Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Dr. Pongrácz Judit Háromdimenziós szövettenyésztés és „tissue engineering” – 1. Előadás
ALAPISMERETEK
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A kurzus célja Elméleti háttérismeretek komplex szövetkultúrák előállításához
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A kurzus tartalma Hét
Előadás
Cím
Hét
Előadás
Cím
1
1
Alapismeretek
8
15
Aggregációs kultúrák
2
Őssejtek (1)
16
Szövetnyomtatás - Tissue printing
3
Őssejtek (2)
17
Tissue repair (1)
4
Őssejtek (3)
18
Tissue repair (2)
5
Bioreaktorok (1)
19
Tissue repair (3)
6
Bioreaktorok (2)
20
Tissue repair (4)
7
Bioanyagok (1)
21
Kereskedelmi forgalomban lévő termékek (1)
8
Bioanyagok (2)
22
Kereskedelmi forgalomban lévő termékek (2)
9
Scaffold előállítás
23
Klinikai kipróbálás (1)
10
Biokompatibilitás
24
Klinikai kipróbálás (2)
11
Sejt-Scaffold kölcsönhatások
25
Klinikai kipróbálás (3)
12
Biofaktorok
26
Kutatási felhasználás és drogteszetelés
13
Szabályozott hatóanyag leadás
27
Etikai kérdések
14
Bioszenzorok
28
Gazdasági jelentőség
2 3 4 5 6 7
9 10 11 12 13 14
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Mi a „tissue engineering”? • „Tissue engineering” eredetileg a biológiai anyagtudományok és a mérnöki tudományok egyik mellékágaként jött létre, de mivel az utóbbi időben mind jelentősége, mind művelőinek száma megnőtt, ma már önálló tudományágnak számít. • A „tissue engineering” célja specifikus szövetek, illetve akár teljes szervek regenerálása valamint újra-előállítása, a biológiai funkciók megtartása vagy helyreállítása (csont, porc, ér, lép, bőr, stb.) mellett. • Ennek érdekében különböző technikák kombinációit használja: sejttenyésztés, bioanyagok szintézise, biokémiai és biofizikai módszerek.
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A „tissue engineering” alapjai
Beültetés
Biopszia
Biopszia vagy reszekció útján nyert sejtek
Graft előállítása
3D tenyésztés („scaffold”-on vagy anélkül) Felszaporodott sejtkultúra
Monolayer sejtkultúra
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
2D szövetkultúra Adherens
Nem adherens Tripszin nélkül
Tripszin
Szuszpendálás
Pelleting
Reszuszpendálás
Sejtek kirakása
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
3D szövetkultúrák
Elégtelen diffúzió
Tápanyagok és oxigén diffúziója
Apoptotikus sejthalál Másodlagos nekrózis
Egészséges szövet Nekrotikus szövet
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Szövetek előállítása In vitro
In vivo
• Szöveti regeneráció (szövet proliferáció és regeneráció mesterséges „scaffold”-on)
• Vérsejt regeneráció (őssejt proliferáció és differenciáció stimulálása)
• Bio-mesterséges szervek (máj, bőr, hasnyálmirigy)
• Sejtinjektálás sérült szövetekbe (szívizomsejtek) • Nagy sérülések regenerációja (biológiailag abszorbeálható „scaffold”-ok növekedési faktorokkal illetve nélkül)
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Bioreaktor • Nekrózis elkerülésére Sav Habzás-Bázis Szubsztrát gátló
Kevertetett bioreaktor
Ipari bioreaktor
Perisztaltikus pumpák
Hab Fűtőszál
T pH
Pumpa
Bemenő víz
Szabályozó egység
pO2 Ellennyomás szelep Biztonsági szelep
Kimenő víz
Q szelep
Elektromágneses szelep hűtéshez
Levegő Q
Motor
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Sejt- és szövetpótló terápia fő alkalmazási lehetőségei • • • • • • • • • •
Stroke Traumás agysérülés Alzheimer kór Parkinson kór Foghiány Sebgyógyulás Csontvelő transzplantáció Gerincvelő sérülés Oszteoarthritis Rheumatoid arthritis
• • • • • • • •
Kopaszság Vakság Süketség Miokardiális infarktus Muszkuláris disztrófia Diabétesz Multisite daganat Amiotrófiás laterális szklerózis
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A „tissue engineering” során használt sejtek Őssejtek • • • •
Embrionális Köldökzsinórvér Csontvelő- vagy zsírszövet-eredetű Felnőtt, szövetspecifikus
Érett, differenciálódott sejtek • Szövetspecifikus
Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Dr. Pongrácz Judit Háromdimenziós szövettenyésztés és „tissue engineering” – 2. Előadás
ŐSSEJTEK (1)
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Őssejtek • Totipotens • Pluripotens
• Multipotens
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Őssejt típusok Megtermékenyített petesejt
8 sejtes embrió
Blasztociszta
Tenyésztett őssejtek Idegsejtek
Vérsejtek Totipotens
Agy
Multipotens
Pluripotens
Idegsejtek
Csontvelő
Multipotens
Vérsejtek
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az őssejt osztódásának típusai I. Őssejt
Önmegújítás Aszimmetrikus osztódás, differenciáció
Önmegújító leánysejt Szimmetrikus osztódás
Leánysejt Szimmetrikus, osztódás, differenciáció
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az őssejt osztódásának típusai II. Proliferációs képesség
Véglegesen differenciálódott sejtek
Differenciációs képesség
Őssejt
Proliferálódó szakasz
Aszimmetrikus osztódás Sejtszám megsokszorozódás Progenitor sejteken át történő differenciáció
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Őssejt források • Felnőtt (szomatikus) őssejtek (Adult Stem Cells, ASC) • Felnőtt multipotens őssejtek • Embrionális őssejtek (ESC)
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Epiblaszt őssejtek (EpiSC) I. Az epiblaszt olyan szövet, amely az embrionális őssejtek kialakulását követő későbbi fejlődési szakasz során jön létre. Kialakulása az embrió beágyazódása után történik.
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Epiblaszt őssejtek (EpiSC) II.
Embrionális ivarsejtek (EG)
Extraembrionális endoderma (XEN) sejtek
Trofoblaszt őssejtek (TS)
Embrionális őssejtek (ESC)
Epiblaszt őssejtek (EpiSC)
Primitív endoderma
Trofektoderma (TE)
Epiblaszt
Szomatikus sejtvonalak
Megtermékenyítés
Primordiális ivarsejtek(GSC) Szedercsíra Késői blasztociszta
• Endoderma • Mezoderma • Ektoderma
IPS sejtek
Dedifferenciáció Újraprogramozás
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A multipotens felnőtt szomatikus őssejtek lokalizációja Korábban azonosított: Agy Bőr Csontvelő
A közelmúltban gyakorlatilag minden szövetben mutattak ki őssejteket
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Felnőtt (szomatikus) őssejtek (ASC) A mikrokörnyezetet, ahol az őssejtek elhelyezkednek, őssejt „niche”-nek nevezzük Zsírszöveteredetű őssejtek
Perifériás vér
Csontvelő
Vázizomzat
Méhlepény
Szőrtüsző
Porc
Csontvelő
Porc
Harántcsíkolt izom
Csontvelő
Bőr
Izom
Ideg
Ín
Simaizom
Ideg
Agy
Csont
Vérsejtek
Izom
Szív
Porc
Simaizom
Zsír
Csont
Ín
Zsír
Máj
Zsír
Vérsejtek
Csontvelő
Porc
Ideg
Agy/Ideg Vér Szív Minden szövet
ASC:
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A felnőtt őssejt niche Mikrokörnyezetként leírt őssejt niche-k: Gasztrointesztinális
Agy
Csontvelő
Nyelőcső
Agy
Cornea
Vékonybél
Idegek
Retina
Vastagbél/colon
Vérsejtek
Hasnyálmirigy
Gyomor
Izom
Máj
Minden szövet
Szív Tüdő
Spermatogónium Amnion folyadék Köldökzsinór mátrix Köldökzsinór-vér
Különböző szövetek
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Csontvelői őssejtek (MSCs) • Hemopoetikus őssejtek • Mezenchimális őssejtek • Csontvelői stróma őssejtek • Endotél progenitor sejtek
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Hemopoetikus őssejtek (HSC) I. ThyloLin-Sca-1+ • CD4 és Mac-1 alapján 3 populáció különíthető el, és csak a Lin-Mac-1-CD4- populáció tartalmaz nagyszámú tartósan újraképződő hemopoetikus őssejtet • c-kit+Sca-1+ThyloFlk-2: hosszú távú repopulációs képesség • c-kit+Sca-1+ThyloFlk-2+: rövid távú repopulációs képesség • c-kit+ThyloLin-(Flk-2-) Sca-1+: egérben hosszú távú repopulációs képesség
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Hemopoetikus őssejtek (HSC) II. • Humán mintákban a CD34 antigén (funkciója nem ismert) expresszálódik • További markerek: CD38, CDE90 ésCD133 • Thy+CD34+ hosszú távú kultúrák mieloid és limfoid sejtvonalakat egyaránt generálnak • Thy-CD34+ nincsenek mieloid és limfoid sejtvonalakat egyaránt generáló hosszú távú kultúrák
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Hemopoetikus őssejtek (HSC) III. Multipotens hemopoetikus őssejt (Hemocitoblaszt)
Humán hemopoézis Közös mieloid progenitor
Közös limfoid progenitor
Mieloblaszt Megakarioblaszt
Proeritroblaszt (Pronormblaszt)
Limfoblaszt
B. promielocita
N. promielocita
E. promielocita
Monoblaszt
Polikromatikus eritroblaszt
B. mielocita
N. mielocita
E. mielocita
Promonocita
Ortokromatikus eritroblaszt (Normoblaszt)
B. metamielocita
N. metamielocita
E. metamielocita
Basofil eritroblaszt Promegakarioblaszt
Prolimfocita
Kis limfocita
Megakariocita
Trombociták
Polikromatikus eritrocita (Retikulocita)
B. band
Eritrocita
Basofil
N. band
E. band
T limfocita
Neutrofil
Természetes ölősejt
B limfocita
Monocita
Eozinofil
Hízósejt Makrofág
Mieloid dendritikus sejt
Plazmasejt
Limfoid dendritikus sejt
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Mezenchimális őssejtek (MSC) I. • Nincsenek hemopoetikus markereik (CD2, CD3, CD4, CD8, Mac-1/CD11b, CD14, CD15, CD19, CD20, B220, CD45, Thy1 és mieloperoxidáz) • Expresszió: LDL receptor, alkalikus foszfatáz, simaizom aktin, IV-es típusú kollagén, laminin, VIIes faktor, MUC18, CD29, CD44, CD49A-F, CD51, CD73, CD105, CD106, CD166+
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Mezenchimális őssejtek (MSC) II. • MSC-k csontvelőből közvetlenül izolálhatóak NGFR (CD271), SSEA-1, SSEA-4, CD140b , CD340 (HER-2), CD349 (Frizzled-9) expresszió alapján • Tisztítás: CD29+, CD44+, CD73+, CD105+, CD106+, CD166+, valamint a hemopoetikus receptorok hiánya alapján
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Endotél progenitor sejtek (EPC) • Felnőtt EPC-k CD34+ vagy Flk-1+ (VEFR-2) • További markereik: CD31, Tie2 és E-szelektin, eNOS, LDLR, VEGFR-1,-2,
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Csontvelői progenitor sejtek • HSC és EPC sejtvonalak hasonló temporális és spatiális fejlődést követnek • HSC és EPC közös markerei: VEGFR-2 (Flk-1), SCL/Tal1, Runx1 • Hemangioblaszt fenntartása
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Szövetvonalak ontogenezise a csontvelőben Hemangioblaszt (Flk-1+, VEcadherin+, CD45-) HSC
Mezo-Angioblaszt
Oszteoblasztok
Stróma sejtek
Limfoid progenitorok
Mieloid progenitorok
T-sejtvonal B-sejtvonal
MSC
EPC
Periciták SMC
Monociták
EC
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A csontvelői őssejtek funkcionális egymásrautaltsága Mátrix proteinek, adhéziós molekulák, citokinek sorát expresszálja HSC
MSC
EPC
