​

La medicina rigenerativa:

le cellule staminali

e le loro applicazioni

Meyer U. (2009) The History of Tissue Engineering and Regenerative Medicine in Perspective. Meyer U. Fundamentals of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-77755-7_1

Michela Pozzobon

2

University of Padova- Institute of Pediatric Research Città della Speranza

Oncohematology

Metabolic disease

Solid tumors

Nanomedicine

Rare diseases

Born in 2012

Il mito di Prometeo

…. A.C.

Le cellule replicano

Guarigione del Diacono Giustiniano

1443 Beato Angelico

E’ stato usata una «nuova»

gamba. Un nuovo supporto

Mary Shelley, 1818.

Frankenstein

Nuove cellule e

nuovi supporti

6

Medicina rigenerativa

7

Medicina rigenerativa

STAM= ancestor

ZELLE= cell

Ernst Haeckel- 1868-

Organismo unicellulare da cui hanno avuto origine tutti gli organismi

9

Cellule: la cellula staminale

Divisione simmetrica

Cellule: la cellula staminale

1. Autorinnovamento
2. Differenziazione

Progenitor cell

Stem cell

Stem cell

Divisione Asimmetrica

Cellule: la cellula staminale

Pluripotente

Multi-

potente

Fully mature

13

Medicina rigenerativa

14

Medicina rigenerativa

15

Un'impalcatura biodegradabile funge da ambiente temporaneo in cui le cellule impiantate si dividono, si differenziano e crescono nel tipo specifico di cellula tissutale richiesta (pelle)

Il supporto

Le cellule hanno bisogno di un'impalcatura/supporto

per la rigenerazione dei tessuti

​

Impalcatura: fornisce alle cellule la struttura su cui hanno bisogno per crescere; senza di essa, le cellule fluttuano liberamente, non possono connettersi tra loro, comunicare o formare tessuto.

​

L'impalcatura è biocompatibile e biodegradabile

16

Il supporto

Materiale sintetico

• PLA - acido polilattico (un poliestere che si degrada nel corpo umano formando acido lattico)
• PGA - acido poliglicolico
• PCL - policaprolattone
• Polisaccaridi sintetici (acido ialuronico).

​

Materiale naturale

• Collagene
• Fibrina
• Polysaccharidic materials (chitosan or glycosaminoglycans - hyaluronic acid).
• Matrice extracellulare

​

​

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Il supporto

Materiale sintetico

• PLA - acido polilattico (un poliestere che si degrada nel corpo umano formando acido lattico)
• PGA - acido poliglicolico
• PCL - policaprolattone
• Polisaccaridi sintetici (acido ialuronico).

​

Materiale naturale

• Collagene
• Fibrina
• Polysaccharidic materials (chitosan or glycosaminoglycans - hyaluronic acid).
• Matrice extracellulare

​

​

​

Cellule staminali (autologhi o allogenici)

Naturali, sintetici

Coltivazione estemporanea o in condizioni di flusso statico, agitato o dinamico

Medicina Rigenerativa

3R:

Repair

Replace

Renew

​

Paziente

Ricerca sulle cellule staminali

Fondazione Istituto di Ricerca Pediatrica Città della Speranza

NON SIGNIFICA AVERE UN CORPO PERFETTO

Che cos’è la medicina rigenerativa

NON SIGNIFICA CREARE CONTRO NATURA

Che cos’è la medicina rigenerativa

NON SIGNIFICA VIVERE TROPPO A LUNGO

Fondazione Istituto di Ricerca Pediatrica Città della Speranza

Che cos’è la ricerca sulle cellule staminali

• Capire i meccanismi che portano allo sviluppo di un individuo, all’invecchiamento alle patologie: modelli sperimentali animali

• Prevenire o curare malattie o disfunzioni: terapia cellulare e sviluppo di nuovi farmaci .

25

Medicina rigenerativa

Applicazioni

27

Il cuore in provetta per test farmacologici

Modelli per studiare i tessuti malati

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Epidemiolisi bullosa

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L'epidermolisi bollosa giunzionale (JEB) è una malattia genetica grave e spesso letale causata da mutazioni nei geni che codificano per la laminina-332, un componente della membrana basale. I pazienti sopravvissuti alla JEB sviluppano ferite croniche a pelle e mucose, che compromettono la loro qualità di vita e portano al cancro della pelle.

2017

Epidemiolisi bullosa

31

Colture autologhe di cheratinociti transgenici hanno rigenerato un'epidermide completa e pienamente funzionale su un bambino di 7 anni affetto da una forma di JEB potenzialmente letale.

2017

Epidemiolisi bullosa

2017

Enterocolite necrotizzante

• Emergenza chirurgica molto comune
• Mortalità: 20 - 40%

Necrotizing Enterocolitis (NEC)

Enterocolite necrotizzante: NEC

Intestinal macroscopic assessment

Cellule staminali del liquido amniotico

Fondazione Istituto di Ricerca Pediatrica Città della Speranza

Enterocolite necrotizzante: NEC

Utilizzate a scopo diagnostico

Intestinal macroscopic assessment

Fondazione Istituto di Ricerca Pediatrica Città della Speranza

Enterocolite necrotizzante: NEC

2014

Malformazioni congenite: trachea

Decellularizzazione: lavare un tessuto donatore dalle cellule per ottenere solo impalcatura

3m

3a

?

patch

stent

bleed

bleed

stents

La storia di Ciaran

Fondazione Istituto di Ricerca Pediatrica Città della Speranza

Cellule mesenchimali prelevate dal midollo, condrociti e cellule epiteliali del paziente sono state seminate sulla trachea decellularizzata del donatore insieme a fattori di crescita.

Decellularizzazione: lavare un tessuto donatore dalle cellule per ottenere solo impalcatura

Claudia Castillo

Ciaran

2012

Stampanti 3D per la medicina rigenerativa

Morgan Stanley Children's Hospital of New York-Presbyterian . October 2014

Dalle cellule alle nanoparticelle

Le cellule comunicano costantemente tra loro

Gradiente di fattori

solubili

Nanoparticella

“quantum”

Segnali paracrini

Gli esosomi possono essere prodotti in coltura e isolati

Gli esosomi come farmaci biologici�

• Alcune attività degli esosomi naturali
• attività anti-infiammatoria
• stimolo della rigenerazione dei tessuti
• stimolo alla formazione di nuovi vasi sanguigni

Gli esosomi come vettori di farmaci

• Capsule “intelligenti” per concentrare il farmaco dove è necessario, riducendo gli effetti tossici sugli altri tessuti

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Esosomi da cellule staminali mesenchimali per la cura della colite sperimentale

Mucosa intestinale normale

Mucosa infiammata (colite)

Colite trattata con esosomi

Gli esosomi come farmaci biologici�

• Alcune attività degli esosomi naturali
• attività anti-infiammatoria
• stimolo della rigenerazione dei tessuti
• stimolo alla formazione di nuovi vasi sanguigni

Gli esosomi come vettori di farmaci

• Capsule “intelligenti” per concentrare il farmaco dove è necessario, riducendo gli effetti tossici sugli altri tessuti

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Gli esosomi possono essere caricati con farmaci antitumorali che, dopo essere entrati nella cellula cancerosa, la uccideranno

Gli esosomi possono essere caricati con farmaci antitumorali che, dopo essere entrati nella cellula cancerosa, la uccideranno

Cellule in coltura senza farmaco

PBS

Coltura con Doxorubicina

1uM

Coltura con esosomi contenenti Doxorubicina

0,01uM

Effetti di un farmaco antitumorale (doxorubicina)

su cellule di cancro dell’osso (osteosarcoma)

Conclusioni

Sostituto tridimensionale

di un tessuto danneggiato

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Grazie per l’attenzione!