Nicchie ematopoietiche, invecchiamento cellulare e approcci rigenerativi

COMPONENTI E FUNZIONI DELLE NICCHIE EMATOPOIETICHE

1. CHEMOCHINE E RECETTORI
2. NICCHIE EMATOPOIETICHE
3. COMPONENTE VASCOLARE
4. COMUNICAZIONE E SEGNALI NELLA NICCHIA

CXCL12 (SDF1)

LA CHEMOCHINA CXCL12, PRODOTTA DALLE CELLULE STROMALI RETICOLARI MIDOLLARI, È FONDAMENTALE PER LA MIGRAZIONE E L'HOMING DELLE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE (HSC)

RECETTORE CXCR4

LE HSC ESPRIMONO IL RECETTORE CXCR4, CHE CONSENTE LORO DI RISPONDERE ALLA SECREZIONE LOCALE DI CXCL12 E DI ESSERE RICHIAMATE VERSO IL MIDOLLO OSSEO

NICCHIA ENDOSTALE

NELLA NICCHIA ENDOSTALE, GLI OSTEOBLASTI SVOLGONO UN RUOLO CHIAVE PRODUCENDO FATTORI COME ANGIOPOIETINA-1 E TROMBOPOIETINA, CHE CONTRIBUISCONO A MANTENERE LA QUIESCENZA DELLE HSC

NICCHIA PERIVASCOLARE

NELLA NICCHIA PERIVASCOLARE, LE CELLULE STROMALI RETICOLARI (CAR) PRODUCONO ALTI LIVELLI DI CXCL12, ESSENZIALI PER IL MANTENIMENTO DELLA LOCALIZZAZIONE E DELLA STAMINALITÀ DELLE HSC

RUOLO DELLA VASCULARIZZAZIONE

LA COMPONENTE VASCOLARE È CRUCIALE PER IL MANTENIMENTO DELLE HSC, POICHÉ ANCHE LE HSC IN PROSSIMITÀ DELL'ENDOSTIO SI TROVANO VICINO A ELEMENTI VASCOLARI CHE FORNISCONO SUPPORTO TROFICO

CELLULE ENDOTELIALI

LE CELLULE ENDOTELIALI ESPRIMONO IL LIGANDO DI NOTCH (JAGGED-1) E SCF, CHE SONO COINVOLTI NEL MANTENIMENTO DELLA SELF-RENEWAL E DELLA SOPRAVVIVENZA DELLE HSC

FATTORI SECRETI

NELLE NICCHIE STAMINALI, VARI FATTORI SECRETI COME WNT, SCF E NOTCH SVOLGONO RUOLI DISTINTI E POSSONO INFLUENZARE LA FUNZIONE DELLE HSC IN BASE AL TIPO DI NICCHIA

MOLECOLE DI ADESIONE

LE CADERINE E LE INTEGRINE SONO MOLECOLE DI ADESIONE CHE INFLUENZANO IL COMPORTAMENTO DELLE CELLULE STAMINALI, MEDIANDO SEGNALI INTERNI E INTERAZIONI CON LA MATRICE EXTRACELLULARE

INFLUENZA DELL'AGING SULLA NICCHIA DELLE CELLULE STAMINALI

1. CAMBIAMENTI NELLE CELLULE STAMINALI
2. EFFETTI DELL'INVECCHIAMENTO SULLA NICCHIA EMATOPOIETICA

PERDITA DI POTENZIALITÀ

DURANTE L'INVECCHIAMENTO, LE CELLULE STAMINALI MOSTRANO UNA RIDUZIONE DELLA LORO CAPACITÀ DI AUTORINNOVAMENTO E DIFFERENZIAZIONE

CAMBIAMENTI INTRINSECI

L'INVECCHIAMENTO PROVOCA MODIFICHE NELL'ESPRESSIONE DEI RECETTORI SULLE CELLULE STAMINALI, INFLUENZANDO LA LORO FUNZIONALITÀ

CAMBIAMENTI ESTRINSECI

FATTORI ESTERNI COME LE COMPONENTI STRUTTURALI DELLA NICCHIA E I FATTORI SISTEMICI POSSONO ALTERARE IL COMPORTAMENTO DELLE CELLULE STAMINALI DURANTE L'INVECCHIAMENTO

RISPOSTA IMMUNITARIA RIDOTTA

L'INVECCHIAMENTO DELLA NICCHIA EMATOPOIETICA PORTA A UNA DIMINUZIONE DELLA RISPOSTA ALLE INFEZIONI, RENDENDO L'ORGANISMO PIÙ VULNERABILE

AUMENTO DEI DISORDINI AUTOIMMUNI

CON L'INVECCHIAMENTO, SI OSSERVA UN INCREMENTO DEI DISORDINI AUTOIMMUNI, CHE PUÒ ESSERE ATTRIBUITO A UN MALFUNZIONAMENTO DELLE CELLULE STAMINALI

EFFICIENZA VACCINALE RIDOTTA

LE CELLULE STAMINALI INVECCHIATE MOSTRANO UNA RIDOTTA EFFICIENZA NELLE RISPOSTE VACCINALI, COMPROMETTENDO LA PROTEZIONE IMMUNITARIA

ALTERAZIONI NEI RECETTORI

INFLUENZA DELL'AGING SULLA NICCHIA DELLE CELLULE STAMINALI

1. INVECCHIAMENTO DELLE CELLULE STAMINALI MUSCOLARI (MUSCS)
2. APPROCCI TERAPEUTICI PER MODIFICARE LA NICCHIA

RISPOSTA AI DANNI MUSCOLARI

IN UN INDIVIDUO GIOVANE, LE MUSCS RISPONDONO ATTIVAMENTE AI DANNI MUSCOLARI, ATTIVANDOSI E PROLIFERANDO IN RISPOSTA A SEGNALI PRO-INFIAMMATORI

PERDITA DI QUIESCENZA

NEGLI INDIVIDUI ANZIANI, LE MUSCS PERDONO LA LORO CAPACITÀ DI RIMANERE QUIESCENTI, PORTANDO A UNA DEPLEZIONE DEL POOL DI CELLULE STAMINALI

DIFFERENZIAZIONE ANOMALA

L'INVECCHIAMENTO PROVOCA UNA DIFFERENZIAZIONE ANOMALA DELLE MUSCS, INDIRIZZANDOLE VERSO UN FENOTIPO FIBROGENICO PIUTTOSTO CHE MIOGENICO

MANIPOLAZIONE DELLA NICCHIA STAMINALE

TECNICHE TERAPEUTICHE POSSONO INCLUDERE IL TRAPIANTO DI CELLULE STAMINALI COLTIVATE EX VIVO IN CONDIZIONI CHE RIPRODUCONO UNA NICCHIA FUNZIONALE

MIGLIORAMENTO DELL'ATTECCHIMENTO

SI POSSONO FORNIRE FATTORI CHE INDUCONO LA NICCHIA A PRODURRE ELEVATE QUANTITÀ DI CXCL12 PER MIGLIORARE L'ATTECCHIMENTO DELLE CELLULE STAMINALI TRAPIANTATE

DISEASE MODELING IN VITRO

LA CONOSCENZA DELLA NICCHIA STAMINALE CONSENTE DI RIPRODURRE IL FENOTIPO DI UNA MALATTIA IN VITRO, RICREANDO LE CONDIZIONI AMBIENTALI DELLA NICCHIA

TRAPIANTO DI CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE: STORIA E PRATICA

1. CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE (HSC)
2. MODIFICAZIONE DELLA NICCHIA STAMINALE

DEFINIZIONE DI HSC

LE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE (HSC) SONO CELLULE STAMINALI ADULTE MULTIPOTENTI IN GRADO DI SOSTENERE LA PRODUZIONE DI TUTTE LE CELLULE MATURE DEL SANGUE PER TUTTA LA VITA DELL'INDIVIDUO

FUNZIONE DELLE HSC

LE HSC SONO FONDAMENTALI PER RIPOPOLARE IL POOL DI CELLULE EMATOPOIETICHE IN SEGUITO A DANNI, COME QUELLI CAUSATI DA RADIAZIONI O STIMOLI CITOTOSSICI

COMPARTIMENTI DELLE HSC

LE HSC POSSONO ESSERE SUDDIVISE IN DUE COMPARTIMENTI: MIELOIDE, CHE INCLUDE GRANULOCITI, MONOCITI, ERITROCITI E PIASTRINE, E LINFOIDE, CHE COMPRENDE LINFOCITI B E T

G-CSF E GM-CSF

G-CSF E GM-CSF SONO FATTORI DI CRESCITA CHE STIMOLANO LA MOBILIZZAZIONE E L'ESPANSIONE DELLE HSC, FACILITANDO LA LORO MIGRAZIONE VERSO LA CIRCOLAZIONE PERIFERICA

ALTRE MOLECOLE

MOLECOLE COME IL PTH PROMUOVONO L'ESPANSIONE DELLE MSC E STIMOLANO GLI OSTEOBLASTI, ATTIVANDO LA VIA DI NOTCH PER MODULARE LA CRESCITA E LA DIFFERENZIAZIONE DELLE CELLULE DELLA NICCHIA

IMMUNOSOPPRESSORI

GLI IMMUNOSOPPRESSORI POSSONO ESSERE UTILIZZATI PER TRATTARE L'ANEMIA APLASTICA SEVERA, PROMUOVENDO LA TOLLERANZA IMMUNOLOGICA CONTRO LE HSC

TRAPIANTO DI CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE: STORIA E PRATICA

1. STORIA DELLE HSC
2. MECCANISMI DI RIGENERAZIONE

SCOPERTE INIZIALI

LE PRIME OSSERVAZIONI DELLE HSC RISALGONO AGLI ANNI '40, QUANDO GLI STUDI SUGLI EFFETTI DELLE RADIAZIONI PORTARONO ALLA SCOPERTA DELLE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE

ESPERIMENTI DI TILL E MCCULLOCH

NEGLI ANNI '60, TILL E MCCULLOCH DIMOSTRARONO L'ESISTENZA DELLE CELLULE CFU-S, EVIDENZIANDO LA CAPACITÀ DI QUESTE CELLULE DI RICOSTITUIRE IL POOL EMATOPOIETICO NEI TOPI IRRADIATI

SAGGI DI LIMITING DILUTION

I SAGGI DI LIMITING DILUTION IDEATI DA TILL E MCCULLOCH PERMISERO DI DETERMINARE LA DOSE MINIMA DI CELLULE MIDOLLARI NECESSARIE PER RIPRISTINARE L'EMOPOIESI NEI TOPI

ABERRAZIONI CROMOSOMICHE

GLI SCIENZIATI HANNO UTILIZZATO L'IRRADIAZIONE SUB-LETALE PER INDURRE ABERRAZIONI CROMOSOMICHE NELLE CELLULE MIDOLLARI, PERMETTENDO DI TRACCIARE LE CFU-S TRAPIANTATE NEI TOPI RICEVENTI

COLONIZZAZIONE DELLA MILZA

DOPO IL TRAPIANTO, LE CFU-S FORMANO COLONIE NELLA MILZA, DIMOSTRANDO CHE QUESTE COLONIE DERIVANO DA UN SINGOLO PROGENITORE CON ALTA CAPACITÀ RIGENERATIVA

QUIESCENZA DELLE HSC

LA MAGGIOR PARTE DELLE CELLULE DI MIDOLLO CHE PRODUCONO COLONIE NELLA MILZA SONO QUIESCENTI E RESISTONO AI FARMACI DIRETTI CONTRO LE CELLULE IN DIVISIONE, RENDENDO DIFFICILE L'ELIMINAZIONE DELLE CELLULE STAMINALI TUMORALI

EMATOPOIESI: STRUTTURA GERARCHICA E DIFFERENZIAZIONE

1. CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE (HSC)
2. PROGENITORI EMATOPOIETICI (HPC)
3. LINEE DIFFERENZIATIVE

TIPI DI HSC

LE HSC POSSONO ESSERE CLASSIFICATE IN HSC LONG-TERM, HSC INTERMEDIATE-TERM E HSC SHORT-TERM, A SECONDA DELLA LORO CAPACITÀ DI GENERARE LINEAGE DIFFERENZIATIVI NEL TEMPO

CAPACITÀ DI AUTORINNOVAMENTO

LE HSC POSSIEDONO UN'ALTA CAPACITÀ DI SELF-RENEWAL, PERMETTENDO LORO DI MANTENERE IL POOL DI CELLULE STAMINALI NEL TEMPO

QUIESCENZA

LE HSC SONO GENERALMENTE QUIESCENTI, IL CHE SIGNIFICA CHE NON SI DIVIDONO ATTIVAMENTE, RIDUCENDO IL RISCHIO DI MUTAZIONI GENETICHE

TIPI DI PROGENITORI

GLI HPC HANNO UNA BASSA CAPACITÀ DI AUTORINNOVAMENTO MA UN'ELEVATA CAPACITÀ PROLIFERATIVA, NECESSITANDO DI RIFORNIMENTO DALLE HSC

GLI HPC SI SUDDIVIDONO IN PROGENITORI MULTIPOTENTI (MPPS), PROGENITORI LYMPHOID-PRIMED (LMPPS), PROGENITORI LINFOIDI COMUNI (CLPS) E PROGENITORI MIELOIDI COMUNI (CMPS)

LINEA MIELOIDE

LA LINEA MIELOIDE COMPRENDE PROGENITORI COME GMPS, MEPS E CDPS, CHE SI DIFFERENZIANO IN GRANULOCITI, MACROFAGI E PIASTRINE

LINEA LINFOIDE

LA LINEA LINFOIDE SI ORIGINA DAI PROGENITORI LINFOIDI COMUNI (CLPS) E DÀ VITA A LINFOCITI B E T

MULTILINEAGE PRIMING

IL FENOMENO DEL MULTILINEAGE PRIMING CONSENTE AI PROGENITORI DI COESPRIMERE GENI DI PIÙ LINEAGE PRIMA DI IMPEGNARSI IN UNA SPECIFICA LINEA DIFFERENZIATIVA

CAPACITÀ PROLIFERATIVA

EMATOPOIESI: STRUTTURA GERARCHICA E DIFFERENZIAZIONE

1. MODELLO DELL'EMOPOIESI

COMPLESSITÀ DEL PROCESSO

LA SCOPERTA DI PROGENITORI COME LMPP E MYRP HA RIVELATO LA COMPLESSITÀ DELL'EMOPOIESI, MOSTRANDO CHE I PROGENITORI POSSONO DARE ORIGINE A PIÙ LINEE DIFFERENZIATIVE

SEPARAZIONE DEI COMPARTIMENTI

I COMPARTIMENTI LINFOIDE E MEGACARIOCITA-ERITROIDE SONO COMPLETAMENTE SEPARATI, COME DIMOSTRATO DALL'ASSENZA DI CELLULE CHE CO-ESPRIMONO GENI DI ENTRAMBI I LINEAGE

MUTAZIONI GENETICHE

CON L'INVECCHIAMENTO, AUMENTA IL NUMERO DI CLONI EMATOPOIETICI CHE ACCUMULANO MUTAZIONI ONCOGENE, ANCHE IN ASSENZA DI MALATTIA CONCLAMATA, UN FENOMENO NOTO COME AGE-RELATED CLONAL HEMATOPOIESIS

ASSAGGI IN VIVO E IDENTIFICAZIONE DELLE CELLULE STAMINALI

1. COLTURE A LUNGO TERMINE DELLE CELLULE STAMINALI
2. MODELLI MURINI PER ESPERIMENTI
3. ISOLAMENTO DELLE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE (HSC)

TIPI DI TOPI UTILIZZATI

I MODELLI MURINI PIÙ COMUNI PER ESPERIMENTI DI CELLULE STAMINALI INCLUDONO TOPI SCID, NOD/SCID E NSG, CHE PRESENTANO DIVERSE MUTAZIONI IMMUNOLOGICHE

FUNZIONE DEI TOPI IMMUNOCOMPROMESSI

I TOPI IMMUNOCOMPROMESSI SONO UTILIZZATI PER GARANTIRE UN AMBIENTE FAVOREVOLE AL TRAPIANTO DI CELLULE STAMINALI, RIDUCENDO IL RIGETTO IMMUNITARIO

COCOLTURA CON CELLULE STROMALI

LE CELLULE STAMINALI VENGONO MESSE IN COCOLTURA CON CELLULE STROMALI MURINE PER ANALIZZARE LA LORO SOPRAVVIVENZA E CAPACITÀ DI DIFFERENZIAZIONE

SAGGIO CFU CLASSICO

IL SAGGIO CFU CLASSICO VIENE EFFETTUATO PER ANALIZZARE IL POTENZIALE DIFFERENZIATIVO DEI PROGENITORI DOPO LA SELEZIONE DELLE CELLULE STAMINALI TRAMITE IL SAGGIO LTC-IC

SAGGIO CRU (COMPETITIVE REPOPULATING UNITS)

IL SAGGIO CRU È UN ESPERIMENTO IN VIVO CHE VALUTA LA CAPACITÀ DI RIPOPOLAZIONE DELLE CELLULE STAMINALI TRAPIANTATE IN TOPI IRRADIATI

IDENTIFICAZIONE DELLE CELLULE DIFFERENZIATE

L'ISOLAMENTO DELLE HSC INIZIA CON L'IDENTIFICAZIONE E LA DEPLEZIONE DELLE CELLULE DIFFERENZIATE, LASCIANDO LE CELLULE LINEAGE NEGATIVE (LIN-)

MARCATORI PER L'ISOLAMENTO DELLE HSC

I MARCATORI COME SCA1 E KIT VENGONO UTILIZZATI PER ULTERIORMENTE CLASSIFICARE LE CELLULE LIN- IN HSC E PROGENITORI MULTIPOTENTI