La donazione di cellule staminali emopoietiche

1. La donazione di cellule staminali emopoietiche Immunoematologia USL3 Pistoia

2. DEFINIZIONE Commissione di Studio sull’utilizzo di Stem Cells per finalità terapeutiche • Le cellule staminali sono cellule non specializzate in grado di dividersi dando origine contemporaneamente ad una cellula staminale (uguale alla cellula madre) e una cellula precursore di una progenie cellulare che alla fine darà origine a sua volta a cellule terminalmente differenziate(mature).

3. Caratteristiche • Sono cellule “ immature,generiche”, indifferenziate, in grado di : • Autorinnovarsi = dividersi per periodi indefiniti senza differenziarsi, generando cellule che possiedono a loro volta capacità staminale • Differenziarsi = dare origine a linee differenziative che portano alla produzione dei numerosi tipi di cellule specializzate che costituiscono i tessuti

4. Caratteristiche • Ogni cellula staminale ha perciò due possibilità: • dividersi senza limite in tutto il ciclo vitale, rimanendo cellula staminale • differenziarsi irreversibilmente

5. Le vie della cellula staminale…

6. Nell’ambito della popolazione delle cellule staminali si possono distinguere: • Cellule staminali totipotenti, cioè in grado di generare tutte le cellule e i tessuti che compongono un embrione e quello che supporta il suo sviluppo in utero • cellule staminali pluripotenti in grado di generare solo cellule appartenenti al loro strato germinativo (endoderma, mesoderma o ectoderma) • cellule unipotenti che si differenziano in una sola linea

7. I foglietti germinativi • Ectoderma:ectoderma superficiale (cute e organi di senso), neuroectoderma • Endoderma:epitelio del tratto gastro-intestinale e delle vie respiratorie,vie urinarie, tuba di Eustacchio, parenchima tonsille, tiroide, paratiroidi, timo, fegato, pancreas • Mesoderma: sangue, vasi, cuore, muscolatura liscia, milza, reni, scheletro….

8. La cellula staminale emopoietica Di particolare interesse ai fini trapiantologici sono le cellule staminali emopoietiche (CSE) • La cellula staminale emopoietica è l’elemento primitivo dell’intero sistema emopoietico • Possiede i 3 aspetti fondamentali delle cellule staminali: • capacità di replicare indefinitamente senza differenziarsi (capacità di autorinnovamento) • Non completa differenziazione • Sensibilità a stimoli in grado di differenziarla in una cellula specializzata,ossia di dare origine,in opportune condizioni,a cellule progenitrici da cui derivano linee cellulari differenziate.

9. Fattori che mediano la proliferazione e la differenziazione della CSE Il processo proliferativo/differenziativo è regolato da una serie di fattori: • Intrinseci: i più studiati sono i fattori di trascrizione, ossia proteine che regolano la trascrizione di geni importanti per la differenziazione ematopoietica • Estrinseci: comprendono fattori di crescita ed una complessa rete di interazioni cellula-cellula tra i progenitori ematopoietici ed il microambiente stromale

11. Emopoiesi • Le cellule del sangue (eritrociti, leucociti e piastrine) hanno una durata di vita limitata e devono essere rinnovate continuamente • Le tre filiere emopoietiche producono giornalmente a livello midollare 3 x 109 eritrociti/kg 0,8 x 108 leucociti/kg 1,5 x 109 piastrine/kg

13. Cellule staminali ematopoietiche Hanno la capacità di autorinnovarsi e di proliferare ad un ritmo molto intenso differenziandosi in elementi cellulari maturi del sangue circolante: leucociti, eritrociti, piastrine Dove si trovano? Nel midollo osseo (contenuto in bacino, coste, sterno, etc…), nel cordone ombelicale, in minima parte nel sangue periferico

14. Da dove vengono prelevate le CSE per il trapianto? • Le cellule staminali emopoietiche sono localizzate principalmente nelmidollo osseo • ma è possibile reperirle anche nelsangue circolante, in seguito a regimi di mobilizzazione • Esse sono presenti anche nelsangue delcordone ombelicaledel neonato al momento del parto

15. Cenni sull’utilizzo trapiantologico delle cellule staminali

16. TRAPIANTO DI MIDOLLO Per Trapianto di Midollo Osseo (TMO) si intende la sostituzione di un midollo osseo malato o non funzionante, con cellule staminali sane, in grado di rigenerare tutte le cellule del sangue e di ricostituire tutte le normali funzioni ematologiche ed immunologiche

17. TRAPIANTO DI MIDOLLO Il TMO rappresenta la terapia di elezione in molte patologie, congenite o neoplastiche.

18. Il trapianto viene distinto sulla base dell’organo di provenienza…. • Midollo osseo • Sangue periferico • Cordone ombelicale

19. ...e a seconda del donatore • Autologo: le cellule staminali prelevate al paziente vengono congelate e poi restituite al paziente dopo alte dosi di chemioterapia • Singenico: il donatore è un gemello identico • Allogenico: il midollo del paziente è ricostituito mediante reinfusione di cellule da un donatore sano compatibile (familiare o non familiare)

21. Trapianto di midollo osseo (TMO) autologo

22. TRAPIANTO AUTOLOGO Applicazioni terapeutiche: • Neoplasie ematologiche(linfomi, mieloma multiplo,leucemie mieloidi,leucemie linfatiche, sindromi mielodisplastiche) • Tumori solidi (carcinoma mammario,ovarico, microcitoma, neuroblastoma, altri tumori solidi) • Malattie autoimmuni severe, non responsive ai trattamenti con dosi convenzionali di immunosoppressori (LES, sclerosi multipla, artrite reumatoide, vasculiti sistemiche…)

23. Trapianto di midollo osseo (TMO) allogenico Prelievo di cellule staminali dal donatore compatibile e successiva introduzione per via endovenosa in un malato adeguatamente “condizionato” per riceverle

24. COSA VUOL DIRE ESSERE GENETICAMENTE COMPATIBILI ? • Ciascuno di noi possiede un patrimonio di geni, ereditati dai genitori, che, come le impronte digitali, ci caratterizza in maniera univoca. • Alcuni di questi controllano l'espressione di antigeni presenti sulla superficie di tutte le cellule del nostro corpo. Grazie a tali antigeni, caratteristici di un singolo individuo, il sistema immunitario riconosce le proprie cellule normali e reagisce contro quelle estranee o addirittura contro le proprie, se modificate. • Nell'uomo il gruppo di geni che controlla il "riconoscimento" dei vari tessuti dell' organismo è definito Sistema HLA

25. IL SISTEMA HLA • HLA: Human Leucocyte Antigen è composto da una serie di geni localizzati sul braccio corto del cromosoma 6 • MHC: Major Histocompatibility complex comprende geni, inclusi l’HLA, che sono essenziali per una corretta risposta immune. • I loci HLA hanno un estremo polimorfismo e ciò fa si che solo pochi individui al di fuori della famiglia siano identici per questo sistema. • La metodiche utilizzate per evidenziare gli antigeni HLA si chiamano “ Tipizzazione Tissutale” poichè questi antigeni si trovano su tutte le cellule del nostro corpo.

26. Dai geni alle molecole HLA • Sul braccio corto del cromosoma 6 si trovano i loci A, B e C ( locus indica la posizione di un gene sul cromosoma) che codificano le molecole HLA di I Classe ed i loci DR,DQ e DP che codificano le molecole HLA di II classe. • Tutti i geni HLA sono codominanti e vengono ereditati secondo le leggi di Mendel. • Per ogni locus possono esistere alternativamente molti diversi alleli. • Poiché ogni allele codifica una diversa molecola per il locus A, per il B, per il C, per il DR e per il DQ, ciascun individuo possiede due alleli per ciascun locus e di conseguenza due molecole HLA per ogni locus, una di origine paterna ed una di origine materna.

27. Gli antigeni HLA vengono ereditati secondo le leggi di Mendel PADRE MADRE FIGLI

28. Dai geni alle molecole HLA • Dato che per ogni locus esistono molti alleli diversi, le combinazioni possibili sono moltissime • Per questa ragione la probabilità che due persone non consanguinee siano HLA compatibili è estremamente bassa 1:100.000 • Tra fratelli invece la probabilità teorica di trovare un donatore compatibile è del 25% • Per i pazienti che non dispongono di un familiare HLA “compatibile” è necessario reperire una sorgente alternativa di progenitori emopoietici per poter beneficiare di un trattamento trapiantologico potenzialmente curativo

29. DONAZIONE DI CSE Data l’enorme variabilità tra un individuo e l’altro, perché chi ha necessità del trapianto riesca a trovare un donatore compatibile è necessario un gran numero di donatori di midollo tipizzati per l’HLA o di unità di sangue funicolare disponibili.

30. Da dove vengono prelevate le CSE per il trapianto? • dal midollo osseo • dalsangue periferico circolantemediante staminoaferesi • dalfunicolo al momento del parto

31. Le CSE raccolte e purificate vengono congelate e conservate in azoto liquido a –196° mantenendo stabile la loro capacità emopoietica per oltre 10 anni. • Dose trapiantologica: 5 x 108 /Kg di peso corporeo del ricevente

32. Come avviene il prelievo dal donatore ? Le cellule staminali da donatore non consanguineo vengono prelevate dal midollo osseo mediante ripetute punture delle creste iliache (ossa del bacino) in quantità pari a 15ml/Kg di peso del ricevente. Trattandosi di punture ossee, è necessario che il prelievo venga eseguito in anestesia, altrimenti risulta doloroso.  

33. Sangue periferico • Dopo stimolazione con fattori di crescita è possibile ritrovare un numero elevato di cellule staminali emopoietiche anche nel sangue periferico • Queste cellule staminali possono essere raccolte mediante separatore cellulare e congelate fino al loro utilizzo

34. Sangue placentare • Il sangue placentare (SP) contiene un buon numero di cellule staminali emopoietiche in grado di determinare la ricostituzione emopoietica dopo trattamento radio-chemioterapico ad alte dosi.

35. Vantaggi del sangue placentare • il SP è considerato materiale “a perdere”: eliminazione di tutte le problematiche relative al prelievo d’organo • risorsa illimitata di cellule staminali emopoietiche • il donatore non deve essere sottoposto ad anestesia • le unità conservate permettono una più rapida disponibilità di CSE • possibilità di trovare un donatore per pazienti appartenenti a minoranze etniche pocorappresentate nei registri di donatori volontari • la relativa immaturità immunologica delle cellule linfocitarie in esso contenute riduce il rischio di GVHD e consente il trapianto anche in presenza di compatibilità HLA non completa • Minor rischio di trasmissione malattie infettive

36. Svantaggi del sangue placentare • n° limitato di cellule staminali, sufficienti per trapiantare pazienti con peso corporeo inferiore a 45-50 kg • Minore immunocompetenza  minor rischio di GvHD ma anche di Graft versus Leukemia • Tempi di ricostituzione emopoietica più lunghi (dato l’alto numero di elementi più immaturi) • Maggior rischio di infezioni

37. Indicazioni al trapianto di CSE • Malattie neoplastiche • Malattie da immunodeficienza o da errori congeniti

38. Malattie neoplastiche • Leucemia acuta mieloide e linfoide • Leucemia mieloide cronica • Sindromi mielodisplastiche (leucemia refrattaria con eccesso di blasti; leucemia refrattaria con eccesso di blasti in trasformazione, leucemia acuta mieloide secondaria) • Disordini linfoproliferativi (leucemia linfatica cronica, linfomi non Hodgkin, linfomi di Hodgkin, mieloma multiplo).

39. Malattie da immunodeficienza o da errori congeniti • Sindrome da immunodeficienza severa (SCID = Severe lmmunodeficiency Disease) • Aplasia midollare severa • Talassemia • Anemia emolitica falciforme • Anemia di Fanconi e anemia di Blackfan Diamond

40. Come avviene il trapianto ? Il TMO allogenico consiste principalmente in due fasi: • la prima mirata alla distruzione delle cellule midollari del paziente con una chemio - radioterapia mieloablativa(fase di condizionamento)  • la seconda fase consiste nellaricostituzione delpatrimonio midollare del paziente, tramite l’infusione ev delle cellule staminali prelevate dal donatore. Queste cellule riescono, infatti, a trovare da sole la strada per colonizzare la sede ossea di loro competenza e iniziare a produrre i normali elementi cellulari del sangue.

41. DONATORE B B B B FONTI DI CELLULE STAMINALI (HSC): -MIDOLLO OSSEO (BM) -SANGUE PERIFERICO (PBPC) -CORDONE OMBELICALE (CB) A B B A B A B A B A B A TRAPIANTO ALLOGENICO CONDIZIONAMENTO A DOSI MIELOABLATIVE ed IMMUNOSOPPRESSIVE SCOPI: -ERADICAZIONE MALATTIA DI BASE -PREVENZIONE RIGETTO (HvG REACTION) CHIMERISMO COMPLETO ATTECCHIMENTO STABILE DELLE CELLULE STAMINALI ALLOGENICHE RICEVENTE AGENTI IMMUNOSOPPRESSIVI: PREVENZIONE E CONTROLLO GvHD (GRAFT VERSUS HOST DISEASE)

42. Durante il periodo di ricostituzione del “nuovo” midollo il paziente viene ricoverato in una camera sterile In tutta la fase di aplasia e ipoplasia midollare il paziente deve essere supportato con trasfusioni di emazie e piastrine