UNIVERSITA’ DI PISA

Dipartimento di FarmaciaCorso di laurea CTF

Corso: Basi Biochimiche dell’Azione dei Farmaci

LE CELLULE STAMINALI EMATOPOIETICHE PER IL TRATTAMENTO DELLA AML

Silvia MastrosimonePisa, 10/11/14

La Leucemia è un tipo di cancro dellecellule bianche del sangue.

Il midollo osseo produce anormalicellule che attaccano le altre cellule delsangue impedendo loro di svolgere lenormali funzioni. Nella leucemiamieloide acuta (AML) vengono prodottitroppi mieloblasti.

NIH: National Cancer Institute

Il trattamento comprende chemioterapia, altri farmaci, radio terapia,trapianto di cellule staminali ed una terapia mirata.

Quando la Leucemia è in remissione il paziente necessita di altritrattamenti addizionali per evitare che si manifesti nuovamente.

NIH: National Cancer Institutehttp://www.nlm.nih.gov/medlineplus/acutemyeloidleukemia.html

Tutte le cellule staminali, indipendentemente dalla loro origine, hannotre proprietà generali:

•sono in grado di dividersi e di rinnovarsi per lunghi periodi•non sono specializzate•possono dare origine a tipi di cellule specializzate,differenziandosi

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Il midollo osseo contiene almeno due tipi di cellule staminali; una popolazione chiamatacellule staminali ematopoietiche (HSCs) ed un’altra chiamata cellule staminalimesenchimatiche.

Figure 5.1. Hematopoietic and Stromal Stem Cell

Differentiation. (© 2001 Terese Winslow, Lydia Kibiuk)

Le HSCs sono in grado di auto-rinnovarsie possono dare origine a tutte le celluledel sangue.

Sono state individuate due tipi di HSCs,long-term HSC capace di auto-rinnovarsie short-term che possono differenziarsinei vari tipi di cellule del sangue, ma che,in normali circostanze non sono capaci dirinnovarsi.

Stem cell biology, Marshak, D.R., Gardner, R.L., and Gottlieb, D. eds. (Cold Spring Harbor, New York: Cold SpringHarbor Laboratory Press).

Visto il problema di identità delle HSCs, i ricercatori hanno deciso di utilizzaremarcatori presenti sulla superficie delle cellule.

Qui elencati vi sono i marcatori disuperficie cellulare trovati nel topo enell’uomo.

Le cellule maggiormente utilizzate sonquelle con i marcatori CD34+, Thy-1+

Mouse Human

CD34low/- CD34+

SCA-1+ CD59+*

Thy1+/low Thy1+

CD38+ CD38low/-

C-kit+ C-kit-/low

lin-* lin-**

* Only one of a family of CD59 markers has thus far been evaluated.** Lin- cells lack 13 to 14 different mature blood-lineage markers.

Spangrude, G.J., Heimfeld, S., and Weissman, I.L. (1988). Purification and characterization of mouse hematopoietic stem cells. Science.

241, 58–62.

Baum, C.M., Weissman, I.L., Tsukamoto, A.S., Buckle, A.M., and Peault, B. (1992). Isolation of a candidate human hematopoietic

stem-cell population. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 89, 2804–2808.

Il trapianto di HSCs è una procedura che permette di ripristinare il sistemaimmunitario del paziente, che è stato distrutto dopo il trattamentochemioterapico.

Esistono due tipi di trapianto : Autologo il donatore e il ricevente sono lastessa persona) ed Allogenico (il donatore è una persona che presenta conil paziente un’alta compatibilità del gene del complesso maggiore diistocompatibilità , gene HLA).

1) Midollo Osseo

http://stemcells.nih.gov/info/scireport/pages/chapter5.aspx#Negrin http://www.cancer.gov/PublishedContent/MediaLinks/845670.html

3) Liquido amniotico

2) Sangue del cordone ombelicale

4) Sangue periferico

È stato osservato che è possibile mobilitare le cellule staminaliematopoietiche dal midollo osseo nel sangue periferico.

Alcune chemochine e citochine, infatti, hanno questa capacità.Le uniche citochine approvate dalla FDA per la mobilitazione delle HSCs ela successiva raccolta per aferesi, sono il fattore stimolante delle coloniegranulocitarie G-CSF e il fattore GM-CSF.

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Vi sono interazioni adesive tra le HSCs e i componenti della matrice del BM.

Una HSC esprime una serie di molecole di adesione cellulare (CAM) tra cui CXCR4(chemokine receptor-4), VLA-4 (very late antigen-4), mentre lo stroma del BM esprime iligandi associati quali SDF-1 (stromal cellderived factor-1), VCAM-1 (vascular celladhesion molecule-1).

La mobilitazione delle HSCs deriva da modifiche funzionali nel profilo di adesione delleHSCs in con i componenti della matrice del midollo osseo.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jcb.21043/full

G-CSF induce il rilascio di una serie diproteasi, tra cui NE (neutrophil elastase),che vanno a tagliare diverse interazionitra le molecole di adesione, come adesempio tra CXCR4 e SDF-1.

Il trattamento con G-CSF inibisce, alivello dell’mRNA, l’espressione di SDF-1.Riducendone la quantità si aumenta laquota di HSCs non legate tramite ilrecettore CXCR4.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jcb.21043/full

L’asse CXCR4/SDF-1 gioca un ruolo importante nella mobilitazione delleHSCs. L’interazione tra SDF-1 (stromal cell derived factor-1), una citochinaprodotta nel BM, e il suo recettore CXCR4, genera dei segnali che regolanoil traffico di HSCs nel midollo osseo.

Aumentando i livelli di SDF-1 nel sangue periferico, con un’iniezione diCXCL12, si ha un aumento della concentrazione di HSCs nel sangue conconseguente riduzione nel midollo osseo

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Filgrastim: La somministrazione di una singola dose di 30-300 mg/kg

determina una significativa mobilizzazione delle cellule CD34+ in donatorisani che si verifica circa dopo 4-5 giorni.L’analogo Pegfilgrastim è stato approvato dalla FDA per evitare laprolungata neutropenia causata dalla chemioterapia. Sono ancora incorso studi per verificare la validità di questo farmaco.

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AMD3100: Può mobilitare HSCS nel

sangue. È una molecola biciclica ed è unantagonista del CXCR4. È in grado di inibireil legame tra SDF-1 e CXCR4 permettendoalla HSC di non restare legata nella matricedel midollo osseo e di venire liberata.

Può essere usato in modo sinergico con ilfattore G-CSF.

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Per sfruttare il potenziale delle cellule staminali ematopoietiche sarà,importante, trovare dei modi per espandere il numero di HSCs umanetrapiantabili in vitro o in vivo, migliorando la raccolta per i pazienti sottoposti atrapianto autologo e allogenico.

Progressi nelle tecniche di terapia genica e nella comprensione della plasticitàdelle cellulare potrebbero rendere le HSCs uno degli strumenti più potenti perla sanità.

NIH: National Cancer Institute

http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/acutemyeloidleukemia.html

http://stemcells.nih.gov/info/basics/Pages/Default.aspx

Marshak, D.R., Gottlieb, D., Kiger, A.A., Fuller, M.T., Kunath, T., Hogan, B., Gardner, R.L., Smith, A.,Klar, A.J.S., Henrique, D., D'Urso, G., Datta, S., Holliday, R., Astle, C.M., Chen, J., Harrison, D.E., Xie,T., Spradling, A., Andrews, P.W., Przyborski, S.A., Thomson, J.A., Kunath, T., Strumpf, D., Rossant, J.,Tanaka, S., Orkin, S.H., Melchers, F., Rolink, A., Keller, G., Pittenger, M.F., Marshak, D.R., Flake, A.W.,Panicker, M.M., Rao, M., Watt, F.M., Grompe, M., Finegold, M.J., Kritzik, M.R., Sarvetnick, N., andWinton, D.J. (2001). Stem cell biology, Marshak, D.R., Gardner, R.L., and Gottlieb, D. eds. (ColdSpring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press).

Spangrude, G.J., Heimfeld, S., and Weissman, I.L. (1988). Purification and characterization of mousehematopoietic stem cells. Science. 241, 58–62.

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