Células-tronco Células Pluripotentes Induzidas

Células-tronco
Células Pluripotentes Induzidas
13/10 – ES e iPS cells
20/10 - Diferenciação de ES em neurônios
27/10 - Regeneração
Objetivo desta aula…
Conhecer a terminologia, conversar com pesquisadores, impressionar
amigos e familiares nas festas...
Saber um pouco da história da pesquisa em células-tronco, como
chegamos até aqui? Onde estamos? Para onde vamos? Questões existenciais...
Ler artigos e assistir reportagens e realmente entender a mensagem, ter
opinião própria e lúcida sobre o assunto
Importância das células-tronco
Nós perdemos milhões de células a cada segundo
Um bilhão de células por hora
Sem o mecanismo de reposição destas células, nós
perderíamos...
Intestino: 2 horas
Pele: 3 semanas
Hemácias: 4 meses
Cabelo: 4 anos
Quem são as Células-tronco?
Auto-renovação;
Manter-se indiferenciada;
Diferenciação em tipos celulares diferentes
De onde vem as células-tronco?
Gametogênese: Formação dos óvulos e
espermatozóides , redução dos cromossomos
Fertilização: União de óvulo e espermatozóide
Embriogênese: Formação do embrião (zigoto)
Embriologia
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
Células-tronco Embrionárias (ES)
Degeneração Macular
Parkinson
ELA (esclerose lateral
amiotrófica
Cardiopatias, Anemia,
Leucemia, Artrite,
Fratura óssea
DPOC (doença pulmonar
obstrutiva crônica)
Diabetes
Cirrose
Infertilidade
Célula-tronco (características especiais)
Auto-renovação, Indiferenciação e Diferenciação
Potencial = Quantidade de possíveis destinos que a célula-tronco
pode adquirir (totipotente, pluripotente, progenitores)
Determinação do destino (músculo, osso, pele, neurônios, etc)
Regeneração ≠ Reparo tecidual (células-tronco adultas)
Uso terapêutico (estabelecidos/pesquisas)
Potencial = Quantidade de possíveis destinos que a célula-tronco
pode adquirir
Adultas
zigoto
Pluripotentes
Totipotentes
Medula Óssea
Progenitores
Cels diferenciadas
Células-tronco Adultas - Regeneração
Sangue
Epitélio Intestinal
Pele
Uso terapêutico de células-tronco (adultas)
Determinação do Destino = Diferenciação
Zigoto
Progenitor
Pluripotente
C-Myc
Lin28
SSEA3
SSEA4
Smad2/3
Oct3/4
FoxD3
Nanog
Cripto
Sox2
Sox17
Célula-tronco
embrionária
Notch1
Nestin
TP63
Ectoderma
Β3-Tubulina
Nestina
MAP2
ABCG2
Mash
Atoh7
Progenitores
Neurais
Diferenciada
Nestina
Jagged
Sinapsina
Tau
GluR2
GluR4
Sinaptotosina
Rodopsina
Calbindina
Neurônios
Como a célula controla estes processos de divisão e
diferenciação?
Wilhelm His (~1892)
Os componentes
do citoplasma
controlam a
célula
Oscar Hertwig (~1916)
Edmund Wilson (~1928)
Conrad Waddington
(~1942)
Os cromossomos
controlam a célula
Todo mundo tem uma
certa razão…
Vou mais além…
EPIGENÉTICA e
MICROAMBIENTE
meus senhores!
Conrad Waddington, 1942
Biólogo
Paleontologista
Geneticista
Embriologista
Filósofo
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?
Identificação das células-tronco
(utilização dos conceitos conhecidos)
Fre et al., PLosOne 2011
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0025785
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
Marcadores específicos
Zigoto
Progenitor
Pluripotente
C-Myc
Lin28
SSEA3
SSEA4
Smad2/3
Oct3/4
FoxD3
Nanog
Cripto
Sox2
Sox17
Célula-tronco
embrionária
Notch1
Nestin
TP63
Ectoderma
Β3-Tubulina
Nestina
MAP2
ABCG2
Mash
Atoh7
Progenitores
Neurais
Diferenciada
Nestina
Jagged
Sinapsina
Tau
GluR2
GluR4
Sinaptotosina
Rodopsina
Calbindina
Neurônios
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 notas
eram as mais baixas de todas, sendo o último no
ranking dos estudantes
- Seus professores diziam que tentar uma carreira
como 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 foi
matriculado 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 célulastronco/pluripotentes de camundongos
Cultura de ES
A espécie animal e as condições de cultivo influenciam
no estado de pluripotência
+ bone morphogenetic protein (BMP)
+ leukemia inhibitory factor (LIF)
+ mitogen-activated protein kinase (MEK)
+ glycogen synthase kinase 3 (GSK3)
+ FGF
+ Activin
Feeder Layer
Inibem a diferenciação celular
Algumas culturas de primatas
Clonagem e Cultivo
Dolly
1996-2003
1
2
3
Controvérsias – Influência Política
2001, Bush controversy
O presidente americano George
W. Bush limita o financiamento
federal para pesquisas com célulastronco humanas.
Controvérsias – Ética
2005, Fraudulent clones
- Woo Suk Hwang da Seoul National University
in South Korea publicou 2 artigos na Science
mostrando dados de clonagem de célulastronco humanas inspirado na Dolly
- Solicitou mulheres da equipe que induzissem
superovulação para usar o material nas
pesquisas
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?
2006 - Pluripotentes Induzidas
Multipotente/
Pluripotente
Progenitor
Diferenciada
Diferenciação
Desdiferenciação
C-Myc
Lin28
SSEA3
SSEA4
Smad2/3
Oct3/4
FoxD3
Nanog
Cripto
Sox2
Sox17
Célula-tronco
embrionária
Notch1
Nestin
TP63
Ectoderma
Β3-Tubulina
Nestina
MAP2
ABCG2
Mash
Atoh7
Progenitores
Neurais
Nestina
Jagged
Sinapsina
Tau
GluR2
GluR4
Sinaptotosina
Rodopsina
Calbindina
Neurônios
Reprogramação = Desdiferenciação
- Fatores conhecidos por manterem células-tronco embrionárias
indiferenciadas 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 participação
na pluripotência ou desenvolvimento embrionário)
Controle
Fbx15
Avaliação do efeito da retirada de cada fator selecionado na
formação de colônias
*
*
*
*
**
10 fatores
*
*
*
Avaliação do efeito da retirada de cada fator selecionado na
formação 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
Sox2
Oct3/4
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?
Esperança
Patologias cardíacas
Lesões Medulares
Insuficiências
Hepáticas
Pesquisa com células-tronco
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 Mitalpov
Oregon National Primate Research Center
2014, Charles Vacante (Harvard Medical School ) e Haruko Obokata (Riken
Center, Japão) anunciam que qualquer célula pode ser reprogramada para o
estágio 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 induzidas
para tratar doença macular relacionada com a idade (degeneração retiniana)
Mídia
Promessas
Antes
Depois
Oportunismo
Oportunismo