluiksi

24 Aikuisen Kantasolut Mesenkymaaliset kantasolut erilaistumiskyky
Varmasti: Rasva, luu ja rusto Ristiriitaisia tuloksia: Hermosolut, lihassolut ja sydänlihassolut Erilaisia kriteereitä hMSC tunnistukseen Pintarakenteet, erilaistumiskyky, morfologia Kuitenkaan ei vielä tiedetä varmasti mitä soluja ne on (heterogeeninen populaatio in vitro viljelyissä) Immunomodulaatio Eivät exprssoi MHC luokan II proteiineja  ei hyljintä ongelmaa Omaavat immunosuppressiivisia ominaisuuksia Soluterapiasovellutuksia GVHD, Crohn’s disease, Sydäninfarkti Luu- ja rustovauriot

25 Aikuisen Kantasolut Mesenkymaaliset kantasolut Transformaatio
Ristiriitaisia julkaisuja mesenkymaalisten kantasolujen transformaatiosta Puolesta: Rubio et al. 2008, Vastaan: Bernando et al. 2007 Ei samanlaista riskiä kuin alkion kantasoluilla (vrt. Teratoomat)

26 Aikuisen Kantasolut Tutkimuksen tilanne:
Mesenkymaaliset kantasolut yhdessä hematopoieettisten kanssa eniten tutkittu kantasoluryhmä Kantasolusiirtoja tehty jo pitkän aikaa Luuydin siirtoja vuodesta 1978 Hematopoieettiset kantasolut leukemian hoidossa Lukuisia kliinisiäkokeita tehty meseillä Sydäninfarktit Luu- ja rustovauriot GVHD