Az őssejtek in vitro és in vivo; van-e  lehetőség terápiás felhasználásukra? Embrionális őssejtek (ESC) Mesenchymalis őssejtek (MSC) Magzati szöveti őssejtek Szöveti őssejtek Indukált pluripotens őssejtek (IPSC)

Aszimmetrikus mitózis Őssejt: önmagát megújító + más fejlődési állapotú, fenotípusú utódot lérehozó osztódó sejt Vég-differenciált sejtek „Nyugvó” sejtek Szimmetrikus mitózis + Aszimmetrikus mitózis Sokszorozó sejtek „Új” sejtípust megalapozó sejtek

Embrionális őssejtek, ESC Evans , Kaufman, Martin 1981; Thomson 1998 Korai hólyagcsíra (~5. nap) Belső sejtcsomó ICM trofoblaszt megtermékenyítés 3 nap Fragmentálódó blasztomérák „kompact” embrió Korai blastocysta EB St 1 EB St 2 EB St 2-3 Tágult blastocysta EB St 4 2 nap Embrioid csomó aggregáció 10. nap in vitro Oct4, Aktin, DAPI Sejttípus differenciáció ES sejtek közvetlen sejtterápiára nem használhatók ! Nem megfelelő szöveti instrukciók → tumor-képzés

aggregation ES cell chimera 3.5 days old chimera embryo Transzgenikus állatok ES sejtek beépítésével Gócza Elen (MBK) munkája 1.GFB/B2 ES cell line aggregation ES cell chimera 3.5 days old chimera embryo Csíra-vonalba beépült génhordozó sejtek A bevitt gént stabilan hordozó állattörzsek chimera állatok

In vivo Beágyazódás Epiblast őssejtek: EPiSCs Magzati szöveti őssejtek trophoectoderma ICM méhfal hólyagcsíra petevezető Epiblast őssejtek: EPiSCs 13. nap 0,4 mm 18. nap 1,25 mm 32. nap; 6 mm Magzati szöveti őssejtek Embrionális germinatív őssejtek: EGSCs

Szöveti őssejtek Felnőtt-kori szöveti őssejtek „professzionális” őssejt-zónák: állandó élettani sejtpótlás bőr germinatív réteg bélhám csontvelő előagyi kamrafal cornea limbus fog pulpa, stb „indukálható” őssejt-zónák (nyugvó sejtek): szöveti regeneráció sérülés hatására

Sokféle, különböző „őssejt” létezik egyidejűleg Egyetlen szervben is változó szöveti „elkötelezettség”, osztódó képesség, osztódási gyakoriság, környezeti érzékenység gén-expressziós mintázat Végdifferenciált szöveti sejt X Jellemzésük hiányos; Kevés a szelektív marker! ? Sokszorozó progenitor → Őssejt 4 ? Sokszorozó progenitor → Őssejt 3 ? Laterális indukció / gátlás ? Sokszorozó progenitor → Őssejt 2 Őssejt 1’ Őssejt 1 Szimmetrikus mitózis + Aszimmetrikus mitózis 1 önmegújító + 1 differenciáltabb utódsejt

17 napos human Agyi régió Gerincvelő

E9 NE-4C embryonic mouse neuroectodermal stem cells RA 0 RA 5 RA 9 p53 - / RA 0 m 10 20 RA 5 100 RA 9 GFAP RA 14 20 mm RA 2 10 m IIIb-tub RA 10 Syn I SSEA-1 RA 0 1 m Schlett, Madarász J. Neurosci.Res. 1997

A másodlagos germinatív zóna a primér zóna származéka Primér germinatív réteg Másodlagos germinatív réteg prenatális posztnatális Vetítő neuron Kis vetítő neuron Lokális közti neuron Asztroglia Radiális glia ependyma VZ SVZ E10.5 E10,5 E1 0, 5 0,5 E10, Adult Vetítő neuronokat nem termel Alvarez-Buylla 1998 A felnőttkori neurogén zónák az SVZ maradványai + g. dentatus subgranularis zóna (SGZ)

E10.5 E10,5 E1 0, 5 0,5 E10, Adult Shuurmans 2004 Alvarez-Buylla 1998 Az agykéreg kialakításában primer és szekunder germinatív réteg eredetű, és eltérő régiókból származó idegsejtek sejtek vesznek részt

Felnőtt-kori neurogén zónák Előagyi szubventrikuláris zóna (SVZ) nmfhé Hippocampus szubgranuláris zóna (SGZ) Fiziológiás sejt-pótlás: folytonosan átrendeződő hálózatok számára termelnek idegsejteket

Nagy mértékú sejt-produkció sérülések hatására Rezidens glia (?) progenitor sejtek a rostkötegekben Baumann 2007. Phys.Rev. Zadori et al., 2011

Adult mouse radial glia-like stem cells Markó et al., PlosOne, 2011

Embrionális szöveti őssejtek közvetlen sejtterápiára nem használhatók ! Tumor-képzés valószínűsége igen nagy; Nem megfelelő szöveti instrukciók → kontrollálhatatlan fejlődés RA 9 Schlett, 1997. J. Neurosci.Res. synaptophysin * NeuN-bIII tubulin 40 mm E9 D 21 SVZ kamra Demeter et al., 2004. Exp. Neurol.

Mesenchymalis őssejtek (MSCs)

Mesenchymalis őssejtek (MSCs) alkalmazása – klinikai kipróbálás fázisában Köldökzsinór vérből, köldökzsinórból, csontvelőből nyerhetők Nem idegi sejtpótlás → gyulladásos folyamatok gátlása, inherens szöveti regeneráció serkentése http://www.clinicaltrials.gov 9 studies found for:    cerebral palsy | stem cell therapy | Child 29 studies found for:    stem cell therapy, neurology 93 studies found for:    stem cell therapy, stroke 43 studies found for:    stem cell therapy, brain injury

Indukált pluripotens őssejtek (IPSC) Kfl, Oct4, Nanog, Sox2, Myc Visszaprogramozás Indukált pluripotens őssejtek (IPSC) Kfl, Oct4, Nanog, Sox2, Myc Epigenetikus hatások: növ. faktorok (?) Sejt-stresszorok: pH ES-szerű állapot (azonos gondok) Indukált pluripotens őssejtek : IPSC Őssejt-gének bevitele osztódóképes szöveti sejtbe Nem végdifferenciált sejt IPSC IPSC sejtvonal Sejtterápiára nem alkalmas Visszaprogrammozni csak nem-végdifferenciált sejtet lehet ! Különböző szöveti progenitorokból nyert IPSC-k fejlődési potenciálja azonos? Előnye: saját testből nyerhetők ; személyre szabott citogenetika, gyógyszer-tesztelés; Talán egyszer, saját-szövet implantátum; sejtterápia

Gyógyszer-tesztelésre alkalmas 3D szerv/szövet-struktúrák ES sejtek, IPS sejtek In vitro: differenciáltatás után szövet-építés; szövet-specifikus gyógyszer-tesztelés Válogatott, időzített Növ. Faktor kezelés BMP, ActivinA, VEGF Szívizom Zhang et al., Cell Research (2010) :1-9. Idegi sejttípusok Gou et al., 2006 Mth.Enzymol Scaffolds: váz-elemek és letapadási felszínek, amelyek irányítják a sejt-elrendeződést Gyógyszer-tesztelésre alkalmas 3D szerv/szövet-struktúrák Jövőben talán beültethető szerv-pótló elemek

Szövetépítéshez a váz („scaffold”) fontos tulajdonságai: Kollagén Poli-glikolsav Titán Szövetépítéshez a váz („scaffold”) fontos tulajdonságai: Porózus anyag → tápanyag, gáz stb ellátás; nagy felület a sejttapadáshoz Megfelelő pórusméret → sejtmozgás, elrendeződés biztosítása Sejtbarát felület → sejtletapadás biztosítása Szövetbarát → gyulladást , védekezési reakciókat nem okoz Biológiai úton lebontható → a szövet felépülése után „eltűnik” Mechanikailag megfeleljen a testben rá váró igénybevételnek Alakja/mérete illeszkedjen a szerv/szövet „feladataihoz”

A megfelelő pórusméretű, vastagságú hártyák letapadást biztosító molekulákkal átitathatók; rajtuk sejtes bevonatok készíthetők, majd tetszőlegesen „hajtogathatók” : érpótlásra, biológiai hártyák helyettesítésére alkalmasak lehetnek A 3D nyomtatás és „bio-nyomtatás” óriási előrelépést hozott a váz-gyártásban

Egy szerv azonban sokféle sejtből áll Gyorsabban / lassaban megújuló (cserélődő) sejtféleségek „Élettani” és regeneratív megújulás minden szövetben zajlik; A különböző szövetek igen eltérő sejtközötti anyaggal és sejtkapcsolatokkal rendelkeznek Idegszövet Idegsejtek élettartama ~ szervezet élettartama zsírsejtek simaizom vázizom csontszövet porcszövet

Elképesztő lehetőségek ……….. A sejtípusok jól időzített egymás után felvitele egy megfelelő váz-rendszerre + a sejtek önszerveződő elrendeződése komplex mesterséges szervek kialakítására vezethet 3D nyomtatással ereket lehet a szervépítéssel egyidejűleg beépíteni egy mesterséges szervbe Kolesky et al., 2014. Adv.Materials Mikroelektronika / nanotechnológia gyors fejlődése a mesterséges szervek mechanikai/elektromos működtetését ígéri Elképesztő lehetőségek ……….. Remélhetőleg a nagy eredmények csak jó célokra használtatnak.