Stamceller og blodcelledannelse Haakon Breien Benestad Avd. Fysiologi, IMB, UiO h.b.benestad@medisin.uio.no Dagens første tema Blodcelledannelse fra stamceller Noen reguleringsmekanismer for blodcelledannelsen Stamceller, progenitorceller og transittceller Stamcelleassays Å lage stamceller Stamcellers anvendelse Dannelse av røde blodceller og dens regulering Nøytrofile granulocytter: Dannelse og kinetikk Blodcellers livslengde 1
Para-/auto-/endo-crine signals Inflamm. mediators Growth factors Histamine Cytokines PAF Prostaglandins Leukotrienes Kinins Complement factors etc. Lymphokines Monokines Others?: IGFs NGF etc. Interleukines Colony stimulating factors Interferons Tumour necrosis factors Chemokines Cytokiner er (glyko)proteiner med virkning på: celleproduksjon celleoverlevelse cellefunksjon - innen hematopoiese, betennelse og/eller immunreaksjoner 2
Stamceller og transittceller Totipotente stamceller (eks.: befruktet eggcelle) Pluripotente stamceller (eks.: embryonal stamcelle, fra indre cellemasse i blastocyst)? dedifferensiering Multipotente stamceller (eks.: hematopoietiske stamceller i beinmarg, blod, navlestrengsblod, etc.) Transittceller: Unipotente stamceller (eks.: spermatogonier)? v/ noen leukemier Differensierte celler: Progenitorceller (eks.: kolonidannende beinmargsceller: GM-CFC, G-CFC) Umodne prekursorceller (eks.: erytroblaster; myelocytter) Modne endeceller, med begrenset livslengde (eks.: erytrocytter; granulocytter) Stamcellepoenger Stamcelledefinisjon: selvfornyelse. Karakteristika: Finnes i beinmarg (1 blant 10 5-10 6?), blod; evt. milt og lever. Pregløs morfologi. Betydning: Biologisk: utvikling og opprettholdelse av organer og vev (vevshomeostase) Terapeutisk: 1. Cellegiftbehandling med stamcellestøtte (gjerne stamceller isolert fra blod etter behandling med f. eks. G-CSF). 2. Behandling av arvelige sykdommer? 3. Reparasjon av ødelagt vev (hjerteinfarkt; hjerneslag; Parkinsons sykdom; Alzheimer; muskeldystrofier; tverrsnittslesjoner av ryggmargen)? Dedifferensiering eller transdifferensiering? 4. Å lage stamceller: Somatic cell nuclear transfer (SCNT) og induced pluripotent stem (ips) cells. 3
Hvordan kvantifiserer man stamcellene, som er få og morfologisk pregløse? 1. Klassisk, museceller: miltkoloniteknikken 2. Klassisk, progenitor- og stamcelle?-dyrkning, kolonidannelse i gelatinøst medium 3. Celleseparering ved væskestrømscytometri («flow cytometry»), transfusjon til immundefekte mus og så studere dannelsen i musene av humane leukocytter Stamcelleassayet: miltkoloni-metoden: kloner ( knuter, cellekolonier) dannet i bestrålt musemilt, fra injiserte stamceller etter vel en uke 4
Beinmargscellekoloni: celleklon som kan være dannet av en progenitorcelle etter 1 uke (mus) eller 2 uker (menneske) Fargete benmargceller etter dyrkning i metylcellulose, med kolonidannelse 5
Shinya Yamanaka & Helen M. Blau, NATURE, Vol 465,10 June 2010 6
Bruk av ipsc Nature 481: 295 305 (19 January 2012) Hallett PJ. et al. 2015, Cell Stem Cell 16: 269 7
Sept. 2010: transgen-terapi av middelhavsanemi Erytrocytt-dannelsen NB! Retikulocytter er ikke nettverksceller i May-Grünwald/Giemsafargede utstryk 8
Retikulocytter Erytropoiesereguleringen 9
[Hb] po 2 Betennelsescytokiner (TNF-α, IL-1) Hb s O 2 -affinitet EPO Nyresykdom med svikt Androgener NB! Andre stimuli enn i perifere kjemoreseptorer Utvikling og reparasjon av anemi. NB tids-forløpene og -forskyvningene. 10
Dannelsen av nøytrofile granulocytter (PMN) PMNs livsløp 11
PMN-kinetikk PMN i BM-lager [Transitt ca. 7 d.] Blod: Fri sirkula- Sjon [t 1/2 ~7 t.; ~ 50%] Randstilling (marginering) [~ 50%] Alt. 1: Betennelse Noen praktiske poenger: Adrenalin (angst): Fysiologisk leukocytose Stråler og cytotoksika som dreper celler i syklus og lymfoide celler: PMN først etter flere dager Svær betennelse kan ha granulopeni i deler av forløpet Alt. 2: Apoptose; M fagocytose i lever, milt, beinmarg Blodcellers levealder 12
Takk for oppmerksomheten! 13