KÖK HÜCRE FiZYOLOJİSİ VE HEMATOPOEZ

Transkript

1 KÖK HÜCRE FiZYOLOJİSİ VE HEMATOPOEZ Duygu Uçkan-Çetinkaya Hacettepe Pediatrik Hematoloji KİT Ünitesi ve Kök Hücre Araştırma ve Uygulama Merkezi -PEDİ-STEM Pediatrik Hematoloji Okulu Ankara

2 KÖK HÜCRE ÖZELLİKLERİ Kendini yenileme Çok yönlü farklılaşma Sessiz (Quiescent/G0) kalma Migrasyon (nişten çıkma- hasar yerine gitme başka mikroçevreye gitme) Yeniden programlanma Apoptozis

3 KÖK HÜCRE TOTİPOTENT morula PLURİPOTENT (embryonik)---- MULTİPOTENT HSC BİPOTENT---- UNİPOTENT

4 KÖK HÜCRE FARKLILAŞMASI HSCs HSC PROGENITORLER FARKLILASMIS HUCRAELER Farklila;ma artar Replikasyon potansiyeli azalir

5 HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE CLP Common Lymphoid Progenitor NK+ Cell T Cell B Cell SELF-RENEWAL CAPACITY LT-HSC ST-HSC MPP Long term HSCs Short term HSCs Multipotent progenitors Common Myeloid Progenitor CMP GRAN MN PLT ERT

6 HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE IŞINLAMA İLE KEMİK İLİĞİ BOŞLUĞU BOŞALIR VE YENİ KÖK HÜCRELER VERiLEREK REKONSTİTÜSYON SAĞLANABİLİR. IŞINLAMA «IRRADIATION» BALB/c Isinlanmis fare kemik Iligi hucreleri INFÜZYON Kemik iliği Transplantasyonu «Spleen colonyforming assay (CFU-s) in irradiated mice» BALB/c CFU-S Radiation Research 13: , 1960 Erit MK myeloid Till & McCulloch: > 1960 lar: Self-renewing, pluripotent hematopoetic stem cell (HSC)

7 2005 LASKER ODULU For ingenious experiments that first identified a stem cell the blood-forming stem cell which set the stage for all current research on adult and embryonic stem cells. Till JE,McCulloch EA. A direct measurement of the radiation sensitivity of normal mouse bone marrow cells. Radiat Res 14: , 1961

8 FARE EMBRYONIK KÖK HÜCRELERİ MARTIN EVANS University of Cardiff U.K & 81

9 IVF TÜPLERİNDEN INSAN EMBRYONİK KÖK HÜCRE ELDESİ IVF İN VİTRO FERTİLİZASYON Thomson j. et al., 1998

10 2007 in Physiology and Medicine "for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embryonic stem cells" Oliver Smithies Univ North Carolina U.S.A. Sir Martin Evans Cardiff Univ U.K. Mario Capecchi Univ of Utah U.S.A.

11 2012 Nobel prize Yamanaka & Gurdon Prize for: changing adult cells into stem cells, which can become any other type of cell in the body. Prof Gurdon used a gut sample to clone frogs and Prof Yamanaka altered genes to reprogramme cells.

12 IPS (INDUCED PLURİPOTENT STEM CELLS ) UYARILMIS PLURIPOTENT KÖK HÜCRE UPKH Olgun hücrelerden embryonik kök hücre benzeri pluripotent özellikte kök hücrelerin elde edilmesi. (örnek: fibroblasttan, olgun kan hücrelerinden) de-differentiation Fibroblast pluripotent stem cell Yamanaka 2006 ips cells

13 SÜREYYA TAHSIN AYGÜN -TÜRK VETERİNER Ord.Prof.Dr. Süreyya Tahsin Aygün 1895 te doğmuş 18 kitap, 83 makale ve diger yayinlar, Cok sayida atif (hucre-organ kulturleri) Oduller =================== AÜ vet fak dergisi 29(1-2): F Dinçer Hayvan aşıları: şarbon, *şap aşısı, *sığır vebası tedavisi, çiçek aşısı. Doku kültürü-virus üretimi İnsan hücre kültürleri Hücrelerin tedavi edici özelligi (santral sinir sistemi, kalp, dolasim bozukluklari vs) Kök hücrelerden doku ve organ üretilmesi.dünyada ilk kez kök hücre adını kullanmış. (Almanca, Italyanca yazılarda) Talidomit toksisitesinin önlenmesi : hücre kültüründe toksik----kullanımının Türkiye`de yasaklanmasi için çalışmış. Fokomeli önlenmis Türkiye de.

14 KÖK HÜCRENİN KADERİ ve KÖK HÜCRE «NİCHE»leri 1978 NICHE: Kök hücreler için özellikli mikroçevre A specialized microenvironment for stem cells

15 KÖK HÜCRE NİŞLERİ Rando 2006 Scadden 2006 No place like home çanatomy and function of stem cell niche. Jones, Wagers 2008 Kök hc ve mikroçevre dinamik etkileşim halinde ECM / hücreler/ parakrin faktörler - parankim hc.den soluble faktörler/ sistemik sinyaller ( immunolojik, nöro-endokrin, metabolik, fiziksel)

16 KÖK HÜCRE NİŞLERİ Epidermal stem cell niche Germ stem cell niche intestinal stem cell niche cilt- stem cell niche nöral stem cell niche Escort cell Germ stem cell stromal hc stem cell Cap cell Stem cell intestinal SC Niche te glycoaminoglycan lar kök hücre davranışını etkiler Ör. heparan sulfate BMP sinyalini regüle eder. (Germ line stem cell niche te) İe. Sertoli hc. GDNF salgılar. (self renewal) Spradling 2008

17 KEMİK İLİĞİ NICHE endosteal niche vascular niche endosteal niche vascular niche Peerani,Zanstra 2010 JCI Wilson, Trumpp 2006

18 KÖK HÜCRE TRAFİĞİ HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE NAKLİ Inflammatory state Day 0 stem cell infusion Engraftment tıme Stem cell Homing HOMING Lapidot 2006 Mobilizatio n Stem cells differentiate MOBILIZATION

19 Hematopoetik kök hücre trafiği ENGRAFTMENT Farklılaşmış hücreler kana çıkar DOLAŞIM Kİ de hematopoetik farklılaşma (10-20 gün) %15-20 %3-90? DAY 0 Kemik iliğine «HOMING»

20 HOMING / RETENTION/ ENGRAFTMAN & REPOPULASYON Homing /Lodging Hızlı ( saatler 1-2 gün) Dolaşan hemat.hücreler kan/kemik iliği endotel bariyerini geçer Kemik iliğinde adezyon ilişkileri ile en azından geçici süre «lodging»olur Prolifere olur Engraftman/ Repopulasyon Kısa- süreli engraftman ( haftalar-aylar) )farklılaşan projenitörler) (CD34 + /CD38 + ) Kalıcı/uzun süreli multilineage engraftman özellikli nişlere yerleşmeyi gerektirir (CD34 + /CD38 - stem cells)

21 Hematopoetic stem cell migration/homing Heazlewood 2014

22 ENDOSTEAL NİŞ STEM CELL SYNAPSE MYC FARKL. Adezyon inhibe MYC-dependent retention or exit of HSCs from the niche! Hematopoetik kök hücre NOTCH SELF RENEW He ANG-1 /TİE-1 QUIES WNT PTH Osteoblast (N-cadherin +) OSTEO PONTİN (QUİES--) N CADHERİN (REZERV) ectopic expression of N-cadherin by OP9 stromal cells substantially increases their ability to maintain mouse HSCs in vitro SCF (KİT aktive ADEZYON) Mutasyon: Migrasyon/ farklılaşma Wilson

23 ALLOJENİK KÖK HÜCRENİN ALICININ KEMİK İLİĞİNE YERLEŞİMİ ALICININ KÖK HÜCRESİ KOLAYLAŞTIRICI FAKTÖRLER HKK MHC DONÖRÜN KÖK HÜCRESİ HKK Regulatuar sinyaller Sitoredüktif kemoterapi Radyasyon C-kit antikoru CXCR4 inhibitörü (AMD3100) CD47 MHC DC CD4+ T-Hücreleri CD8+ T-Hücreleri NK Hücreleri NKT Hücreleri TReg E. Kansu

24 HEMATOPOETIK KÖK HÜCRE VE NICHE : MOLEKÜLER ETKİLEŞİMLER Büyüme faktörleri Sitokinler Kemokinler

25 Kemik iliğinden kök hücre mobilizasyonu Mobilizasyon: Stres, hasar, chemotherapy, GCSF, other growth factors, CXCR4 antagonist / AMD3100/Plerixafor, IL8, RANKL,osteoclast, proteolytic enzymes (elastase, cathepsin G, Proteinase 3), MMP-9 Lapidot,Kollet

26 Sirkadien ritm ve kemik iliğinden mobilizasyon Aydınlık-karanlık siklus Harvest in the right season! Cesari 2008 Ferre, Frenette Nature 2008 Genler Circadien clock genes Bmal1,Per1,Per2 Sinir uçlarından lokal β3 adrenerjik sinyal Ritmik kök hücre salınımı Transkr. Faktörü SP1 degradasyonu CXCL12 (SDF-1 inhibe) CXCL12 (SDF-1 )homing için gerekli. Inhibe olunca mobilizasyon--- A recruitable source of immune and inflammatory effector cells. Staudt

27 Kemik iliği öncül hücreleri/ mobilizasyon---hasar onarımı

28 K.İ. & Endotel projenitör hücre Vasküler travma (VEGF,PlGF) MMP9 aktivasyonu Soluble KitL Vasküler VEGFR2+ ve lenfatik projenitörlerin proliferasyonu Shahin Rafii 003 Vasküler hasar veya tümör gelişimi esnasında kanda dolaşan EPC (endotel projenitör hücreler) bulunur Mobilizasyon HSC ko-mobilize & yeni damarlanma

29 K.İ. & Mezenkimal kök/stromal hücre -Kemik iliği -Yağ dokusu -Kordon dokuları -Amnion -Plasenta -Dental pulpa -Tendon -Sinovial sıvı -İskelet kası -Diğer doku

30 MSCs & Adhesive interactions in the hematopoetic niche Endosteal vaskuler Endosteal vaskuler Endosteal vaskuler S.Li Calzi Homing: Injury,conditioning, chemokines (SDF-1/CXCL12), VLA4,VLA5, LFA1, CD26, E,P-selectin, Lodging/retention: SDF-1/CXCL12-CXCR4,osteopontin, hyaluronic A- CD44, E,P-selectin-glycoprotein ligand 1,CD26,membrane SCF

31 Bone marrow niche cells/mscs Cellular Complexity of the Bone Marrow Hematopoietic Stem Cell Niche Laura M. Calvi Daniel C. Link Perivascular stem cell niche. The perivascular niche is comprised of endothelial cells and several, likely overlapping, MSC populations. These stromal cells provide key niche signals, such as CXCL12, Kit ligand, and angiopoietin, that localize HSCs to the perivascular region and help maintain their quiescence and self-renewal capacity. Signals from the SNS regulate HSCs, at least in part, by targeting these perivascular stromal cells. MSC mesenchymal stem cell, CAR CXCL12-abundant reticular

32 STEM CELL NICHE Wagers 2013

33 NICHE FİZİKSEL KİMYASAL ORTAM BİYOMEKANİK/BİYOKİMYASAL FAKTORLER

34 NICHE-STEM CELL İNTERACTİONS migration Metallo 2007 Stem cell interactions with various inputs from the microenvironment. Soluble factors, ECM, intercellular contacts, and biophysical,forces synergize to influence stem cell fate. The plasticity of progenitor cells enables them to self-renew, differentiate, remain quiescent, or enter apoptosis.

35 Kemik iliği mikroçevresi

36 Scadden 2014 Kemik iliği anatomisi MK KEMİK İLİĞİ, Kemik ve Vaskülarize alanları bulundurur. The blood vessels of the bone marrow constitute a barrier, inhibiting immature blood cells from leaving the marrow. Mature blood cells contain the membrane proteins required to attach to and pass the blood vessel endothelium. HSC &MK endosteal HSC-MK Lin cells HSCs sinus Low-pressure vascular channels surrounded by a single layer of fenestrated endothelium.

37 Smith-Calvi 2013 Osteoblast Osteoclast Perivaskuler Stromal hc Endotel hc Endosteal monosit/makrofaj Glial non-myelizan Schwann T cell

38 HEMATOPOETİK LİNEAGE

39 HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE Murine: ThY-1, c-kit, Sca-1 (Stem cell antigen), Mu-HSC: T-,B-,Gran-,mono-, Thy-1 lo,sca-1+,c-kit + : 20% of these are LTR-HSC Other markers: SLAM family (Signaling lym activ molecule) HSCs are: CD150+, CD244-,CD48- Multi,potent: lose CD150,..CD150-,CD244+, CD48+ CD150+,CD48-, CD41- cells: %45 LTR-HSC Human: CD34+,CD33- and intermediate forward light scatter: give rise to CFCs in long term Cx CD34+,CD33+ (most colony forming cellls) G0 CD34+: resistance to 5FU in presence of SCF and IL3, c-kit+, IL-6R +,IL-1R+ donot form colony on direct methyl cellulose culture but after 5 weeks on stromal cells form colonies on metly cellulose (40% replatable)

40 HEMATOPOETİK KÖK HÜCRE İnsan HSC özellikleri: CD34+,Thy-1 + (CD90),Rhodamin zayıf,cd38-,dr-, 1/ Murine CD34:? on LTR_HSC Long term : only in CD34 lo/- cells Hoecst dye exclusion (SP cells): Murine. All LTR-HSC activity is included.. but is CD34-. Human CD34-??? Perhaps HSC CD34-.. HU lin cells: CD34+ and CD34- fractions. SRC activity in both fractions (ability to reporpulate SCID) CD34 expression is reversible: Resting murine HSC: CD34- Activated 5FU or GCSF: CD34+ activated CD34 +HSC transplanted. These HSCs can lose CD34 expression after return of recipient to resting state And still retain capacity to reconstitute secondary recipients..

41 MURİNE HEMATOPOEZ

42 CD34+ Hematopoietic Stem ve Projenitör hücrelerin sayımı Sutherland yontemi

43 HSC ASSAY»LERİ / İN-VİTRO HEMATOPOETİK KOLONİ OLUŞTURMA BFU-E ERİTROİD Semi-solid Metil selüloz kültürler (hematopoetik büyüme faktörleri iceren) ; CFU (COLONY FORMİNG UNITS) CFU-GM GRANULOSİT MONOSİT CFU-GEMM ( GRANÜLOSİT-ERİTROİD- MONOSİT-MEGAK). MSC uzerinde hematopoetik koloni S Aslan PEDi-STEM

44 HSC ASSAY» leri «Long-term» HSC: Hayvanın yaşamı boyunca tüm kan elemanları yapılması için gerekli. «Short-term» HSC: Ani hasarın hemen sonrasında acil ihtiyacın karşılanması için gerekli. CFU-S (Spleen colony forming Units) Artık HSc in-vivo assay olarak kullanılmıyor. Transplantasyondan sonra belirli günlerde koloni sayımı yapılır. CFU-s 6: En matür.. Self renew,proliferasyon çok düşük CFU-s 8: Çoğunluk MEP projenitörler (megak-erit) CFU-s 12: %50 Short term ve multipotent projenitör %50 MEP ve CMP (common myeloid projenitör) (6.,8.gün ve 12. gün kolonileri) RGB işaretleme: 3 lentiviral vector. Nat Med 2011 Kristoffer Weber

45 HSC ASSAY»LERİ /İN-VİVO & İN-VİTRO SRC LTC-IC stroma CAFC HPP-CFC Blast CFC CFU-GEMM CFU-GM BFU-E SRC- SCID repoulating cells. NOD SCID-insan hücreleri-5-8 hafta.. Limiting dilüsyon ile kantifiye.---- SRC daha immatür ( LTCIC ye göre) CFAC (human): Stroma tabakası Üzerine değişik konsantrasyonlarda Kİ hücreleri (limit dilüs) 5 hafta sonra stroma tabakasındaki proliferating blast hücreler sayılır (cobble stone areas) LTC-Ics (limiting dilution assay): Stroma üzerinde 5 hafta Cx, koloni oluşturmayanlar

46 STROMA TABAKASI ÜZERİNDE HKH KÜLTÜRÜ

47 STROMA TABAKASI ÜZERİNDE HKH KÜLTÜRÜ HEMATOPOETİK BÜYÜME FAKTÖRLERİ EX VIVO KORDON KANI EKSPANSİYONU Hematopoetik büyüme faktörleri kombinasyonları: stem cell factor [SCF], granulocyte-macrophage colony-stimulating factor [GM- CSF], interleukin [IL]-3, thrombopoietin [Tpo], IL-6 and Fms-like tyrosine kinase 3 ligand [Flt-3L]). 1. static, serum-added, liquid culture for 7 and 11 days using 5 cytokine cocktails days using cytokines of cocktail 1, with and without IL-6 and Flt-3L, in serumadded and serum-free culture media. Cocktail 1 is the cocktail of choice for ex vivo expansion of CB stem cells in serumfree, liquid culture expanded for 7 days. 7 days is better than 11 days. the percent of CD95+ cells (apoptotic cells) was significantly increased on day 11 compared to day 7 in the cocktails tested. Mohamed 2006

48 LT-HSCs utilize glycolysis instead of mitochondrial oxidative phosphorylation to meet their energy demands.survival in this low-oxygen microenvironment requires significant metabolic adaptation. «A unique low mitochondrial activity/glycolysis- dependent subpopulation that houses the majority of hematopoietic progenitors and LT- HSCs.» Meis1 and Hif-1a are markedly enriched in LT-HSCs and that Meis1 regulates HSC metabolism through transcriptional activation of Hif-1a. Cell Stem Cell

49 PRENATAL ve POSTNATAL HEMATOPOEZ AGM PLASENTA Stem cell Migration Homing Differentiation

50 İNTRAUTERİN HEMATOPOEZ YOLK SAC PLACENTA AGM FETAL KARACIGER/DALAK Aorta gonad mezonefroz PRIMITIF HEMATOPOEZ / DEFINITIV HEMATOPOEZ KEMIK ILIGI

51 İNTRAUTERİN HEMATOPOEZ İnsanda gestasyon 16. gününe kadar basit difüzyon ile: nutrientler, oksijen ve artıklar Embryo belli bir büyüklüğe eriştiğinde basit diffüzyon yetersiz kalır (16.gün)

52 İNTRAUTERİN HEMATOPOEZ Primitif eritropoez vs Primitif Definitive Hematopoez Eritrositler çekirdeksiz Çekirdekli eritrositler Erken embryonik dönemde Embryonik dönem ve erişkinde

53 PRİMİTİF HEMATOPOEZ DEFİNİTİF HEMATOPEZ Yolk Sak Primitif sistem nükleer eritrositler ---embryo dokularına oksijen taşınması Embryo büyüdükçe yerini daha kompleks definitif sistem alır. İnsanda günde Farede 7-8. günde Ekstraembryonik olarak yolk sakda ilk kan hücreleri üretilmeye başlanır Yolk Sac Embryo

54 Yolk Sac Hematopoezi (blood islands) Yolk sac: hematopoezin ilk yeri- undifferansiye mesenchymal hücreler hemangioblastlara farklılaşır. Hemangioblastlar endotel ve primitif kan hücrelerine diferansiye olur. Embryoda ilk kan damarı benzer yapı.

55 AORTA GONADO MEZONEFROZ İnsanda 25. günde AGM de hematopoez başlar. İlk Definitif hematopoez HKH ler tüm kan hücrelerine farklılaşabilir. AGM notochord ile somatik mezoderm arasında. Umbilicustan anterior limb bud a uzanır. AGM bölgesi: Dorsal aorta, genital ridges ve mesonephrozdan oluşur HKH ler AGM nin dorsal aorta bölgesinin özellilkli endotelinden (hemojenik endotel) gelişir.

56 Dorsal aortadaki Hemanjioblastlar. Erken embryoda hemanjioblastlar var (mesodermal kaynaklı) Kan hücrelerine ve vaskuler endotelial hücrelere diferansiasyon potansiyelleri var HEMANJIOBLAST: Hematopoetik+ endotel markerlar VE-cadherin,endothel markerı, aortik endotelin luminal kısmında. DORSAL AORTA duvarındalki hücreler : VE-cadherin+ ve CD34 + CD34: hematopoietic ve endotel ortak marker. CD45: hematopoetik marker. Thus the co-expression of cell surface markers from both lineages suggests that hematopoietic stem cells differentiate from hemangioblasts of the dorsal aorta in the AGM.

57 Hemanjioblasttan endotel ve hematopoetik hücrelar

58 Intrauterin hematopoez ve transkripsiyon faktörleri PRİMİTİF HEMATOPOEZ: GATA1 DEFİNİTİF HEMATOPOEZ: RUNX1, NO,NOTCH HKH

59 Intrauterin hematopoez ve transkripsiyon faktörleri RUNX-1 : KNOCK OUT: Bütün fetal dokularda definitif hematopoez durur Embryo lethality 12. günde AGM de sadece mesenchymal hucre infiltrasyonu (hemangioblastlar gelişemediğinden) Knock-outlara retroviral RUNX1 transferi>>tekrar HSC gelişti NITRIK OKSIT: Kan akımının oluşturduğu Sheer stress damar duvarındaki mekanoreseptorlerı uyararak No salınımını uyarır. NO knock-outlarda RUNX1 salınmaz, AGM HSC uretemez NO endotelial diff için de önemli---- RUNX1 ve NO nasıl konuşur?? NOTCH 1: NOTCH1 knockoutlarda yolk sakda hematopoez normalken, AGM de durur NOTCH1 overeksprese olduğunda AGM da dorsal aortada buyük definitif hematopoez adacıkları oluşur.notch1 ekspresyonu arttıkça RUNX1 ekspresyonu da artar

60 Kök hücre trafiği------fetal karaciğerde hematopoez HHK ler İlk olarak 25.günde AGM de. Hızla çoğalır (35.gün), 40.gün AGM den kaybolur. Sonra HKH lerin fetal karaciğere migrasyonu. (40gün)

61 Plasental hematopoez Daha çok bilinmeyenli Yolk sak ve Fetal Kc hematopoezi ile overlap yapan donemde

62 Plasental hematopoez Plasentanın fotal yuzundekı fotal damarlardan koken alan HSC ler

63 Kök hücre trafiği------sdf-1(cxcl12) /CXCR4 Stromal-derived factor-1 (SDF-1) (CXCL12) receptor CXCR4: Master regulatory pathway of both HSC migration and retention in the bone marrow, during ontogeny and adult life CXCL12 expression:fetal liver and BM concordant with the recruitment waves in these organs. CXCR4-dependent migratory capacity of progenitors. Mice born with genetic deficiency of SDF- 1α, or its receptor, CXCR4, fail to establish bone marrow hematopoiesis, although fetal liver hematopoiesis is normal

64 Intrauterin hematopoez ve mikrocevre Fetal karaciger mikrocevresi: Qualitative and quantitative analysis revealed several properties unique to FL stromal cells compared to adult BM-derived stroma that included a greater than 10-fold enhanced proliferative capacity of FL stromal vs adult BM, and a 2-fold increase in the number of N-cadherin- and osteopontin-expressing cells. Martin MA et al, 2005 In order to test the hypothesis that fetal HSC migration is a timed developmental event, we collected blood from embryos ranging in age from 12.5 to 17.5 dpc to use in competitive reconstitution assays to measure long-term reconstituting hematopoietic stem cell (LT-HSC) activity. HSC Are Found Constitutively Circulating in Fetal Blood..Synergistic Effects of SDF-1α and SLF on Chemotaxis of Fetal HSCs esp. From liver to BM migration

65 Intrauterin hematopoez ve mikrocevre Integrinler: The integrins are the only family of adhesion molecules shown to be necessary for fetal hematopoiesis. α4 and β1 integrin expression is required for the colonization of the fetal liver and, consequently, of the fetal bone marrow. Recent results implicate α4 integins displays a critical role in the migration of long-term repopulating HSCs in the adult BM

66 Intrauterin hematopoez ve mikrocevre Nishikawa, 2006

67 Intrauterin hematopoez ve mikrocevre AGM VE KEMİK İLİĞİ MİKROÇEVRESİ AGM and BM-derived stromal cells were morphologically and phenotypically similar, and had the features of stromal cells AGM-derived stromal cells in comparison with the BM-derived stromal cells could not only support the expansion of HSCs but also maintain the selfrenewal and multi-lineage differentiation more effectively. They are promising in HSC transplantation.

68 Kemik iliği hematopoezi İnsanda 22.haftada başlar Bu zamandan önce henüz kemikler henüz kalsifiye değil Kİ hematopoezi tüm erişkin hayat boyunca devam eder, ama yeterli olmadığında kc ve dalakta da ekstramedüller hematopoez başlayabilir.

69 Mezenkimal kok hucreler kemik iligi mikrocevresinin komponentleridir Immunmodulasyon Ben-Ami 2011

70 Mezenkimal kok hucreler inflamatuvar sinyallerle active olur Niche Korunmasi? Inflamasyon onlenmesi? Shi 2012

71 Mezenkimal kok hucreler hasar yerine gider ve lokal inflamatuvar sinyallerle aktive olur Shi 2012

72 Kemik iliği mikroçevresi bozuklukları

73 «Niche»/mikroçevre bozukluğunda hematopoez bozulur Sl/Sld (steel-dickie mice) Membrana bağlı stem-cell factor (SCF; veya KIT ligand) geninde mutasyon HKH nişte bozukluk & kemik iliği yetmezliği Kemik gelişimi ve hematopoez bozuklukları

74 «Niche»/mikroçevre bozukluğunda hematopoez bozulur CXCL12, CaR,SCF Reseptör defekti Endosteal yerleşimde problem Replikatif tükenme Kemik iliği yetmezliği Somatik mutasyon/ Malign transformasyon KEMİK İLİĞİ YETMEZLİĞİ (APLAZİ-SİTOPENİ) LÖSEMİ MİKROÇEVREYE YÖNELİK HEDEFLENMİŞ TEDAVİLER

75 «Niche»/mikroçevre bozukluğunda hematopoez bozulur Endosteal niş immün korunmalı (immune privilege) bir dokudur. Sitotoksik kemoterapi hasarından ve patojenik immüniteden korunur. Immune privilege kaybı? Fujisaki 2011 Nature Işınlanmamış farede allo-hsc ler 30 gün niş bölgesinde kalmış. Foxp3 pozitif regulator T lenfositler ile ko-lokalize Calvarium/ Trabeküler kemik--- Endosteum T-reg deplesyonu ile immune privilege kaybolur. T-reg ler niş bölgesindeki HSC leri tehlikeden korur

76 Putative mechanisms for AML stem cell and niche interactions in vivo. Anormal kemik iliği mikroçevresi Myelodisplastik sendrom ve sekonder AML gelişimi Farelerde kemik iliği mikroçevre değişikliği ile MDS-AML gelişimi Kemik iliği osteoblast öncülerinde Dicer-1 delesyonu Raaijmakers. Nature Bone progenitor dysfunction induces myelodysplasia and secondary leukaemia. Global mikrorna delesyonu MDS/sekonder AML gelişimi Osteoblast öncülerinde problem malignite gelişimi? İnsandaki durum??----

77 Niş modelleme / Niş hedefleme

78 Microenvironment: the local surroundings of a cell that feed into its behavior. KÖK HÜCRE MİKROÇEVRESİ Kompleks sinyaller Proliferasyon Sessiz kalma (idame) Farklılaşma Self renewal Migrasyon Retention Apoptozis Survival Solubl moleküller --- (doku veya Cx ortamı) EKSTRASELÜLER MATRİKS-----Veya hücre substratı Biofizik mikroçevre physical variations in the extracellularmatrix) can influence cell fate. Hücre-hücre sinyalleri a stem cell niche is unique to the individual or small population and guides its dynamics. Liu 2010

79

80 Kök hücre ve doku mühendisliği Doku muhendisligi yaklasimlari: Hücreler. Bioaktif faktorler Doku iskeleleri Mekanik stimulus Hastadan alınan hücreler ex vivo ortamda çoğaltılır. Morfojenlerle uyarılır. 3-D iskele (scaffold) üzerinde farklılaşmaya yönlendirilir. Direkt implante edilir veya ex-vivo preimplantasyon farklılaştirildiktan sonra verilir

81

82 Harvard Wyss Institute Organs-on-Chips Microchips lined by human cells that could revolutionize drug testing and developmentthe paradigm used by pharmaceutical companies to discover and develop new drugs is broken. Clinical studies take years to complete and testing a single compound can cost more than $2 million. Meanwhile, innumerable animal lives are lost, and the process often fails to predict human responses because traditional animal models do not accurately mimic human physiology. For these reasons, the pharmaceutical industry needs alternative ways to screen drug candidates in the laboratory. The Wyss Solution Institute researchers and a multidisciplinary team of collaborators are engineering microchips that recapitulate the microarchitecture and functions of living organs, such as the lung, heart, and intestine. These microchips, called organs-on-chips, could one day form an accurate alternative to traditional animal testing. Each individual organ-on-chip is composed of a clear flexible polymer about the size of a computer memory stick that contains hollow microfluidic channels lined by living human cells. Because the microdevices are translucent, they provide a window into the inner workings of human organs.

83 Microfluidic organs-on-chips. Bhatia SN, Ingber DE.Nat Biotechnol Aug 5;32(8): Organ-on-a-chip platforms for studying drug delivery systems.j Control Release Sep. Bhise NS 1, Ribas J 2, Manoharan V 1, Zhang YS 1, Polini A 1, Massa S 1, Dokmeci MR 1, Khademhosseini A 3. Lung-on-a-Chip Combining microfabrication techniques with modern tissue engineering, lung-on-achip offers a new in vitroapproach to drug screening by mimicking the complicated mechanical and biochemical behaviors of a human lung. Bone-Marrow-on-a-Chip Device captures complexity of living marrow in the laboratory; could help test new drugs to prevent lethal radiation exposure

84 Nat Methods Jun;11(6): Bone marrow-on-a-chip replicates hematopoietic niche physiology in vitro. Torisawa YS 1, Spina CS 2, Mammoto T 3, Mammoto A 3, Weaver JC 4, Tat T 3, Collins JJ 5, Ingber DE 6.