Een hart voor stamcellen Jean-Luc Rummens
6 januari 2014
Jessa onderzoek
hersteltherapie voor patiënten met hartfalen na een myocardinfarct
het menselijk hart
kroonslagader of coronair
rechter voorkamer (atrium) rechter kamer (ventrikel)
linker voorkamer
linker kamer
het hart en de bloedsomloop
myocardinfarct
myocardinfarct onomkeerbaar verlies van hartspiercellen ! verstopte arterie => 02 - tekort => afsterven van weefsel => littekenvorming
myocardinfarct
myocardinfarct => hartfalen
hartfalen => symptomen kortademig en versneld hartritme kuchen en hoesten vochtopstapeling in de weefsels vermoedheid verminderde eetlust braakneigingen verwardheid frekwente opnames in ziekenhuis
hartfalen ► incidentie : 0,1 - 0,5% per jaar ► prevalentie : 200.000 patiënten ► 1-jaar overlijden = 10 - 50%
voornaamste doodsoorzaak in de westerse wereld
Causes of Death in Europe (men)
European Cardiovascular Disease Statistics 2012 edition
Causes of Death in Europe (Women)
European Cardiovascular Disease Statistics 2012 edition
16
Economic Costs (€ thousands) Production
Production
losses due to
losses due to
mortality
morbidity
€256,243
€201,880
€12,014,249
€5,530,552
Belgium EU
Informal care €487,018 €22,812,144
European Cardiovascular Disease Statistics 2012 edition
2010 World wide
US$ 863 billion
22%
2030 US$ 1,044 billion
Bloom et al.The Global Economic Burden of Noncommunicable Diseases (2011, world economic forum)
17
veranderen van levensstijl ► rookstop (rookstoplijn: 0800/111 00; www.jessazh.be) ► gewichtscontrole ► beperkt alcohol en caffeïne gebruik ► vetarm en zoutarm dieet ► training adhv revalidatieprogramma ► verminderen van stress
medicatie β-blokkers ACE inhibitoren Vasodilatoren Diuretica Bloedverdunners Cholesterol verlagende middelen
chirurgie : overbrugging
chirurgie : kunstpomp (Li-ventrikel) LVAD
chirurgie
: harttransplantatie
ideale therapie voor
hartfalen?
vervangen van dood weefsel hartfunctie herstellen
STAMCELLEN !?
stamcellen !?
STAMCELLEN - bestaan ze ? - wat zijn ze (definitie, kenmerken) ? - wat doen ze ?
hallo, ik ben het geknipt bewijs dat stamcellen bestaan !
stamcellen : definitie 1. zijn onrijp, niet gespecialiseerd 2. kunnen delen (prolifereren) en zichzelf vernieuwen voor zeer lange tijd 3. groeien uit tot rijpe, gespecialiseerde cellen (differentiëren) stemcells.nih.gov
delen
zelfvernieuwing
uitgroeien
zelfvernieuwing
cytokines groeifactoren hormonen
uitgroeien
stamcellen : soorten
4embryonaal 4foetaal 4navelstrengbloed 4volwassen
volwassen stamcellen 1. zijn nog onrijp en niet uitgegroeid 2. bevinden zich tussen de rijpe cellen van weefsels of organen (na de geboorte) 3. kunnen zichzelf vernieuwen 4. kunnen uitgroeien tot rijpe cellen onderhoud en herstel van het weefsel waarin ze zich bevinden stemcells.nih.gov
volwassen stamcellen
klinisch gebruik ? in Jessazh sinds 1995 autoloog allogeen
behandeling van bepaalde bloedziekten
perifeer bloed
rode bloedcellen
witte bloedcellen
bloedplaatjes
BLOED is een ORGAAN
8opgebouwd uit CELLEN 8opgelost in een VLOEISTOF
BLOED is een ORGAAN 8opgebouwd uit CELLEN ongedifferentieerd = onrijp, moedercellen of stamcellen = bloedvormende organen bv. beenmerg, milt, klier
gedifferentieerd = rijp = perifeer bloed, klier
invriezen van stamcellen
weefselbank voor hematopoietische stamcellen Jessa ziekenhuis Hasselt – FAGG 04-0005 / JACIE
intensieve hematologie
stamcellen !?
STAMCELLEN √ bestaan ze ? √ wat zijn ze (definitie,kenmerken) ? √ wat doen ze ?
ideale therapie voor myocardinfarct?
vervangen van dood weefsel hartfunctie herstellen
STAMCELLEN !?
Jessa Phase I clinical trial: 2004-2006 Chronic heart failure
40 ml
After ON incubation
beenmergafname
prikken t.h.v. de heupkam
+/- 120 ml
beenmergafname
isolatie beenmergstamcellen
isolatie beenmergstamcellen
Plasma beenmerg staal
Ficoll
MNC + SC Ficoll RBC en granulo’s
isolatie beenmergstamcellen Plasma Beenmerg staal
Ficoll
MNC+SC
RBC en granulocyten
gebeurt er iets … ? A
B
voor
gebeurt er iets … JA !
voor na
Recovery of Regional but Not Global Contractile Function by the Direct Intramyocardial Autologous Bone Marrow Transplantation Results From a Randomized Controlled Clinical Trial Marc Hendrikx, MD, PhD, FETCS; Karen Hensen, PhD; Christel Clijsters, BSc; Hanne Jongen, BSc; Remco Koninckx, MSc; Eric Bijnens, MD; Michel Ingels, MD; Axel Jacobs, MD; Robert Geukens, MD; Paul Dendale, MD, PhD; Johan Vijgen, MD; Dagmara Dilling, MD; Paul Steels, MD; Urbain Mees, MD, FETCS; Jean-Luc Rummens MD
Circulation. 2006; 114 [suppl I]:I-101-I-107
wat gebeurt er … ????
celproces in het hart = BLACK BOX !
terug naar het laboratorium…
neonatale ratjes (dag 0- dag 4)
besluit !!!! beenmergstamcellen kunnen niet differentiëren tot functionele cardiomyocyten
verbetering te wijten aan paracrien effect van beenmergstamcellen op endogeen herstelmechanisme
Human bone marrow stem cells co-cultured with neonatal rat cardiomyocytes display limited cardiomyogenic plasticity Remco Koninckx ab; Karen Hensen a; Annick Daniëls a; Marjan Moreels c; Ivo Lambrichts c; Hanne Jongen a; Christel Clijsters a; Urbain Mees d; Paul Steels b; Marc Hendrikx bd; Jean-Luc Rummens ab a
Laboratory of Experimental Hematology, Virga Jesse Hospital, Hasselt, Belgium
b
Laboratory of Physiology, Faculty of Medicine and School of Life Sciences, Hasselt University, Biomedical Research Institute and Transnational University Limburg, Diepenbeek, Belgium
c
Laboratory of Histology, School of Life Sciences, Hasselt University, Biomedical Research Institute and Transnational University Limburg, Diepenbeek, Belgium
d
Department of Cardiothoracic Surgery, Virga Jesse Hospital, Hasselt, Belgium
first published : 22 June 2009 - CYTOTHERAPY
zijn er stamcellen in het hart ?
Ja ! ►Messina et al. : cardiosphere derived cells (CDC) ►Anversa et al. : c-kit+ CSC
cardiale stamcellen (CSC) cardiale stamcellen voorgeprogrammeerd naar hartspiercellen
moeilijker te isoleren
isolatie van hartstamcellen : nadelen ---
c-kit+ CSCs :
► isolatietechniek laat geen verder klinisch gebruik toe ► delen niet goed (lage proliferatie) ► niet altijd echte stamcellen (contaminatie met wbc)
CDCs: ► zeer arbeidsintensieve techniek (meerdere stappen) ► steeds wisselende kweekomstandigheden
is er een andere techniek mogelijk ?
isolatie van hartstamcellen
isolatie uit hartoor zowel bij proefdieren als bij de mens
isolatie van hartstamcellen met nieuwe techniek (enzymatisch) Single cells Dissociation with collagenase type II ALDEFLUOR®
CSC
CSC
nieuwe techniek => nieuw stamceltype ! Cardiac Atrial Appendage Stem Cells (CASCs) 0,9±0,8%
Single cell suspension of human heart auricle
Aldefluor ±10 000 per isolation (n=90)
DEAB
Cardiac Atrial Appendage Stem Cell (CASCs)
terug naar het laboratorium…
neonatale ratjes (dag 0- dag 4)
laboratoriumonderzoek CASCs
zelfvernieuwing & delen
van hartstamcel (CASC) naar … kloppende hartspiercel TnT DAPI
630x
GFP
TnT
630x
630x
GFP
TnI
630x
630x
Merge
630x
TnI DAPI
630x
Merge
630x
van hartstamcel (CASC) naar … kloppende hartspiercel
Inward calcium current
Inward sodium current
GFP labelled CASCs
Cardiac Atrial Appendage Stem Cells (CASCs) : voordelen +++ • homogene populatie cardiale stamcellen • geïsoleerd uit het menselijk hartoor • enzymatische techniek => klinisch gebruik • zeer gemakkelijk te isoleren • vlot op te kweken in het lab • snel grote hoeveelheden • rijpen uit tot actief kloppende hartspiercellen • expressie van cTnT and cTnI • ionenstromen en trage actie potentialen
van het laboratorium naar … de proefdieren (Göttingen minipig)
The Göttingen minipig infarction model
• zeer eenvoudig om mee te werken: grootte, karakter, sociaal,… • enkel voor onderzoek, geen ethische problemen • homogene genetische afkomst • gezondheidscertificaat • cardiovasculairstelsel zeer gelijkend op dat van mensen
The Göttingen Minipig Infarction Model: Methode 2 uur LAD afsluiting
81
The Preclinical Protocol -2 Months Mini-thoracotomy, isolation, ex vivo expansion of porcine CASCs
2 Months 0 day Infarct induction and autologous transplantation of porcine CASCs
Baseline MRI of every pig
MRI to evaluate cardiac function
Day 2
4 months
MRI to determine infarct size and loss of cardiac function
MRI to evaluate cardiac function and excision of the heart for histology
monitoring minipigs
83
in vivo differentiatie van CASCs naar hartspiercellen GFP/Troponin T/Dapi
The Cardiac Atrial Appendage Stem Cell
een nieuwe kandidaat voor hartherstel
The Cardiac Atrial Appendage Stem Cell
wanneer toepassing bij de mens ?
Jessa onderzoek na de CASC’s Study of paracrine mechanisms for myocardial regeneration
Study of multipotent character of CASCs and their behavior in ischemic conditions.
In vivo myocardial regeneration of CASCs
Study of activation of the endogeneous heart repair and repression of fibrosis.
migratie van de CASCs
PDGF-AA is belangrijk !
Mesenchymal Stem Cell Secreted Platelet Derived Growth Factor Exerts a Pro-Migratory Effect on Resident Cardiac Atrial Appendage Stem Cells Severina Windmoldersa,b, Astrid De Boeckc,1, Remco Koninckxa,b, Annick Daniëlsa, Olivier De Weverc, Marc Brackec, Marc Hendrikxb,d, Karen Hensena,b, Jean-Luc Rummensa,b
gebeurt er iets … JA ! A
B
voor C
na
D
Jessa onderzoeksteam
M Hendrikx, JL Rummens, A Daniels, K Hensen, L Willems, S Windmolders, R Koninckx, Y Fanton, B Robic
Anesthesisten Jessa - Jasperina Dubois - Luc Jamaer Radiologen Jessa - Eric Bijnens
HARTELIJK DANK VOOR UW AANDACHT !
95
