Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

Átírás

1 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

2 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Dr. Pongrácz Judit Háromdimenziós szövettenyésztés és tissue engineering 19. Előadás SZÖVETI REGENERÁCIÓ (3)

3 Szívelégtelenség Az egyik leggyakoribb betegség Nagy morbiditás és mortalitási ok a fejlett országokban Okok: Veleszületett rendellenességek Magas vérnyomás Szívinfarktus Mérgek, toxinok Fertőzések

4 Szívizom regenerációs terápiák A szívizom regenerációját célzó terápiák a kutatások fókuszában vannak: A szívelégtelenség előfordulása egyre gyakoribb az életkor előrehaladásával A fejlett országokban a populáció egyre inkább öregszik A szívinfarktust túlélő betegek száma növekszik A legtöbb MI túlélő szívelégtelenségben szenved

5 LVAD A bal kamra pumpafunkcióját segíti Pulzálás vagy Folyamatos pumpálás 7 év az LVAD-al viselési rekord

6 Bal kamra kisegítő eszközök Szívtranszplantációra váró betegekben: A megfelelő donor megtalálásáig életben tartja a szívelégtelenségben szenvedő beteget A kezelés maga is segíti a sérült szívizom regenerációját Javítja az életminőséget Transzplantációra alkalmatlan betegeknél: Palliatív terápia Javítja az életminőséget Szövődmények lehetnek: Infekció veszélye Alvadási rendellenességek veszélye Embolizáció veszélye

7 Csontvelői sejtek a szívizom regenerációban TÁMOP /1/A Csontvelő Mesenchimális őssejtek Hemopoetikus őssejtek Side population sejtek Vázizom Szatellita sejtek Side population sejtek Vérerek Endotél progenitor sejtek (hemangioblasztok) Szív Side population sejtek Kit + sejtek Sca-1 + sejtek Fúziós és nem-fúziós differenciációs út

8 Sejtes terápiás lehetőségek a szívizom-regenerációban I. TÁMOP /1/A Csontvelői sejtek (BMC) Hemopoetikus őssejtek részt vehetnek a szívizom regenerációjában Intenzíven tanulmányozott terület állatkísérletes modellekben különböző módon jelölt BMC-kkel Eltérő nemű donortől származó graftok betegekben Sérülés után BMC homing tapasztalható a sérült területre GCSF moblizáció nem reprodukálja a BMC helyi injektálásának eredményeit

9 Sejtes terápiás lehetőségek a szívizomregenerációban II. TÁMOP /1/A Intravenás infúzió Szelectív intrakoronáriás infusion Direkt intramiocardiális injekció Fúzió a residens kardiomiocitákkal Differenciáció a szívre jellemző fenotípussá Parakrin faktorok szekréciója Differenciáció érfal komponensekké Perivaskuláris inkorporáció Kardiomiocita apoptosis Rezidens őssejtek toborzása Kardiomiocita proliferáció Matrix: Hegszövet kompozíció Granulációs szövet Pro-angiogén cytokinek Angiogén ligandok Funkcionális kardiomiociták száma Perfúzió Szív teljesítménye

10 Sejtes terápiás lehetőségek a szívizomregenerációban III. TÁMOP /1/A BMC transzdifferenciációjára szívizomsejtekké nincs direkt bizonyíték Ha egyáltalán előfordul, nagyon ritka esemény Talán az egyetlen nyilvánvaló terápiás előny a sérült szívizomszövet megnövekedett vaszkularizációja, amely a saját regenerációs kapacitást növeli.

11 Sejtes terápiás lehetőségek a szívizomregenerációban IV. TÁMOP /1/A A szívizomsejtek megtartott osztódási képessége bizonyított tény Többfajta őssejt-markereket (Sca-1, CD31) és szívizom-markereket expresszáló, proliferáló sejttípus mutatható ki a szívizomban 5-azacitidinindukálta sérülés után Rágcsálókban és emberekben is kimutatható Jó proliferációs képesség

12 Szívizom sejtes terápiája Szívizomsejt Egy sejtmag (centrális) Gap junction (+) Cx43 expresszió (+) Vázizomrost Sokmagvú (perifériás) Gap junction (-) Cx43 expresszió (-)??? Myotubulus Sokmagvú Gap junction (-) Cx43 expresszió (-) Myoblaszt (szatellita sejt) Egy sejtmag Gap junction (+) Cx43 expresszió (+) Proliferáció (+) Fúzió és differenciáció

13 Vázizom myoblasztok Biopsziából származó vázizom mioblasztokat alkalmaztak korai stádiumú klinikai kipróbálás során Szívizom teljesítmény és életminőség növekszik: Csökken a NO szükséglet Javul az NYHA besorolás Javul a fizikai terhelhetőség A betegeknél kamrai aritmiák fordultak elő Néha ICD beültetése vált szükségessé A vizsgálatokban részt vett betegek száma alacsony volt Nem volt kezeletlen kontroll csoport ezekben a vizsgálatokban

14 Embrionális őssejtek A szívizommá differenciálódási képesség bizonyított hesc-eket beültetés előtt differenciáltatni szükséges A sérülés önmagában nem indukálja a hesc növekedését és a szívizommá való differenciációt, sőt, gyulladásos citokinek károsíthatják a beültetett sejteket Gyulladáscsökkentő és más védő anyagok alkalmazása szükséges a graft támogatásához (IGF-1, pán-kaszpáz inhibitorok és NO blokkolók) A differenciálódott szívizomsejtek immunválaszt váltanak ki immunkompetens egerekben. Teratoma kialakulása is kockázatot jelent. Jelenleg kérdéses a klinikai alkalmazás jövője.

15 Tissue engineering megoldások fogpótlásban A fogazat nagyon fontos a gerincesek táplálkozásában A fogzási rendellenességek vagy a hiányos szájhigiéné nem életet veszélyeztető kondíció a fejlett országokban Ennek ellenére a fogazat károsodása és betegségei jelentősen csökkentik az életminőséget

16 Fogfejlődés Kölcsönös jelátviteli események az epitélium és az alatta lévő mesenchyma között A morfogenezis és a végleges differenciáció megkezdődése 1. Csíra szakasz 2. Epitéliális sapka szakasz (körbeveszi a mesenchymát) 3. Harang szakasz 4. Koronai szakasz Fogkorona Zománc Cement Periodontális membrán Sharpey rost Foggyökér Vérér Dentin Odontoblaszt Pulpaüreg Fogíny rost Fogágy csont Idegrost

17 Fogbél eredetű őssejtek (DPSC) A DPSC-k multipotens sejtek a fogbélben (pulpa dentis) Fontos szerep a dentin sérülés utáni regenerációjában Odontoblasztok jelennek meg a sérülés helyén Differenciálatlan mezenchymális sejtek folyamatosan vándorolnak a mélyebb rétegekből a dentin felé és odontoblaszt irányú differenciáció figyelhető meg Kísérleti bizonyítékok utalnak arra, hogy a migráló sejtek a DPSC-k.

18 A DPSC-k differenciációs képessége Emberi DPSC-k tenyésztése mineralizációt serkentő körülmények között A sejtek odontoblaszt-szerű sejtekké differenciálódnak, dentint termelnek és nestinpozitívak A DPSC-k fenotípusosan az MSC-kre emlékeztetnek, de a dentin-termelő képességük egyedi

19 Tissue engineering a fogpótlásban Fogképző sejtek screenelése Sejt ko-kultúra 3D körülmények között Fogcsíra szövetkonstrukció transzplantációja Betegből izolált őssejtek Epitéliális sejtek Mezenchymális sejtek Fogcsíra szövetkonstrukció In vitro tenyésztett fogkonstrukció A transzplantált szövetkonstrukció foggá fejlődik Transzplantáció

20 Fog előállítása mesterséges körülmények között I. TÁMOP /1/A Scaffold-alapú foggyökér: Biokompatibilis anyagból készült gyökérimplantátum, amelyre mesterséges (pl. porcelán) koronát rögzítenek A sejtek belenőnek a scaffold anyagába, így biztosítják a rögzítést Sertés állatmodellen végzett kísérletek bizonyítják a megvalósíthatóságot

21 Fog előállítása mesterséges körülmények között II. TÁMOP /1/A Az embrionális fogfejlődés mesterséges reprodukálása: Az embrionális fogfejlődés tökéletesen azonos funkciójú fogat eredményez A foggyökér és a korona is kifejlődik Rágcsáló kísérletek sikeresek voltak Nem csak embrionális, hanem újszülött vagy felnőtt eredetű sejtek is képesek voltak a fog kinövesztésére Scaffold alapú és scaffoldmentes rendszerek is kipróbálásra kerültek

22 Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Dr. Pongrácz Judit Háromdimenziós szövettenyésztés és tissue engineering 20. Előadás SZÖVETI REGENERÁCIÓ (4)

23 Húgyivari szervek sérülésének okai Húgyivari szervek sérülései vagy funkcióvesztése: Fejlődési rendellenességek Trauma Fertőzés, gyulladás Orvosi beavatkozás mellékhatása (iatrogén ok)

24 Megoldások a húgyivari szervek szöveti regenerációjában Saját nem-húgyivari eredetű szövetek: Bőr Gasztrointeszinális eredetű szövetek Más szervekből kivett nyálkahártya Allogén eredetű szövetek: Kadáver vagy élődonoros eredetű vesegraft Kadáver eredetű fascia Xenogén anyagok: Szarvasmarha kollagén Mesterséges anyagok: Szilikon Polyuretán Teflon

25 Sejtek izolálása szöveti regeneráció céljára Autológ vagy allogén Végstádiumú szervelégtelenség gyakran behatárolja a szöveti regenerációra alkalmas sejtek mennyiségét In vitro tenyésztési eredmények különbözőek: In vitro tenyészett hólyag simaizomsejtek: alacsony kontraktilitás Alacsony sejtszám behatárolja a regenerációs lehetőségeket Őssejtek jelenthetik a megoldást Terápiás klónozás is megoldást jelenthet

26 Bioanyagok a húgyivari szervek rekonstrukciójában I. Mesterséges anyagok ECM funkciók pótlása: 3D struktúra kialakítása a szövet kialakulásának támogatására Sejtdifferenciáció szabályozása és serkentése bioaktív molekulák tárolása és leadása útján Sejtek injektálása a megfelelő scaffold támogatása nélkül nem eléggé hatékony

27 Bioanyagok a húgyivari szervek rekonstrukciójában II. Természetes eredetű bioanyagok Kollagén Alginát Sejtmentes szöveti alapanyagok: Hólyagi submucosa Vékonybél submucosa (SIS) Szintetikus polimerek PLA, PGA, PLGA

28 Urothelium különleges funkciók Kiválasztó, nem felszívó funkció Jelenlegi sebészeti rekonstrukciós megoldások a gasztrointesztinális autograftokat részesítik előnyben a húgycső, húgyvezeték vagy a hólyag sérüléseinek a rekonstrukciójában Az intesztinális hám és az urothelium különböző szerkezete és funkciója gyakran okoz mellékhatásokat, amelyeknek súlyos következményeik is lehetnek

29 Húgycső rekonstrukció I. Szűkületek, sérülések, trauma, fejlődési rendellenességek (pl. hypospadiasis) Leggyakrabban a bukkális nyálkahártyát használják graftként a rekonstrukciós sebészetben: A graftot a pofa vagy az ajkak belső felszínéről veszik A hám vastag és a nyálkahártya erezete gazdag Emiatt a graft ellenálló a fertőzésekkel szemben

30 Húgycső rekonstrukció II. Hólyag-eredetű urotélium: Megfelelőnek bizonyult a rekonstrukcióban nyulakban Klinikai kipróbálás eddig nem volt Sejtmentes kollagén szövetek: Az anyag szükség szerint rendelkezésre áll Az eredmények jók a csak rekonstrukciós sebészeti megoldások esetében A szűkületek gyakoriak, ha a húgycsövet teljes átmérőjében, tubularizáltan kell rekonstruálni

31 Húgycső rekonstrukció III. Sejtmentesített és tubuláris scaffold konstruktok, amelyekre autológ urotéliumot növesztettek: Állatkísérletes eredmények biztatóak A szövetkonstrukciók hisztológiai szerkezete a natív urotéliumhoz hasonlatos Kollagén scaffold sejtek kiültetése nélkül szűkületet eredményezett

32 Hólyag rekonstrukció I. Leggyakrabban intesztinális eredetű nyálkahártyát használnak rekonstrukcióra: Az intesztinális hám különbözik az urotéliumtól Az intesztinális hám szerepe a táplálék abszorpció és a nyákszekréció Szövődmények: infekció, vesekő, anyagcsere rendellenességek, perforáció, megnövekedett nyákszekréció, rosszindulatú daganatok kialakulása Az ellentmondásos eredmények miatt alternatív terápiás lehetőségek felé fordult az érdeklődés

33 Hólyag rekonstrukció II. Hólyag megnagyobbító megoldások: A húgyhólyag progresszív dilatációja a leggyakrabban alkalmazott konzervatív megoldás Augmentációs cisztoplasztika: a hólyag megnagyobbítása húgyvezeték-eredetű urotéliummal Jobb eredmények érhetőek el ezzel a megoldással, mint a gasztrointesztinális eredetű graftokkal

34 Hólyag rekonstrukció III. Sejtmentes ECM-eredetű anyagok: Xenogén SIS sejtmentesített kollagén-alapú szöveti mátrix nincsen mukózális izomréteg (str. muscularis mucosae) A graft hámosodása rendben lezajlott Az izomréteg miatt a kontrakciós compliance akadályoztatott Scaffold-okra ültetett hám- és simaizomsejtek: Az izomréteg sikeresen kialakult, a kontrakciós compliance megfelelő Scaffold-ok: PGA és kollagén kombinációja

35 Húgyvezeték rekonstrukció Húgyvezeték rekonstrukció állatokban: Sejtmentes scaffold-ok beültetésével sikeres volt a húgyvezeték fal minden rétegének a regenerációja patkányokban Merev anyagokból készült csövek (teflon) beültetése nem bizonyult sikeresnek kutyákban 3cm hosszú csőszerű sejtmentes scaffold-ok beültetése kutyákban szűkület kialakulásához vezetett Sejtes scaffoldok beültetése sokkal kielégítőbb eredményekhez vezetett kutyakísérletekben

36 Vesepótló kezelések Jelenleg rutinszerűen két típusú kezelést alkalmaznak a végstádiumú veseelégtelenség (ESRF) kezelésében: Művesekezelés (Dialízis) Vesetranszplantáció

37 Dialízis Hemodialízis, hemofiltráció Dializátorok: szintetikus anyagból készült porózus rostok alkalmazása a leggyakoribb Alvadásgátolt vénás vért eresztenek át a dializáló berendezésen, ellenáramú dializáló oldatot alkalmaznak Hasi (Peritoneális) dialízis A dializáló oldatot katéteren keresztül a hasüregbe vezetik A toxikus metabolitok és a felhalmozódott víz eltávolítása a betegből a plazma és a dializáló folyadék közötti ozmotikus különbségeken alapul Szív- és érrendszeri, metabolikus és mozgásszervrendszeri szövődmények előfordulása gyakori

38 Vesetranszplantáció A leggyakrabban átültetett parenchimás szerv Kadáver vagy élő donor A dializált betegekhez képest jelentősen javul az életminőség Allogén eredetű graft beültetése után immunszupresszív kezelés szükséges Az immunszuppresszív kezelés mellékhatásai: fertőzések és malignus daganatok kialakulására való hajlam növekedése, máj- és vesetoxicitás, szív- és érrendszeri, valamint metabolikus mellékhatások

39 TE vese előállítása I. Bioartificiális megközelítés: A dializáló gépek helyettesítése biológiai művesével Extrakorporeális és beültethető változatok is Preklinikai kísérletek kutyákon sertés vese tubulus sejtekből kialakított biológiai művesével: sikeres karbamid és kálium-szint kontroll Legnagyobb hátrány: a beteg még így is géphez kötve éli az életét

40 Hemofilter TÁMOP /1/A Biológiai művese Pumpa ml/min Szürlettartály Hőcserélő 5-10 mm Hg Pressure monitor RAD dializátor Rostok fala Lumen Proximális tubulus sejtek Extrakapilláris tér mm Hg Hőcserélő Hemofilterből jövő vér (RAD extrakapilláris térbe) Dializátorból jövő vér Feldolgozott szűrlet (vizelet) Ultrafiltrátum (RAD lumenbe) Plazmapótló folyadék Pumpa ml/min Pumpa 1 80 ml/min Vénás vér

41 TE vese előállítása II. In vivo megközelítés: Humán vesesejteket tubuláris polikarbonát scaffoldkonstrukcióra ültettek Immundeficiens egérbe való beültetés során megfelelő sűrűségű érhálózat alakult ki Vizeletszerű folyadék termelése: karbamid és kreatinin tartalom A hámsejtek tubuláris differenciáció jeleit mutatták

42 In vitro előállított egér vese Sejtek Bimbó Bimbó Wolff cső Sejtek Metanefrikus mesenchyma 4-6 nap