KÖK HÜCRE FiZYOLOJİSİ VE
HEMATOPOEZ
Duygu Uçkan-Çetinkaya
Hacettepe Pediatrik Hematoloji – KİT Ünitesi ve
Kök Hücre Araştırma ve Uygulama Merkezi -PEDİ-STEM
15-11-2014 Pediatrik Hematoloji Okulu Ankara
KÖK HÜCRE ÖZELLİKLERİ
• Kendini yenileme
• Çok yönlü farklılaşma
• Sessiz (Quiescent/G0) kalma
• Migrasyon (nişten çıkma- hasar yerine gitme – başka
mikroçevreye gitme)
• Yeniden programlanma
• Apoptozis
-----------------------
KÖK HÜCRE
TOTİPOTENT
morula---------
PLURİPOTENT (embryonik)---MULTİPOTENT
BİPOTENT---UNİPOTENT
HSC
KÖK HÜCRE FARKLILAŞMASI
HSCs
HSC
PROGENITORLER
FARKLILASMIS
HUCRAELER
Farklila;ma artar
Replikasyon potansiyeli azalir
HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE
CLP
NK+ Cell
T Cell
Common
Lymphoid
Progenitor
B Cell
SELF-RENEWAL CAPACITY
LT-HSC
ST-HSC
MPP
Long term HSCs
Short term HSCs
Multipotent
progenitors
GRAN
MN
Common
Myeloid
Progenitor
PLT
CMP
ERT
HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE
IŞINLAMA İLE KEMİK İLİĞİ BOŞLUĞU BOŞALIR VE
YENİ KÖK HÜCRELER VERiLEREK REKONSTİTÜSYON SAĞLANABİLİR.
IŞINLAMA
«IRRADIATION
»
BALB/c
INFÜZYON
Kemik iliği
Transplantasyonu
Isinlanmis
fare kemik
Iligi hucreleri
•
BALB/c
Radiation
Research
13:115-125,
1960
«Spleen colonyErit MK
forming assay
(CFU-s) in
irradiated mice» CFU-S
myeloid
Till & McCulloch: > 1960’lar: “Self-renewing, pluripotent
hematopoetic stem cell (HSC)”
2005
LASKER
ODULU
For ingenious experiments that first identified a stem cell — the
blood-forming stem cell — which set the stage for all current
research on adult and embryonic stem cells.
Till JE,McCulloch EA. A direct measurement of the radiation sensitivity of normal mouse
bone marrow cells . Radiat Res 14: 213-222, 1961
FARE EMBRYONIK KÖK HÜCRELERİ
MARTIN EVANS University of Cardiff U.K.
1971 & 81
IVF TÜPLERİNDEN INSAN EMBRYONİK KÖK HÜCRE ELDESİ
IVF
İN VİTRO
FERTİLİZASYON
Thomson j. et al., 1998
2007
in Physiology and Medicine
"for
their discoveries of principles for introducing specific gene
modifications in mice by the use of embryonic stem cells"
Oliver Smithies
Univ North Carolina
U.S.A.
Sir Martin Evans
Cardiff Univ
U.K.
Mario Capecchi
Univ of Utah
U.S.A.
2012 Nobel prize
Yamanaka & Gurdon
Prize for:
“changing adult cells into stem cells”, which
can become any other type of cell in the body.
“Prof Gurdon used a gut sample to clone frogs and Prof Yamanaka
altered genes to reprogramme cells.”
IPS (INDUCED PLURİPOTENT STEM CELLS )
UYARILMIS PLURIPOTENT KÖK HÜCRE UPKH
Olgun hücrelerden embryonik kök hücre benzeri
pluripotent özellikte kök hücrelerin elde edilmesi .
(örnek: fibroblasttan, olgun kan hücrelerinden)
de-differentiation
Fibroblast--------pluripotent stem cell
iPS
cells
Yamanaka 2006
SÜREYYA TAHSIN AYGÜN -TÜRK VETERİNER
. Hayvan aşıları: şarbon, *şap aşısı,
*sığır vebası tedavisi, çiçek aşısı.
Doku kültürü-virus üretimi
• İnsan hücre kültürleri
Hücrelerin tedavi edici özelligi
(santral sinir sistemi, kalp, dolasim bozukluklari vs)
Ord.Prof.Dr. Süreyya
Tahsin Aygün
1895 te doğmuş
18 kitap, 83 makale ve
diger yayinlar,
Cok sayida atif
(hucre-organ kulturleri)
Oduller
===================
AÜ vet fak dergisi 29(12):256-76 F Dinçer
Www.mustafacetiner.com
• Kök hücrelerden doku ve organ
üretilmesi .Dünyada ilk kez kök hücre adını
kullanmış. (Almanca, Italyanca yazılarda)
• Talidomit toksisitesinin önlenmesi :
hücre kültüründe toksik----kullanımının Türkiye`de
yasaklanmasi için çalışmış. Fokomeli önlenmis Türkiye’de.
KÖK HÜCRENİN KADERİ ve KÖK HÜCRE «NİCHE»leri
1978
NICHE: Kök hücreler için özellikli mikroçevre
“A specialized microenvironment for stem cells”
KÖK HÜCRE NİŞLERİ
Rando 2006
Scadden 2006
“No place like home”çAnatomy and function of stem cell niche. Jones, Wagers 2008
Kök hc ve mikroçevre dinamik etkileşim halinde
ECM / hücreler/ parakrin faktörler - parankim hc.den soluble
faktörler/ sistemik sinyaller ( immunolojik, nöro-endokrin, metabolik, fiziksel)
KÖK HÜCRE NİŞLERİ
Epidermal stem cell niche
Germ stem cell niche intestinal stem cell niche
cilt- stem cell niche
Escort cell
nöral stem cell niche
stromal hc
Germ
stem
cell
stem cell
Cap cell
Stem cell
intestinal SC
Niche ‘te glycoaminoglycan’lar kök hücre davranışını etkiler…
Ör. heparan sulfate BMP sinyalini regüle eder.
(Germ line stem cell niche ‘te)
İe. Sertoli hc. GDNF salgılar. (self renewal)
Spradling 2008
KEMİK İLİĞİ “NICHE”
endosteal niche
endosteal niche
Peerani ,Zanstra 2010 JCI
vascular niche
Wilson, Trumpp 2006
vascular niche
KÖK HÜCRE TRAFİĞİ
HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE NAKLİ
Inflammatory
state
Engraftment tıme
Day 0 stem cell infusion
Stem cell
Homing
Mobilizatio
n
HOMING Stem cells
differentiate
Lapidot 2006
MOBILIZATION
Hematopoetik kök hücre trafiği
ENGRAFTMENT
Farklılaşmış hücreler
kana çıkar
DOLAŞIM
Kİ’de hematopoetik
farklılaşma
(10-20 gün)
%15-20
DAY 0
%3-90?
Kemik iliğine «HOMING»
HOMING / RETENTION/ ENGRAFTMAN & REPOPULASYON
Homing /Lodging
• Hızlı ( saatler – 1-2 gün)
• Dolaşan hemat.hücreler
kan/kemik iliği endotel
bariyerini geçer
Engraftman/ Repopulasyon
Kısa- süreli engraftman
( haftalar-aylar) )farklılaşan
projenitörler) (CD34+/CD38+ )
• Kalıcı/uzun süreli
multilineage engraftman
• Kemik iliğinde adezyon
özellikli nişlere yerleşmeyi
ilişkileri ile en azından
gerektirir
geçici süre «lodging»olur
(CD34+/CD38- stem cells)
• Prolifere olur
Hematopoetic stem cell migration/homing
Heazlewood 2014
ENDOSTEAL NİŞ
“STEM CELL SYNAPSE”
MYC
FARKL.
MYC-dependent retention or
exit of HSCs from the niche!
Adezyon inhibe
Hematopoetik
kök hücre
ANG-1
NOTCH
/TİE-1
SELF RENEW QUIES
He
WNT
PTH
Osteoblast
(N-cadherin +)
OSTEO
N CADHERİN
PONTİN
(REZERV)
(QUİES--) ectopic expression of N-cadherin by OP9
stromal cells substantially increases their
ability to maintain
mouse HSCs in vitro
SCF
(KİT aktive
ADEZYON)
Mutasyon:
Migrasyon/
farklılaşma
Wilson
ALLOJENİK KÖK HÜCRENİN ALICININ KEMİK
İLİĞİNE YERLEŞİMİ
ALICININ KÖK
HÜCRESİ
KOLAYLAŞTIRICI FAKTÖRLER
HKK
DONÖRÜN KÖK
HÜCRESİ
MHC
HKK
Regulatuar sinyaller
Sitoredüktif kemoterapi
Radyasyon
C-kit antikoru
CXCR4 inhibitörü (AMD3100)
MHC
CD47
DC
CD4+
T-Hücreleri
CD8+
T-Hücreleri
NK
Hücreleri
NKT
Hücreleri
TReg
E. Kansu
HEMATOPOETIK KÖK HÜCRE VE NICHE :
MOLEKÜLER ETKİLEŞİMLER
Büyüme faktörleri
Sitokinler
Kemokinler
Kemik iliğinden kök hücre mobilizasyonu
Mobilizasyon: Stres, hasar, chemotherapy,
GCSF, other growth factors, CXCR4 antagonist /
AMD3100/Plerixafor, IL8, RANKL,osteoclast,
proteolytic enzymes (elastase, cathepsin G,
Proteinase 3), MMP-9
Lapidot ,Kollet
Sirkadien ritm ve kemik iliğinden mobilizasyon
Harvest in the right season!
Aydınlık-karanlık siklus
Genler
Cesari 2008
Ferre, Frenette Nature 2008
Circadien clock genes
Bmal1,Per1,Per2
Sinir uçlarından lokal
β3 adrenerjik sinyal
Transkr. Faktörü
SP1 degradasyonu
Ritmik
kök hücre
salınımı
CXCL12
(SDF-1 inhibe)
CXCL12 (SDF-1 )homing için gerekli.
Inhibe olunca mobilizasyon---
A recruitable source of immune
and inflammatory effector cells.
Staudt
Kemik iliği öncül hücreleri/ mobilizasyon---hasar onarımı
K.İ. & Endotel projenitör hücre
Vasküler travma
(VEGF,PlGF)
MMP9 aktivasyonu
Soluble KitL
Vasküler VEGFR2+
ve lenfatik
projenitörlerin
proliferasyonu
Mobilizasyon
Shahin Rafii 003
Vasküler hasar veya tümör gelişimi esnasında kanda dolaşan
EPC (endotel projenitör hücreler) bulunur
HSC ko-mobilize
& yeni damarlanma
K.İ. & Mezenkimal kök/stromal hücre
-Kemik iliği
-Yağ dokusu
-Kordon dokuları
-Amnion
-Plasenta
-Dental pulpa
-Tendon
-Sinovial sıvı
-İskelet kası
-Diğer doku
MSCs & Adhesive interactions in the hematopoetic niche
Endosteal
Endosteal
vaskuler
vaskuler
Endosteal
vaskuler
S.Li Calzi
Homing: Injury,conditioning, chemokines (SDF-1/CXCL12), VLA4,VLA5,
LFA1, CD26, E,P-selectin,
Lodging/retention: SDF-1/CXCL12-CXCR4,osteopontin, hyaluronic ACD44, E,P-selectin-glycoprotein ligand 1,CD26,membrane SCF
Bone marrow niche cells/MSCs
Cellular Complexity of the Bone Marrow Hematopoietic Stem Cell Niche .
2013 Laura M. Calvi • Daniel C. Link
Perivascular stem cell niche. The perivascular niche is comprised of endothelial cells and several, likely overlapping, MSC
populations. These stromal cells provide key niche signals, such as CXCL12, Kit ligand, and angiopoietin, that localize HSCs to
the perivascular region and help maintain their quiescence and self-renewal capacity.
Signals from the SNS regulate HSCs, at least in part, by targeting these perivascular stromal cells.
MSC mesenchymal stem cell, CAR CXCL12-abundant reticular
STEM CELL NICHE
Wagers 2013
NICHE
FİZİKSEL—KİMYASAL ORTAM
BİYOMEKANİK/BİYOKİMYASAL FAKTORLER
NICHE-STEM CELL İNTERACTİONS
migration
Metallo 2007
Stem cell interactions with various inputs from the microenvironment.
Soluble factors, ECM, intercellular contacts, and biophysical ,forces synergize to influence stem cell fate.
The plasticity of progenitor cells enables them to self-renew, differentiate, remain quiescent, or enter apoptosis.
Kemik iliği mikroçevresi
Kemik iliği anatomisi
KEMİK İLİĞİ,
• Kemik ve
• Vaskülarize alanları
bulundurur.
MK
The blood vessels of
the bone marrow
constitute a barrier,
inhibiting immature
blood cells from
leaving the marrow.
Mature blood cells
contain the
membrane proteins
required to attach to
and pass the blood
vessel endothelium.
HSC &MK
HSC-MK
endosteal
Lin cells
HSCs
Scadden 2014
sinus
Low-pressure vascular
channels surrounded by a
single layer of
fenestrated
endothelium.
Smith-Calvi 2013
Osteoblast
Osteoclast
Perivaskuler
Stromal hc
Endotel hc
Endosteal
monosit/makrofaj
Glial non-myelizan
Schwann
T cell
HEMATOPOETİK “LİNEAGE”
HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE
Murine: ThY-1, c-kit, Sca-1 (Stem cell antigen),
Mu-HSC: T-,B-,Gran-,mono-, Thy-1 lo,Sca-1+,c-kit + :
20% of these are LTR-HSC
Other markers: SLAM family (Signaling lym activ molecule)
HSCs are: CD150+, CD244-,CD48Multi,potent: lose CD150, ..CD150-,CD244+, CD48+
CD150+,CD48-, CD41- cells: %45 LTR-HSC
Human: CD34+,CD33- and intermediate forward light scatter:
give rise to CFCs in long term Cx
CD34+,CD33+ (most colony forming cellls)
G0 CD34+: resistance to 5FU in presence of SCF and IL3, c-kit+,
IL-6R +,IL-1R+
donot form colony on direct methyl cellulose culture
but after 5 weeks on stromal cells form colonies on
metly cellulose (40% replatable)
HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE
İnsan HSC özellikleri: CD34+,Thy-1 + (CD90),Rhodamin
zayıf,CD38-,DR-, 1/100.000-200.000
Murine CD34: ? on LTR_HSC
Long term : only in CD34 lo/- cells
Hoecst 33342 dye exclusion (SP cells): Murine…. All LTR-HSC activity is included..
but is CD34-.
Human CD34-??? Perhaps HSC CD34-..
HU lin – cells: CD34+ and CD34- fractions.
SRC activity in both fractions
(ability to reporpulate SCID)
CD34 expression is reversible:
Resting murine HSC: CD34Activated 5FU or GCSF: CD34+
activated CD34 +HSC transplanted.
These HSCs can lose CD34 expression after return
of recipient to resting state
And still retain capacity to reconstitute secondary
recipients……..
MURİNE HEMATOPOEZ
CD34+ Hematopoietic Stem ve Projenitör hücrelerin sayımı
Sutherland yontemi
HSC ASSAY»LERİ / İN-VİTRO
HEMATOPOETİK KOLONİ OLUŞTURMA
BFU-E
ERİTROİD
Semi-solid
Metil selüloz kültürler
(hematopoetik büyüme
faktörleri iceren)
; CFU (COLONY FORMİNG UNITS)
CFU-GM GRANULOSİT MONOSİT
CFU-GEMM
( GRANÜLOSİT-ERİTROİD.
MONOSİT-MEGAK)
MSC uzerinde
hematopoetik koloni
S Aslan
PEDi-STEM
HSC ASSAY» leri
«Long-term» HSC: Hayvanın yaşamı boyunca tüm kan elemanları
yapılması için gerekli.
«Short-term» HSC: Ani hasarın hemen sonrasında acil ihtiyacın
karşılanması için gerekli.
CFU-S (Spleen colony forming Units)
Artık HSc in-vivo assay olarak kullanılmıyor.
Transplantasyondan sonra
belirli günlerde koloni
sayımı yapılır.
CFU-s 6: En matür.. Self renew,proliferasyon çok düşük
CFU-s 8: Çoğunluk MEP projenitörler (megak-erit)
CFU-s 12: %50 “Short term” ve multipotent projenitör
%50 MEP ve CMP (common myeloid projenitör)
(6. ,8.gün ve 12. gün kolonileri)
RGB işaretleme: 3 lentiviral vector .
Nat Med 2011
Kristoffer Weber
HSC ASSAY»LERİ /İN-VİVO & İN-VİTRO
SRC
LTC-IC
stroma
CAFC
HPP-CFC
Blast CFC
CFU-GEMM
CFU-GM
BFU-E
• SRC- SCID repoulating
cells. NOD SCID-insan
hücreleri-5- 8 hafta..
Limiting dilüsyon ile
kantifiye.---- SRC daha
immatür ( LTCIC ye
göre)
•CFAC (human): Stroma
tabakası Üzerine değişik
konsantrasyonlarda
Kİ hücreleri (limit dilüs)
5 hafta sonra stroma
tabakasındaki
“proliferating blast
hücreler” sayılır
(cobble stone areas)
•LTC-Ics (limiting
dilution assay): Stroma
üzerinde 5 hafta Cx,
koloni oluşturmayanlar
STROMA TABAKASI ÜZERİNDE HKH KÜLTÜRÜ
STROMA TABAKASI ÜZERİNDE HKH KÜLTÜRÜ
HEMATOPOETİK BÜYÜME FAKTÖRLERİ
EX VIVO KORDON KANI EKSPANSİYONU
Hematopoetik büyüme faktörleri kombinasyonları:
stem cell factor [SCF], granulocyte-macrophage colony-stimulating factor [GMCSF], interleukin [IL]-3, thrombopoietin [Tpo], IL-6 and Fms-like tyrosine kinase 3
ligand [Flt-3L]).
1. static, serum-added, liquid culture for 7 and 11 days using 5 cytokine cocktails.
2. 7 days using cytokines of cocktail 1, with and without IL-6 and Flt-3L, in serumadded and serum-free culture media.
Cocktail 1 is the cocktail of choice for ex vivo expansion of CB stem cells in serumfree, liquid culture expanded for 7 days. 7 days is better than 11 days. the percent of
CD95+ cells (apoptotic cells) was significantly increased on day 11 compared to day
7 in the cocktails tested.
Mohamed 2006
Cell Stem Cell
LT-HSCs utilize glycolysis instead of
mitochondrial oxidative
phosphorylation to meet their energy
demands.Survival in this low-oxygen
microenvironment
requires significant metabolic adaptation.
«A unique low mitochondrial
activity/glycolysis- dependent
subpopulation that houses the majority
of hematopoietic progenitors and LTHSCs.» Meis1 and Hif-1a are
markedly enriched in LT-HSCs and that
Meis1 regulates HSC metabolism through
transcriptional activation of Hif-1a.
PRENATAL ve POSTNATAL HEMATOPOEZ
AGM
PLASENTA
Stem cell
Migration
Homing
Differentiation
İNTRAUTERİN HEMATOPOEZ
PLACENTA
YOLK SAC
AGM
FETAL
KARACIGER/DALAK
Aorta gonad mezonefroz
PRIMITIF HEMATOPOEZ
/ DEFINITIV HEMATOPOEZ
KEMIK ILIGI
İNTRAUTERİN HEMATOPOEZ
İnsanda gestasyon 16. gününe kadar basit difüzyon ile: nutrientler, oksijen ve artıklar
Embryo belli bir büyüklüğe eriştiğinde basit diffüzyon yetersiz kalır (16.gün)
İNTRAUTERİN HEMATOPOEZ
Primitif eritropoez vs
Primitif
Definitive Hematopoez
Eritrositler çekirdeksiz
Çekirdekli eritrositler
Erken embryonik dönemde
Embryonik dönem
ve erişkinde
PRİMİTİF HEMATOPOEZ
DEFİNİTİF HEMATOPEZ
Yolk Sak
Embryo
büyüdükçe
yerini daha
kompleks
definitif sistem
alır.
Primitif sistem
nükleer eritrositler
---embryo
dokularına oksijen
taşınması
İnsanda 18-20. günde
Farede 7-8. günde
Ekstraembryonik olarak yolk sakda
ilk kan hücreleri üretilmeye başlanır
Yolk Sac
Embryo
Yolk Sac Hematopoezi (blood islands)
Yolk sac: hematopoezin ilk yeri- undifferansiye mesenchymal
hücreler hemangioblastlara farklılaşır. Hemangioblastlar
endotel ve primitif kan hücrelerine diferansiye olur. Embryoda
ilk “kan damarı” benzer yapı.
AORTA GONADO MEZONEFROZ
İnsanda 25. günde AGM’de
hematopoez başlar.
İlk Definitif hematopoez
HKH’ler tüm kan hücrelerine
farklılaşabilir.
AGM notochord ile somatik mezoderm arasında.
Umbilicustan anterior limb bud’a uzanır.
AGM bölgesi: Dorsal aorta, genital ridges ve mesonephrozdan
oluşur
HKH’ler AGM nin dorsal aorta bölgesinin özellilkli
endotelinden (hemojenik endotel) gelişir.
Dorsal aortadaki Hemanjioblastlar
Erken embryoda
hemanjioblastlar var
(mesodermal kaynaklı)
Kan hücrelerine ve
vaskuler endotelial
hücrelere diferansiasyon
potansiyelleri var
.
HEMANJIOBLAST: Hematopoetik+ endotel markerlar
VE-cadherin,endothel markerı, aortik endotelin luminal kısmında.
DORSAL AORTA duvarındalki hücreler : VE-cadherin+ ve CD34 +
CD34: hematopoietic ve endotel ortak marker.
CD45: hematopoetik marker.
Thus the co-expression of cell surface markers from both lineages suggests that
hematopoietic stem cells differentiate from hemangioblasts of the dorsal aorta in the AGM.
Hemanjioblasttan endotel ve hematopoetik hücrelar
Intrauterin hematopoez ve transkripsiyon faktörleri
PRİMİTİF HEMATOPOEZ: GATA1
DEFİNİTİF HEMATOPOEZ:
RUNX1, NO,NOTCH1
-----------------HKH
Intrauterin hematopoez ve transkripsiyon faktörleri
RUNX-1 :
• KNOCK OUT: Bütün fetal dokularda definitif hematopoez durur
• Embryo lethality 12. günde
• AGM’de sadece mesenchymal hucre infiltrasyonu (hemangioblastlar gelişemediğinden)
• Knock-outlara retroviral RUNX1 transferi>>tekrar HSC gelişti
NITRIK OKSIT:
• Kan akımının oluşturduğu “Sheer stress” damar duvarındaki mekanoreseptorlerı uyararak
No salınımını uyarır.
• NO knock-outlarda RUNX1 salınmaz, AGM HSC uretemez
• NO endotelial diff için de önemli---- RUNX1 ve NO nasıl konuşur??
NOTCH 1:
• NOTCH1 knockoutlarda yolk sakda hematopoez normalken, AGM’de durur
• NOTCH1 overeksprese olduğunda AGM’da dorsal aortada buyük definitif hematopoez
adacıkları oluşur.NOTCH1 ekspresyonu arttıkça RUNX1 ekspresyonu da artar
Kök hücre trafiği------Fetal karaciğerde hematopoez
HHK ler
İlk olarak 25.günde AGM de.
Hızla çoğalır (35.gün),
40.gün AGM den kaybolur.
Sonra HKH lerin fetal
karaciğere migrasyonu.
(40gün)
Plasental hematopoez
Daha çok bilinmeyenli
Yolk sak ve Fetal Kc hematopoezi ile overlap yapan
donemde
Plasental hematopoez
Plasentanın fotal yuzundekı fotal damarlardan koken alan HSC’ler
Kök hücre trafiği------SDF-1(CXCL12) /CXCR4
• Stromal-derived factor-1 (SDF-1) (CXCL12)
receptor CXCR4: Master regulatory
pathway of both HSC migration and
retention in the bone marrow, during
ontogeny and adult life
• CXCL12 expression:fetal liver and BM
concordant with the recruitment waves in
these organs.
• CXCR4-dependent migratory capacity of
progenitors .
• Mice born with genetic deficiency of SDF1α, or its receptor, CXCR4, fail to establish
bone marrow hematopoiesis, although
fetal liver hematopoiesis is normal
Intrauterin hematopoez ve mikrocevre
• Fetal karaciger mikrocevresi: Qualitative and quantitative analysis revealed
several properties unique to FL stromal cells compared to adult BM-derived
stroma that included a greater than 10-fold enhanced proliferative capacity of FL
stromal vs adult BM, and a 2-fold increase in the number of N-cadherin- and
osteopontin-expressing cells. Martin MA et al, 2005
In order to test the hypothesis that fetal HSC migration is a timed developmental
event, we collected blood from embryos ranging in age from 12.5 to 17.5 dpc to
use in competitive reconstitution assays to measure long-term reconstituting
hematopoietic stem cell (LT-HSC) activity. HSC Are Found Constitutively Circulating
in Fetal Blood..Synergistic Effects of SDF-1α and SLF on Chemotaxis of Fetal HSCs
esp. From liver to BM migration
•
Intrauterin hematopoez ve mikrocevre
• Integrinler: The integrins are the only family of adhesion molecules
shown to be necessary for fetal hematopoiesis.
α4 and β1 integrin expression is required for the colonization of the fetal
liver and, consequently, of the fetal bone marrow.
Recent results implicate α4 integins displays a critical role in the
migration of long-term repopulating HSCs in the adult BM
Intrauterin hematopoez ve mikrocevre
Nishikawa, 2006
Intrauterin hematopoez ve mikrocevre
AGM VE KEMİK İLİĞİ MİKROÇEVRESİ
• AGM and BM-derived stromal cells were
morphologically and phenotypically similar, and had
the features of stromal cells
• AGM-derived stromal cells in comparison with the
BM-derived stromal cells could not only support the
expansion of HSCs but also maintain the selfrenewal and multi-lineage differentiation more
effectively. They are promising in HSC
transplantation.
Kemik iliği hematopoezi
İnsanda 22.haftada başlar
Bu zamandan önce henüz kemikler henüz
kalsifiye değil
Kİ hematopoezi tüm erişkin hayat boyunca
devam eder, ama yeterli olmadığında kc ve
dalakta da ekstramedüller hematopoez
başlayabilir.
Mezenkimal kok hucreler kemik iligi
mikrocevresinin komponentleridir
Immunmodulasyon
Ben-Ami 2011
Mezenkimal kok hucreler inflamatuvar sinyallerle
active olur
Niche
Korunmasi?
Inflamasyon
onlenmesi?
Shi 2012
Mezenkimal kok hucreler hasar yerine gider ve
lokal inflamatuvar sinyallerle aktive olur
Shi 2012
Kemik iliği mikroçevresi bozuklukları
«Niche»/mikroçevre bozukluğunda hematopoez bozulur
Sl/Sld (steel-Dickie mice)
Membrana bağlı stem-cell factor (SCF; veya KIT
ligand) geninde mutasyon
HKH nişte bozukluk
& kemik iliği yetmezliği
Kemik gelişimi ve hematopoez bozuklukları
«Niche»/mikroçevre bozukluğunda hematopoez bozulur
CXCL12, CaR,SCF Reseptör defekti
Endosteal yerleşimde problem
Replikatif tükenme
Kemik iliği yetmezliği
Somatik mutasyon/
Malign transformasyon
• KEMİK İLİĞİ
YETMEZLİĞİ
(APLAZİ-SİTOPENİ)
• LÖSEMİ
MİKROÇEVREYE YÖNELİK
HEDEFLENMİŞ TEDAVİLER
«Niche»/mikroçevre bozukluğunda hematopoez bozulur
“Endosteal niş” immün korunmalı (immune privilege) bir
dokudur. Sitotoksik kemoterapi hasarından ve patojenik
immüniteden korunur.
“Immune privilege” kaybı?
Fujisaki 2011 Nature
Işınlanmamış farede allo-HSC’ler 30 gün “niş”
bölgesinde kalmış.
Foxp3 pozitif regulator T lenfositler ile ko-lokalize…
Calvarium/ Trabeküler kemik--Endosteum
T-reg deplesyonu ile “immune “privilege” kaybolur.
T-reg’ler “niş” bölgesindeki HSC’leri tehlikeden korur…
Anormal kemik iliği mikroçevresi
Myelodisplastik sendrom ve sekonder AML gelişimi
Putative mechanisms for AML stem cell and niche interactions in vivo.
Farelerde kemik iliği mikroçevre değişikliği ile MDS-AML gelişimi
Kemik iliği osteoblast öncülerinde Dicer-1 delesyonu
Raaijmakers. Nature 2010.
…dysfunction
Bone progenitor
induces myelodysplasia and
secondary leukaemia.
Global mikroRNA delesyonu
MDS/sekonder AML gelişimi
Osteoblast öncülerinde problem---------- malignite gelişimi?
İnsandaki durum??----
Niş modelleme / Niş hedefleme
Microenvironment: the local surroundings of a cell that feed into its behavior.
KÖK HÜCRE MİKROÇEVRESİ
Kompleks sinyaller
Solubl moleküller --- (doku veya Cx ortamı)
EKSTRASELÜLER MATRİKS-----Veya hücre substratı
Biofizik mikroçevre physical variations in the extracellular matrix)
can influence cell fate.
Hücre-hücre sinyalleri
a stem cell niche is unique to the individual or small population
and guides its dynamics.
•
•
•
•
•
•
•
•
Proliferasyon
Sessiz kalma (idame)
Farklılaşma
Self renewal
Migrasyon
Retention
Apoptozis
Survival
Liu 2010
Kök hücre ve doku mühendisliği
Doku muhendisligi
yaklasimlari:
• Hücreler.
• Bioaktif faktorler
• Doku iskeleleri
Mekanik
stimulus
Hastadan alınan
hücreler ex vivo
ortamda çoğaltılır.
Morfojenlerle uyarılır.
3-D iskele (scaffold)
üzerinde farklılaşmaya
yönlendirilir.
Direkt implante edilir
veya ex-vivo
preimplantasyon
farklılaştirildiktan sonra
verilir
Harvard Wyss Institute
Organs-on-Chips
Microchips lined by human cells that could revolutionize drug testing and
developmentThe paradigm used by pharmaceutical companies to discover and develop
new drugs is broken. Clinical studies take years to complete and testing a single compound
can cost more than $2 million. Meanwhile, innumerable animal lives are lost, and the
process often fails to predict human responses because traditional animal models do not
accurately mimic human physiology. For these reasons, the pharmaceutical industry needs
alternative ways to screen drug candidates in the laboratory.
The Wyss Solution
Institute researchers and a multidisciplinary team of collaborators are engineering
microchips that recapitulate the microarchitecture and functions of living organs, such as
the lung, heart, and intestine. These microchips, called organs-on-chips, could one day form
an accurate alternative to traditional animal testing. Each individual organ-on-chip is
composed of a clear flexible polymer about the size of a computer memory stick that
contains hollow microfluidic channels lined by living human cells. Because the microdevices
are translucent, they provide a window into the inner workings of human organs.
Microfluidic organs-on-chips.
Bhatia SN, Ingber DE.Nat Biotechnol. 2014 Aug 5;32(8):760-72.
Organ-on-a-chip platforms for studying
drug delivery systems .J Control Release. 2014 Sep.
Bhise NS1, Ribas J2, Manoharan V1, Zhang YS1, Polini A1, Massa S1,
Dokmeci MR1, Khademhosseini A3.
Lung-on-a-Chip
Combining microfabrication techniques
with modern tissue engineering, lung-on-achip offers a new in vitroapproach to drug
screening by mimicking the complicated
mechanical and biochemical behaviors of a
human lung.
Bone-Marrow-on-a-Chip
Device captures complexity of living
marrow in the laboratory; could help test
new drugs to prevent lethal radiation
exposure
Nat Methods. 2014 Jun;11(6):663-9. .
Bone marrow-on-a-chip replicates hematopoietic niche physiology in vitro.
Torisawa YS1, Spina CS2, Mammoto T3, Mammoto A3, Weaver JC4, Tat T3, Collins JJ5, Ingber DE6.
Download

PowerPoint Sunusu - Türk Pediatrik Hematoloji Derneği