BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - 4.5.2011 Buněčné terapie doc. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc. Ústav experimentální biologie Přírodovědecká fakulta MU T.'ES- ZE DC ROZVOJE VZDĚLÁVÁN Táno prezř-":: s- s spoUtnanosr.^na E»Topsfcjni soctaÉlifn fcndem ; =:š:-"— rcsročJsn ůesy 1 BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 2 Regenerativní medicína = lékařské postupy, které umožňují tělu opravit, nahradit nebo regenerovat poškozené nebo nemocné buňky, tkáně a orgány • buněčné terapie • tkáňové inženýrství • biomateriálové inženýrství • produkce růstových faktorů • transplantační medicína Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 3 Buněčné terapie Definice FDA (Federal Drug Agency, USA): • prevence, léčba, odstranění nebo zmírnění onemocnění nebo poškození lidského organismu aplikací autologních, allogeních nebo xenogenních buněk, které byly zpracovány nebo změněny ex vivo • autologní buňky = buňky téhož organismu • allogenní buňky = buňky jiného organismu téhož živočišného druhu • xenogenní buňky = buňky jiného živočišného druhu Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 4 Program přednášky: • genové terapie • imunoterapie nádorů • příprava orgánových, tkáňových a buněčných derivátů in vitro • využití adultních a embryonálních SCs Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 5 genové terapie BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 6 Metody: • náhrada exprese patologického genu • oprava defektního genu in situ • náhrada patologického genu normálním genem Terapie ex vivo ( cell-based delivery): • odběr buněk pacienta, kultivace, genetická změna in vitro, pomnožení, reimplantace • deficit ADA, familiární hypercholesterolémie Terapie in vivo (gene drugs, direct delivery): •aplikace vektoru do těla pacienta (injekce, aerosolový sprej) • cystická fibróza Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 7 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 8 imunoterapie BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 9 Protinádorové vakcíny • klinické testy pro karcinomy prostaty, prsu, vaječníku a kolorektální karcinomy a) nádorové buňky pacienta + dendritické buňky — vakcína rozpoznává a likviduje specificky buňky nádoru b) nádorové buňky pacienta pozměněny in vttro — vyšší schopnost indukce imunitní odpovědi Zvýšení imunitní odpovědi vůči nádoru • odběr T-lymfocytů od pacienta s nádorem, jejich pomnožení in vitro, reimplantace pacientovi Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 10 Dendritic Cells That Attack Cancer Tumor antigen is linked to a cytokine Complex binds to dendritic coll precursor Dendritic cell matures and Is infused back into patient 4 V \ Complex Is tafcen In by dendritic cell precursor Tumor antigen i Aft ■ Cancer cell T cell 4* Dendritic cell displays tumor antigen and activates T cells ■i*r e ran T cells attach cancer cell BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 11 1. rozsev karcinomu vaječníku v bnsní dutine 2. odber nádorové tkáne, kultivace in vitro 3. inzerce^ genu pro GM-CSF pomocí virového vektoru 4. inaktivace nádorových bunek ozářením 5. reimplantace pozmenených nádorových bunek —► aktivace imunitního systému vUči buňkám nádoru Bi8120 Aplikovaná bunečná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 12 príprava organových, tkáňových a buněčných derivAtů in vitro Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 13 3 základní strategie regenerace tkání • cell-based oprava tkáně transplantací zdravých buněk do místa poškození • scaffold-guided porézní biodegradovatelný materiál, který slouží jako „lešení"" pro dárcovské zdravé buňky; často aplikace v kombinaci s růstovými faktory (ekvivalent extracelulární matrix) • bioactive molecule-guided indukovaná proliferace a diferenciace buněk v poškozené tkáni aplikací růstových faktorů Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 14 Praktické využití „cell-baseď strategie: • oprava poškozených chrupavek v kloubech • oprava poraněné rohovky • oprava poraněné míchy • posílení činnosti imunitního systému • terapie autoimunitních onemocnění (AIDS) • terapie neurodegenerativních onemocnění (Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba) • léčba aterosklerózy Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 15 cell-based strategie - léčba aterosklerózy BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 16 Oprava poraněné rohovky: • odběr buněk z oblasti limbu — kultivace na feeder layer (myší fibroblasty) — kultivace na gelu — transplantace Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 17 Praktické využití „scaffold-guideď strategie: • komerčně dostupné: kůže, chrupavka • ve stádiu výzkumu: chrupavka, kost, játra, cévy oprava poraněné míchy močový měchýř, ledvina Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 18 l'^ľk [Ír, 1 5 if) scaffold-guided strategie - obecné schéma Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 19 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 20 80letá žena autologní graft po 12 měs. 68letý muž allogenní graft a kultivovaná epidermis po 6 měs. Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 21 scaffold-guided strategie - poranění míchy BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 22 Oprava poSkozené chrupavky v kolenním kloubu: • odber malého objemu chrupavky z kloubu — rozvolnení chondrocytU — smíchání s kolagenovým gelem — vytvarování — kultivace — transplantace Befwe trůrtSptantůtiůn After tfansplantsticm tl'2 VHsrs fnllowine sufgery) Bi8120 Aplikovaná bunečná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 23 Curiůnt oplnion r* BkJtMftnrtúpy Rekonstrukce močového měchýře: a) scaffold s nasazenými buňkami b) spojení scaffold osazeného buňkami s původním měchýřem c) implantát je pokryt fibrinovou hmotou (připojení -omentum) Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 24 scaffold-guided strategie - „umělá" ledvina BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 25 Příklady nosičů (scaffolds) biologického původu střevní submukózní tkáň kolagenová matrix Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 26 Rekonstruovaná močová trubice s využitím kolagenové matrix Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 27 Praktické využití „bioactive molecule-guided" strategie: •růstové faktory: PDGF, BMP-2 (bone morphogenetic protein) • chrupavka, kost • hluboká poranění tkání Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 28 Léčba hlubokých poranění Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 29 BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 30 využiti adultnich a embryonálních kmenových buněk Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 31 Health Problems that Might be Treated by Stem Cells ^jm^* .- "*|y Neurologic*! Disorders Spiral Cord rnjuriei pPafljKa \f f J ft ^S^--?* _ Heart DiwaSe \^ UT^Elr Diabetes tl tMl UMfrt* LtMMfri ■Ir-lr- QjjJ^ -W BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 32 Transplantace kostní dřeně • SCs hematopoetické, SCs mesenchymální, progenitorové buňky... • leukémie, lymfomy, aplastické anémie, vrozené metabolické poruchy • přímá transplantace nebo separace hematopoetických SCs • klinicky využíváno od 60. let 20. století • nedostatek vhodných dárců Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 33 SCs z pupečníkové krve (umbilical cord blood) • možná alternativa k transplantaci kostní dřeně • menší riziko komplikací při transplantaci od nepříbuzných dárců -tzv. GVHD (graft-versus-host disease) • nižší nároky na příbuznost dárce • nevýhodou relativně málo SCs v odebraném materiálu (řešení: možnost kombinace) • darování vs. archivace pro vlastní potřebu Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 34 Terapeutický potenciál lidských ASCs • dědičná forma anémie, thalasemie, poruchy tvorby krevních destiček, imunoterapie • kardiomyopatie, ischemická choroba srdeční • demence, degenerativní onemocnění CNS • dědičná onemocnění jater, cirhóza (produkce a-1-antitrypsinu) • svalové dystrofie • diabetes Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 35 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 36 BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 37 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 38 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 39 První klinická studie s využitím lidských ESCs • leden 2009 - schváleno FDA • využití hESCs pro léčbu poSkození míchy • Geron Corporation Spinal Cord Injury click for more information > Bi8120 Aplikovaná bunečná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 40 Geron Phase I Clinical Trial • GRNOPC1: Geron's hESC-Derived Oligodendrocyte Progenitor Cells • využití hESCs pro léčbu poškození míchy Preklinické testy na hlodavcích • dobré výsledky na testy toxicity i na tvorbu teratomů (pouze benigní cysty v místě poškození) • žádná migrace buněk mimo nervový systém • žádná imunitní odpověď vůči GRNOPC1 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 41 9 Months After No Treatment 9 Months After CRNOPC1 Treatment {Loss of Neurons and Myelin) (Myelinated Rat Axons} Výsledky preklinických testů na krysách Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 42 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 43 1 GRNOPC1 CELL THERAPY FOR SPINAL CORD INJURY BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 44 Druhá klinická studie s využitím lidských ESCs • listopad 2010 - schváleno FDA • využití hESCs pro léčbu poškození Stargardtovy makulární dystrofie (nejčastější forma makulární degenerace u děti, neléčitelná, příznaky: 8-10 let, slepota: 30 let) • ATC (Advanced Cell Technologies) • retinal pigment epithelium (RPE) cells • multicentrická studie (4), max. 12 pacientů Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 45 Stem Cell?_ Embryonic Stem Cells/Induced Pluripotent Stem Cells Long-Term Safety and Function of RPE from Human Embryonic Stem Cells in Preclinical Models of Macular Degeneration Bin Lr,a Christopher Malclit,11 Shaomei Wang,3 Sergej German.3 Peter Francis,51 Linda Lemlelx,^ Robert Lanza,11 Raymond Lor/ aCasey Eye Institute. Oregon Health and Science University, Portland, Oregon: bAdv a [iced Cell Technology. Worcester, Massachusetts. USA Key Words. Embryonic stem cells * Reiinal pigment epiihdium ■ Macular degeneraiion * Clinical trials STEM CELLS 2009;27:2126-2135 www.StemCells.com BÍ8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 46 Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie - jaro 2011 - 11 / 4.5. 47