Viabilität und Charakterisierung von Stammzellen R.G. Turan

1. Viabilität und Charakterisierung von Stammzellen R.G. Turan Pancreatic Islet Cells Bone Marrow Nerve Cells Heart Muscle Cells

2. Was sind Stammzellen ? Wie kann man sie gewinnen ? Wie kann man sie nutzen ?

3. STAMMZELLEN… „Relatively undifferentiated cells of the same lineage that retain the ability to divide and cycle throughout postnatal life to provide cells that can become specialized and take the place of those that die or are lost.“ (NCBI MESH Definition, 1984) Relativ undifferenzierte derselben Linie, welche auch nach der Geburt die Fähigkeit behalten haben, sich zu teilen und einen Zyklus zu durchlaufen. In diesem Zyklus entstehen Zellen, welche sich spezialisieren und verlorene Zellen ersetzen können.

4. Eigenschaften von Stammzellen Können alle Zellarten formen Können sich selbst erhalten Können Gruppen von Zellarten formen

5. Von einer Zelle zum Organismus Pancreatic Islet Cells Bone Marrow Nerve Cells Heart Muscle Cells

6. Warum Stammzellen? „Um das Leben der Menschen zu verlängern“ (Individiuum/Spezies) Organregeneration Organreparatur Organersatz Klonen

7. Embryonale Stammzellen Fetale Stammzellen Neonatale Stammzellen Adulte Stammzellen

8. STAMMZELLEN • Befruchtete Eizelle (Zygote) • bildet einen kompletten funktionsfähigen Organismus • Vorkommen: nach der Befruchtung • Embryonale Stammzellen • können einen Verbund von Organsystemen bilden • Vorkommen: Blastozyten, Keimblätter • Fetale Stammzellen • können Organsysteme bilden • Vorkommen: Organanlagen • Neonatale Stammzellen • Blutbildung und weitere Fähigkeiten • Vorkommen: : Nabelschnurblut • Adulte Stammzellen • Blutbildung und weitere Fähigkeiten • Vorkommen: : KM, PB, Haut, Gehirn, Leber, ... Zellzahl Fähigkeiten

9. Embryonale Stammzellen

10. Therapeutisches Klonen

11. Embryonale Stammzellen Vorteile: Nachteile: • Können beliebige Körperzellen formen • Differenzierungsprozess ist schwer zu kontrollieren • Unsterblich als Zelllinie • Eventuelle Abstoßung durch Empfänger (nicht autolog) • Gewinnung einfach, aus überflüssigen Embryos bei der in-vitro-Befruchtung • Ethische Probleme bei Gewinnung

12. Neonatale Stammzellen

13. Neonatale Stammzellen • Leukämie • Diabetes ? • Parkinson ? • Hautersatz ? • Rheuma ? • Schlaganfall ? • Myokardinfarkt • Krebs ?

14. Neonatale Stammzellen Vorteile: Nachteile: • Nur bei der Geburt zu gewinnen • Einfach und risikolos zu gewinnen • Nur begrenzte Menge • Keine ethischen Probleme • Weniger Plastizität als embryonale Stamm-zellen • Autolog und heterolog einsetzbar • Meist frei von Viren • Frei von Tumorzellen

15. Adulte StammzellenDefinition • Adulte Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die in differenzierten Geweben erwachsener Organismen vorkommen und dort gewebespezifische Zellen und neue adulte Stammzellen bilden. • Quellen sind Knochenmark, Blut, Hornhaut und Netzhaut des Auges, Gehirn, Skelett-muskeln, Zahnmark, Leber, Haut, Darmwand und Bauchspeicheldrüse.

16. Adulte StammzellenPlastizität …Fähigkeiten von adulten Stamm-zellen, die aus einem Gewebe gewonnen wurden, Zellen eines anderen Gewebe zu bilden

17. KM-Biopsie PB Adulte StammzellenGewinnung

18. Adulte Stammzellen Vorteile: Nachteile: • Infektionsrisiko • Mehrfach zu gewinnen • Große Zellzahl • Allogene Abstoßung • Können sich begrenzt vermehren • Ethisch unbedenklich • Bessere Kontrolle als ES

19. Detektion von Stammzellen CD34 CD133 CD34+CD38- CD34+Sca1+Lin- Thy-1 Nestin SSEA-3 SSEA-4 BMPR …..

20. Detektion von StammzellenFACS

21. Migrationsassay Migration without chemokine Migration with SDF blood or bone marrow Migration with VEGF Isolation of MNCs 3x106 Cells/ml Mononucleare cells

22. Colony Forming Unit (CFU) after Incubation(14 days) blood or bone marrow CFU (granulozyten and macrophages) Isolation of MNCs 1x105 Cells/ml CFU (erythrozytes) Mononucleare cells Methylcellulose

23. Mobilisierung von Stamm- und Progenitorzellen aus dem Knochenmark

29. Mobilisation of BM-cEPCs in PB Bone marrow (BM) Myocardial regeneration Acute Myocardial Infarction (AMI) • Mobilisation nach AMI von KM ins PB • Altersabhängig • Mehrere Faktoren wie CVRF, Infarktgröße, Entzündungs-parameter (CRP, Leuk.) • Positiver Einfluss auf die Mobilisation der Stammzellen durch regelmäßige körperliche Aktivität

31. Applikationsformen bei der Zelltherapie der koronaren Herzerkrankung

32. Koronare Zelltherapie bei AMI Referenz Strauer et al. (Circ 2000) (AHA 2003)* Assmus et al. (Circ 2000) (JACC 2004)* Wollert et al. Zelltyp BMC (40 ml) vs Kontrolle BMC (50 ml) vs EPC (250 ml) vs Kontrolle BMC vs Kontrolle Pat. (n) 10 40 20 59 60 • Effekte • Hypokinetisches Areal  • Kontraktilität Infarktregion  (LVA) • Endsystol. Volumen  (LVA) • Perfusion  (TI-Szintigraphie) • Globale + regionale EF  • (LVA, MRT, Echo) • Endsystol. Volumen  • Vitalität  (PET, MRT) • Koronare Flussreserve  (i.c. Doppler) • Globale EF  (MRT) *aktualisierte Anzahl an Patienten, Scientific Sessions, AHA, 2003

33. Zelltherapie: Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie Referenz Interventionell (AHA 2004)* Perkutan-interventionell Tse et al. Fuchs et al. Perin et a. Pat. (n) Intrakoronare Injektion 20 Intramyokardiale Injektion (NOGA) 8 10 14 • Effekte • Endsystol. Volumen  (LVA) • Perfusion  (TI-Szintigraphie) • Regionale Wandbewegung und • Dickenzunahme  (LVA) • Stress-induzierte Ischämie  (MRT) • Globale EF  (LVA, Echo) • Endsystol. Volumen  Zelltyp BMC (40 ml) vs Kontrolle BMC (40 ml) BMC BMC vs Kontrolle

34. A. femoralis communis M. quadriceps femoris M. gastrocnemius Zelltherapie: Patienten mit pAVK

35. O2-Sättigung in 12 mm Tiefe Knöchel-Arm-Index 80 p=0,008 p=0,012 70 p=0,012 p=0,008 67 0,9 64 0,8 0,8 60 57 0,8 53 0,7 0,7 50 0,6 0,6 40 0,5 30 0,4 0,3 20 0,2 10 0,1 0 0 in Ruhe nach Belastung Oberschenkel Unterschenkel Venenverschlußplethysmographie Totale Gehstrecke (Laufband, 12% Steigung, 2 km/h) 8 p=0,011 p=0,005 7 6,7 450 424 6 400 350 5 5 300 p=0,008 ml/100ml Gewebe/min 4 250 Meter 200 3 2,7 150 2 122 2 100 1 50 0 0 Gehstrecke Arterielle Ruhedurchblutung Reaktive Hyperämie vor Transplantation 2,2 ± 0,4 Monate nach Transplantation vor Transplantation 2,2 ± 0,4 Monate nach Transplantation Zelltherapie: Patienten mit pAVK

36. Schwere AutoimmunerkrankungenAussicht auf Heilung durch Stammzellen • Diabetes Typ I • H. Zulewski, Ther Umschau 2002 • Multiple Sklerose • Fassas, J Neurol 2002 • Morbus Crohn • www.pr.uni-freiburg.de • Rheumatoide Arthritis • R. Verburg, Arthritis Rheum 2001 • Lupus erythematosus • N.M. Wulffrath, Arthritis Rheum 2001

37. Mögliche Einsatzgebiete der Zelltherapie Nervenzellen: • Schlaganfall, multiple Sklerose, Alzheimer, Parkinson, etc. Endothelzellen: • Arteriosklerose, ischämische Bereiche des Gehirns, Schlaganfall, etc. Kardiomyozyten: • Herzinfarkt, chronische Herzerkrankung Fibrolasten und Keratinozyten: • Wundkrankheiten, Hautverbrennungen Chondrozyten: • Osteoarthritis oder rheumatischer Arthritis

38. Time Line Stroke/Parkinson Diabetes Artificial Liver Heart Failure Liver Replacement Alzheimer Huntington Spinal Cord Injury Heart Infarct

39. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit