MEDIZINISCHE EMBRYOLOGIE I 20192020 WINTERSEMESTER Universale und Sichere

MEDIZINISCHE EMBRYOLOGIE I 2019/2020 WINTERSEMESTER Universale und Sichere Zellen

• i. PS cells (induced pluripotent stem cells) • universal cells • safe cells

Stammzellen

Stammzellen 1. • Stammzellen sind solche somatischen Zellen des Körpers, die ständig verlorengegangenen Zellen mit neuen, differenzierten Zellen kontinuierlich ersetzen können (nach dem Geburt; bis zum Tod des Individuums). • Die Stammzellen sind fähig, sich selbst (in nichtdifferenzierten Zustande) zu aufrechterhalten und gleichzeitig neue, differenzierte Zellen zu bilden. • In dem Adultkörper vorkommende Stammzellen werden als Gewebsstammzellen genannt. • Ihre englische Name: stem cell (SC)

Stammzellen 2. • Stammzelle: selbsterhaltende Zelle, d. h. während ihren Mitosen entstehen nicht nur solche Tochterzellen, die in bestimmte Richtung differenzieren können, sondern solche auch, die vererben die Eigenschaften der Mutterzelle (d. h. sie sind nicht differenzierte und nicht differenzierende Zellen) • Deswegen nennt man die Mitosen der Stammzellen als asymmetrische Mitose; es entstehen hier Tochterzellen mit unterschiedlichen Entwicklungspotential (morphologisch: keine Unterschiede zwischen diesen Tochterzellen).

Stammzellen 3. • Stammzellen finden wir im Embryo aber auch im Adut. Die vordere, die aus der Blaszótozyste isolierbar sind, sind die embryonale Stammzellen (Pluripotent). Im Adultkörper nennt man sie als Gewebsstamzzellen. • Gewebsstammzellen kommen z. B. in den Epithelien wie im Darmepithel (intestinal stem cells), im Epidermis (interfollicular epidermal stem cells); a ber aich in dem Knochenmark (hemopoetic stem cells); in den Bindegeweben (mesenchymal stem cells; hier geht es wahrschienlich um den noch überlebenden Mesenchymzellen); in der quergestreiften Muskulatur (Satellitenzellen), in bestimmten Bezirken des ZNS (neural stem cells).

Stammzell-Kompartiment langsame Mitosen (z. B. die HSC teilt sich in der Muse jede 5 -21 Woche einmal!) Amplifizierendes Kompartiment schnelle, intensive Mitosen, teilweise Differenzierung differenzierendes Kompartiment: zelluläre Differenzierung

Mögliche Mitosentypen der Stammzellen: asymmetrische Mitose (a) symmetrische Mitose (b; oben): Stammzelle bleibt erhalten, oder (b; unten) wird aufgebracht.

Die verschieden Stammzellen können totipotent sein, wie die frühe Blastomeren (bis 4 -zelliger Morula) pluripotent sein, wie die Embryonale Stammzellen (ESC) adulte Stammzellen uni-/bipotente sein, wie intestinale, epidermale, neurale SZ multipotente sein, wie Hämopoetische Stammzelle Erythrozyt Thrombozyt Leukozyten

Totipotent versus Pluripotent • Totipotent: eine Stammzelle kann in allen embryonalen (bzw. adulte) Zelltypen als auch allen extraembryonalen Zelltypen (wie Trophoblast!) diffverenzieren • Pluripotent: eine Stammzelle kann in allen embryonalen (bzw, adulten), aber Zelltypen differenzieren. keinen eytraembryonalen

Abstammung der reifen Blutzellen aus der HSZ Diese Zelltypen kann man mit Lichtmikroskopie oder Elektronenmikroskopie gar nicht voneinander unterscheiden (nur mit hilfe von Immunohistochemie /Immunofluoreszenz; FACS) Diese. Zelltypen sind lichtmikroskopisch zu unterscheiden

Az intesztinális (bélhám-) őssejtek (ISC) genetikai jelölése (ISC: kék színű), és a jelölt HSC-k utódai 60 nap (60 d) múlva; egy bélboholy mentén. Az őssejtek Lgr 5+-ak, azaz kék színűek.

Stammzellen in der Leber

Gewinn von PLURIPOTENTEN EMBRYONALEN STAMMZELLEN (ESC) IZM Trophoblasten Embryo abgeflacht, IZM wird freigesetzt Blastozyste Feeder cells (mitotisch gehemmte Fibroblasten) Trypsinbehandlung IZM Knoten Trypsinbehandlung ES Zelllinie ESZ-Kolonie

Forrás Gócza Elen

i. PS • induzierte pluripotente Stammzellen • 2006: Yamanaka Lab in Kyoto • 2012 wurde ihm für die Entdeckung, dass ausgereifte Zellen in Stammzellen verwandelt werden können, gemeinsam mit Sir John Gurdon der Medizin. Nobelpreis zuerkannt. • adulte Zelle (z. B. Fibroblast, aber…) + „Yamanaka. Faktoren” (mithilfe von Adenoviren): Oct 4, Sox 2, Klf 4, c. Myc = pluripotente Stammzelle, wie ESC

Oct 3/4 Expression im Mausembryo

„Accordingly, we have named the gene nanog, after the mythological Celtic land of the ever young, Tir nan Og. ”

VERWENDUNG DER ES-ZELLEN: HERSTELLUNG VON ES-CHIMÄREN Aggregations-CH Injektions-CH Hostembryos Hostembryo ES ZELLEN CHIMÄRE rezipiente, scheinträchtiges Weibchen neugeborene Chimäre Forrás: Gócza Elen

Forrás: Elisabeth Merentes D és Gócza Elen Ph. D

How are embryonic stem cells stimulated to differentiate? Quelle: M. Zborowski

Was ist der somatische Zellkerntransfer? Eizelle (Oozyt) Oozytenkern wird entfernt innere Zellmasse (pluripotent) FUSION ADULT? ? ? BLASTOZYSTE adulte, körperliche (somatische) Zelle: Zellkern mit wenig Zytoplasma INNERE ZELLMASSE gezüchtete pluripotente Stammzellen

Therapeutisches Klonen A. M. Wobus: Embryonic Stem Cells: Prospects for Developmental. Biology and Cell Therapy Physiol. Rev. 85: 635 -678, 2005

Universal cells • allogene i. PS Zelllinien • benutzbar würde für allen möglichen Patienten (unabhängig der MHC-Phänotyp) • dankbar mehreren weiteren gentechnischen Modifizierungen werden diese Zellen (bzw. ihre Abkömmlinge, wie Kardiomyozyten, b-Zellen, dopnaminerge Neuronen, usw. ) durch das Immunsystem des Empfänfgers nicht als fremde Zellen erkannt.

Mögliche Zielorgane für Stammzelltherapie

Gewebe/Zelle Engineering Verfahren: Reduktion der MHC-Inkompatibilität

https: //www. utoronto. ca/news/how-tasmanian-devil-inspired-medicine-design-fundedresearchers-devise-method-create-safe-cell Suchen ähnliche Strategien, wodurch z. B. die Tumorzellen das Immunsystem unterlaufen.

Universal cells • Mögliche Modifizierung der i. PS Zellen, wodurch sie universell werden (universell benutzbar: bei jemandem) • MHC I und II ausgeschalten plus • forcierte Expression von den folgenden 8 Genen (sog. immune cloaking): • HLA-E (keine Erkennung durch die NK Zellen) • MFGE 8, CD 200, CD 47: hemmen die Phagozytose • CCL 21 (hemmt die Migration von dendritischen Zellen) • Serpin. B 9: hemmt die Granzyme • FAS-L und PDL 1: hemmen die T Zellen

Safe cells • die universelle Zellen können durch Mutation in Tumorzellen umgewandet werden, in diesem Fall sind sie extrem gefährlich für den Empfänger (wegen immune cloaking) • diese Situation zu vermeiden: noch einen dritten Typ der gentechnischen Modifizierungen kann sie sichere Zellen (safe cells) machen

Safe cells • Method: genetische Verbindung von einem siuiziden Gen zu einem Zellteilungsgen • Zellteilungsgen: CDK 1: aktiv ist nur in den sich vermehrenden Zellen • Suizides Gen: HSV-TK aus Herpes simlex virus; • Wenn ein Tumor aus i. PS Zellen wird nachweisbar; Ganzyklovir tötet die teilende Zellen