Buněčné terapie
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie – 27.4.2015
prof. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc.
Ústav experimentální biologie
Přírodovědecká fakulta MU
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
2
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
3
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 / 10 / 27.4.2015
4
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 / 10 / 27.4.2015
5
• genové terapie
• imunoterapie nádorů
• příprava orgánových, tkáňových a buněčných
derivátů in vitro
• využití adultních a embryonálních SCs
Program přednášky:
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
6
GENOVÉ TERAPIE
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
7
Metody:
• náhrada exprese patologického genu
• oprava defektního genu in situ
• náhrada patologické alely standardní alelou
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 / 10 / 27.4.2015
8
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
9
IMUNOTERAPIE NÁDORŮ
A PROTINÁDOROVÉ VAKCÍNY
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
10
Využití monoklonálních protilátek
např. Herceptin (trastuzumab)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
11
Protinádorové vakcíny
• klinické testy pro karcinomy prostaty, prsu,
vaječníků a kolorektální karcinomy
a) nádorové buňky pacienta + dendritické buňky →
vakcína rozpoznává a likviduje specificky buňky
nádoru
b) nádorové buňky pacienta pozměněny in vitro →
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 / 10 / 27.4.2015
12
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
13
1. rozsev karcinomu vaječníků v
břišní dutině
2. odběr nádorové tkáně,
kultivace in vitro
3. inzerce genu pro GM-CSF
pomocí virového vektoru
4. inaktivace nádorových buněk
ozářením
5. reimplantace pozměněných
nádorových buněk → aktivace
imunitního systému vůči
buňkám nádoru
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
14
PŘÍPRAVA ORGÁNOVÝCH,
TKÁŇOVÝCH A BUNĚČNÝCH
DERIVÁTŮ IN VITRO
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
15
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 / 10 / 27.4.2015
16
Praktické využití "cell-based" 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 / 10 / 27.4.2015
17
cell-based strategie - léčba aterosklerózy
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
18Oprava poraněné rohovky:
• odběr buněk z oblasti limbu → kultivace na feederlayer
(myší fibroblasty) → kultivace na gelu →
transplantace
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
19
Praktické využití "scaffold-guided" strategie:
• komerčně dostupné:
kůže, chrupavka
• ve stádiu výzkumu:
chrupavka, kost, játra, cévy
oprava poraněné míchy
močový měchýř, ledvina
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
20
scaffold-guided strategie - obecné schéma
(autologní provedení)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
21
Příprava umělé kůže
(artificial skin):
• autologní, allogení
• keratinocyty z 1 cm2
→ až 1000 cm2 kůže
během 2 týdnů
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
22
80letá žena
autologní
graft
po 12 měs.
68letý muž
allogenní
graft a
kultivovaná
epidermis
po 6 měs.
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
23
scaffold-guided strategie – poranění míchy
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
24Oprava poškozené chrupavky v kolenním kloubu:
• odběr malého objemu chrupavky z kloubu →
rozvolnění chondrocytů → smíchání s kolagenovým
gelem → vytvarování → kultivace → transplantace
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
25
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 / 10 / 27.4.2015
26
scaffold-guided strategie – "umělá" ledvina
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
27Vytvoření funkční transplantovatelné ledviny:
• odstranění buněk z původní kadaverozní ledviny
(decelularizace) → osazení epiteliálními a
endoteliálními buňkami → kultivace v bioreaktoru →
transplantace pokusným zvířatům → funkční ledvina
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
28
Příklady nosičů (scaffolds) biologického původu
kolagenová matrixstřevní submukózní tkáň
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
29
Rekonstruovaná močová trubice
s využitím kolagenové matrix
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
30
Praktické využití
"bioactive molecule-guided" strategie:
• růstové faktory:
PDGF, BMP-2 (bone morphogenetic protein)
• chrupavka, kost
• hluboká poranění tkání
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
31
Léčba hlubokých
poranění
(kombinace všech
3 strategií)
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
32
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
33
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
34
VYUŽITÍ ADULTNÍCH
A EMBRYONÁLNÍCH
KMENOVÝCH BUNĚK
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
35
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
36
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 / 10 / 27.4.2015
37
SCs z pupečníkové krve (umbilical cord blood)
• možná alternativa k transplantaci kostní dřeně
• menší riziko komplikací při transplantaci od
nepříbuzných dárců - tzv. GVHD (graft-versushost
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 / 10 / 27.4.2015
38
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 / 10 / 27.4.2015
39
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
40
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
41
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
42
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
43
První klinická studie s využitím lidských ESCs
• leden 2009 – schváleno FDA
• využití hESCs pro léčbu poškození míchy
• Geron Corporation
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
44
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 / 10 / 27.4.2015
45
Výsledky preklinických testů na krysách
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
46
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
47
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
48
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
49
Druhá klinická studie s využitím lidských ESCs
• listopad 2010 – schváleno FDA
• využití hESCs pro léčbu poškození Stargardtovy
makulární dystrofie
(nejčastější forma makulární degenerace u dětí,
neléčitelná, příznaky: 8-10 let, slepota: 30 let)
• ATC (Advanced Cell Technologies)
• retinal pigment epithelium (RPE) cells
http://www.advancedcell.com/
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
50
STEM CELLS 2009;27:2126–2135
www.StemCells.com
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
51
Advanced Cell Technologies:
2 klinické studie s využitím lidských ESCs
• Sub-retinal Transplantation of hESC Derived
RPE(MA09-hRPE)Cells in Patients With
Stargardt's Macular Dystrophy
• Safety and Tolerability of Sub-retinal
Transplantation of hESC Derived RPE (MA09hRPE)
Cells in Patients With Advanced Dry Age
Related Macular Degeneration (Dry AMD)
• 4 kohorty, v každé 3 pacienti - rozdílné počty
transplantovaných buněk (50 – 200 tisíc)
• zahájení: duben 2011, ukončení: 2013
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
52
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
53
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
54
Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie / 10 / 27.4.2015
55