o que são células-tronco?

Universidade Federal de São Paulo
Escola Paulista de Medicina
CÉLULAS-TRONCO:
HISTÓRICO E CONCEITOS
TELMA TIEMI SCHWINDT
AGOSTO/2006
Departmento de Fisiologia-Disciplina de Neurofisiologia
SP, Brasil
O QUE SÃO CÉLULAS-TRONCO?
Células-tronco são células capazes de se autorenovarem e de se diferenciarem em pelo menos
um tipo de tecido.
Plasticidade
Totipotente: capaz de dar origem a qualquer tipo celular
embrionário ou extra-embrionário
Pluripotente: capaz de dar origem a células dos três
folhetos embrionários
Multipotente:capaz de dar origem a um subconjunto de
linhagens celulares
Oligopotente: capaz de dar origem a um número mais
restrito de linhagens celulares que as multipotentes
Unipotente: capaz de dar origem a um único tipo celular
Mecanismos de Plasticidade
Amy J. Wagers and Irving L. Weissman, Cell, vol 116, 2004
Stem cells:
Cell fusion
causes
confusion
A E Wurmser
& F H Gage
Nature 416,
485 - 487
(2002).
De onde vem as células-tronco?
Sources of human neural stem cells
for research and cell therapy
Svendsen and Smith, TINS 99
Células-tronco embrionárias
?
Células-tronco neurais
Células-tronco da pele e de medula
Isolamento de célulastronco
neurais
?
FUSÃO?
?
Células-tronco neurais adultas
Expansão
Modificação
genética
Neurônio
Oligodendrócito
Astrócito
Diferenciação
HISTÓRICO I
1909 – O biologista russo Alexander Maximow fala pela primeira vez na existência
de uma população de células no sangue periférico com pluripotencialidade.
1940– Experimentos mostraram que animais poderiam sobreviver após irradiação
letal graças à presença de células-tronco.
1950 – Vários grupos iniciam tentativas clínicas utilizando o transplante de célulastronco hematopoiéticas extraídas da medula óssea em pacientes com leucemia.
1970 – São feitos os primeiros transplantes levando em conta a tipagem do HLA,
porém ainda utilizando a medula óssea como fonte de células-tronco.
1980 – Vários grupos demonstram a presença de células-tronco hematopoiéticas no
sangue periférico de doadores sadios, ainda que em menores quantidades do que na
medula óssea.
1990 – É demonstrada a presença da glicoproteína CD34, um marcador de células
hematopoiéticas imaturas.
30 Years of Hope !
U marks 30th anniversary of
world's first successful bone
marrow transplant
John Kersey and David Stahl
exchange smiles over an
image from the past.
www1.umn.edu/umnnews/Feature_Stories/30_years_of_hope.html
HISTÓRICO II
1952: Robert Briggs e Thomas King, da Filadélfia, realizam a primeira clonagem de
sapos a partir de células embrionárias.
1984: Steen Willadsen da Universidade de Cambridge clona uma ovelha a partir de
células embrionárias jovens.
1986: pesquisadores da Universidade de Wisconsin clonam uma vaca a partir de células
embrionárias jovens.
1995: Ian Wilmut e Keith Campbell, da Escócia, clonam duas ovelhas idênticas a partir
de células embrionárias de nove dias.
1996: Ian Wilmut e Keith Campbell, da Escócia, clonam Dolly, a partir de células
congeladas de uma ovelha adulta.
1997: nasce Dolly.
www.time.com/.../0,16641,7601970310,00.html
On Feb. 23, 1997, a group of scientists in Scotland
made an announcement that would forever change
the way scientists view mammalian development—
they had successfully cloned Dolly, a Finn Dorset
sheep, from an adult cell.
On Feb. 14, 2003, Dolly was euthanatized after
veterinarians confirmed she had a progressive lung
disease.
PROBLEMAS ÉTICOS!
www.greenpeace.org/international/photosvideos...
HISTÓRICO II
2003: O médico italiano Severino Antinori
anuncia o nascimento de clones humanos, mas
não apresenta provas científicas.
Antinori (esquerda) e seu
colaborador americano Dr
Panos Zavos
news.bbc.co.uk/2/low/science/nature/1477698.stm
2005
- cientistas sul coreanos desenvolvem as primeiras
linhagens de células-tronco a partir de embriões
humanos clonados.
- no Brasil, a Câmara aprova o projeto da Lei de
Biossegurança (PL 2401/03) que permite
pesquisas com células-tronco humanas.
FRAUDE NA CIÊNCIA!
“... é o pesquisador sul-coreano WooSuk Hwang, um dos mais incensados
cientistas da atualidade na área
biomédica, por ter obtido com sua
equipe células-tronco a partir de
embriões humanos clonados para
tratar doenças incuráveis, como
diabetes,
distrofias
musculares,
Alzheimer ou mal de Parkinson. “...
Hwang destacou a submissão de sua
equipe à lei de bioética em vigor na
Coréia do Sul e foi categórico ao
rejeitar a clonagem humana com
finalidade reprodutiva.”
Revista Ciência Hoje, 2005
“A revista americana "Science",
um dos maiores periódicos
científicos
do
mundo,
está
enfrentando
problemas
para
preparar o cancelamento do artigo
de maio passado do sul-coreano
Woo-Suk Hwang. O trabalho
supostamente revolucionário com
clonagem humana para fins
terapêuticos
foi
totalmente
fraudado.”
Folha de S. Paulo
Ethics scandal could bolster
stem-cell foes
Hwang cloned Snuppy
U.S. biologist Gerald Schatten
abruptly quit collaborating with
Hwang Woo-suk last week.
seattletimes.nwsource.com/html/nationworld/20...
REPARO CEREBRAL
Quebra de Paradigma!
O Sistema nervoso central adulto não se regenera
“Once development was ended,
the fonts of growth and
regeneration of the axons and
dendrites dried up irrevocably.
In the adult centers, the nerve
paths are something fixed, and
immutable: everything may die,
nothing may be regenerated.”
Santiago Ramon y Cajal, 1928
História da neurogênese em adultos
1960’s J Altman: Células em divisão que podem originar novos neurônios
1970’s M. Kaplan: EM confirma novas células neuron-like
1980’s F. Nottebohm & S. Goldman: Neurogênese em pássaros
1990’s P. Barlett, B. Reynolds, S. Weiss, F. Gage: Isolamento de
células-tronco neurais multipotentes do cérebro de roedores adultos
late 1990’s E. Gould, B McEwen, E. Fuchs, P. Rakic: Neurogênese em
roedores adultos e primatas
1998
P. Eriksson & F. Gage: Neurogênese em humanos adultos
2002
van Praag & F. Gage:
funcionais no cérebro adulto
Novos neurônios do hipocampo são
Limites do transplante “cerebral”
• Requer tecido fetal e, portanto, envolve
questões éticas e não é prático
• É necessário encontrar uma fonte
alternativa de células neurais…
• CÉLULAS-TRONCO!
O QUE SÃO NEUROESFERAS?
Reynolds, Tetzlaff and Weiss
J. Neuroscience 12: 4565 (1992)
FGF/EGF
Stem Cell
Célula formadora de esfera
/célula-tronco
GRP
O2A
Indução:
IGF, BMPs, RA, etc.
NRP
Potencialidade Celular
Diferenciação por 7d
GFAP+
MAP2+
Gal-C +
hNPCs (human neural progenitor cells)
sobrevivem após transplante no cérebro
2 wks
6 wks
20 wks
Não houve formação de tumor em mais
de 1000 transplantes!
NEUROESFERAS PARA
MODELAGEM DE DOENÇAS
1.0
0.5
0.0
100
200
Cell Body Volume
(μ m)
Neurite Length (μ m)
Neuron / Glia Ratio
1.5
75
50
25
0
CONT
DOWNS
100
0
CONT
DOWNS
Genes, Brain and Behavior, vol.2, 179-186, 2003
A. Bhattacharyya and C.N. Svendsen
CONT
DOWNS
Estratégias
Neuroproteção
substituição
celular
Substituição Celular
Progenitor não
comprometido
CTE
Expansão
Imortalização
Seleção
Nurr-1
Progenitor
específico
Precursor neuronal
dopaminérgico
Expansão EGF
Citocinas & meio cond.
Neuroblasto
dopaminérgico
Expansão bFGF, bx O2,
ác. ascórbico
bx O2
CTM
bFGF + Shh +
FGF8 + ác. ascórbico
Glia co-cultura
Indução/diferenciação
NEUROBLASTOS DOPAMINÉRGICOS
TRANSPLANTE
PAPEL DOS FATORES
DE CRESCIMENTO
Importância dos fatores de crescimento
na neuro-regeneração
Desafios
Quem governa?
Proliferação
Migração
Diferenciação
Sobrevivência
Fatores de crescimento e aplicações
Fator de
Função
Crescimento
BDNF
sobrevivência
Doença
Empresa
depressão
Amgen
CTNF
neuroproteção
Huntington
EGF
proliferação
derrame
FGFs
Sobrevivência/
proliferação
Sobrevivência/
neuroproteção/
proliferação
derrame
Regeneron
Pharmaceuticals
ImClone
Systems
ViaCell
Parkinson/ELA
Amgen
*GDNF
Importância dos fatores de crescimento
na neuroregeneração
AVE
FGFs e EGF regeneração pós-derrame
Depressão
Prozac aumenta a neurogênese. Melhora do humor
compatível com o tempo da neurogênese (30 dias)
Alzheimer
Pouca neurogênese ou morte dos neurônios recém-nascidos
FGFs podem causar melhorias
Moléculas grandes demais para transpor a
barreira hemato-encefálica
CÉLULAS MODIFICADAS GENETICAMENTE!
O que está sendo feito no mundo...
PARKINSON
-A doença de Parkinson foi descrita pela primeira vez em 1817, pelo médico
inglês James Parkinson.
-É uma doença neurológica, que afeta os movimentos da pessoa, causa
tremores, lentidão de movimentos, rigidez muscular, desequilíbrio, e
alterações na fala e na escrita.
-Não há evidências de que seja hereditária. Apesar dos avanços científicos,
ainda continua incurável, é progressiva (variável em cada paciente) e a sua
causa ainda continua desconhecida.
-Degeneração das células situadas na substância negra.
Essas células produzem a dopamina, que conduz as correntes
nervosas (neurotransmissores) ao corpo. A falta ou diminuição da
dopamina afeta os movimentos do paciente, provocando os
sintomas acima indicados.
www.parkinson.org.br/
Afeta pessoas mais idosas. A grande maioria das
pessoas tem os primeiros sintomas geralmente a partir
dos 50 anos de idade. Mas pode também acontecer nas
idades mais jovens, embora os casos sejam mais raros.
Tratamentos:
a) Levodopa ou L-Dopa
b) Cirurgias
c) Estimulação
cerebral)
profunda
do
cérebro
d) Fisioterapia
e) Terapia ocupacional
f) Fonoaudiologia
www.parkinson.org.br/
(marcapasso
www.drugdevelopment-technology.com/projects/r...
www.parkinsonsapda.org/visualguide.html
PARKINSON
Primeiro “Clinical trial” em humanos
“Direct brain infusion of glial cell line-derived
neurotrophic factor in Parkinson disease.”
Nat Med. 2003 May;9(5):589-95.
Gill SS, Patel NK, Hotton GR, O'Sullivan K, McCarter R, Bunnage M, Brooks
DJ, Svendsen CN, Heywood P
“Intraputamenal infusion of glial cell line-derived
neurotrophic factor in PD: a two-year outcome study.”
Ann Neurol. 2005 Feb;57(2):298-302
Patel NK, Bunnage M, Plaha P, Svendsen CN, Heywood P, Gill SS.
PARKINSON
Primeiro “Clinical trial” em humanos
5 pacientes com Parkinson
GDNF liberado diretamente através de uma bomba implantada
Resultados (após 1 ano)
•efeitos colaterais clínicos severos não foram detectados
•melhora de 39% no sub-score UPDRS (pacientes sem a
medicação L-dopa)
•61% de melhora nas atividades diárias
•Discinesias devido à medicação foram reduzidas em 64% e
em pacientes sem medicação L-dopa não foram observadas
•aumento de 28% na estocagem de dopamina (após 18 meses)
news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/1935593.stm
Roger Nelson (right)
has shown dramatic
improvements
Mr
Gill
and
colleagues
were
surprised at the
results
Two pumps in Mr
Nelson's body feed
the drug to his brain
Neuroproteção
PminCMV
VP16
Tet
VP16
Tet
Journal of Neuroscience
Research 69:955–965 (2002)
Thor Ostenfeld et al.
“Neurospheres Modified To Produce
Glial
Cell
Line-Derived
Neurotrophic Factor Increase the
Survival of Transplanted Dopamine
Neurons”
+Dox
-Dox
tTA
VP16
Tet
TRE PminCMV
GDNF GFP
células secretando
GDNF
dissociação
TRANSPLANTE
CONCLUSÕES
•Células-tronco neurais derivadas do cérebro
humano em desenvolvimento produzem
neurônios, astrócitos e oligodendrócitos.
•Sobrevivem após transplante no cérebro lesado.
•São uma grande esperança para substituição de
células nas doenças neurodegenerativas, e
tratamento em Parkinson– mas temos muito a
aprender!
Universidade Federal de São Paulo – UNIFESP
Laboratório de Neurofisiologia
Prof. Luiz Eugênio A. M. Mello
Telma T. Schwindt
Cristina G. Massant
Gabriela F. Barnabé
Fabiana L. T. Motta
Waisman Center SCRP – UW
Prof. Clive N. Svendsen
Universidade de São Paulo - USP
Prof. Niels Olsen Saraiva Câmara
Dr. Antônio Henrique Martins
Universidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ
Prof. Stevens Kastrup Rehen
Financiadores: FAPESP, CNPq