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 19. Előadás SZÖVETI REGENERÁCIÓ (3)
Szívelégtelenség Az egyik leggyakoribb betegség Nagy morbiditás és mortalitási ok a fejlett országokban Okok: Veleszületett rendellenességek Magas vérnyomás Szívinfarktus Mérgek, toxinok Fertőzések
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
LVAD A bal kamra pumpafunkcióját segíti Pulzálás vagy Folyamatos pumpálás 7 év az LVAD-al viselési rekord
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
Csontvelői sejtek a szívizom regenerációban TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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
Sejtes terápiás lehetőségek a szívizom-regenerációban I. TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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
Sejtes terápiás lehetőségek a szívizomregenerációban II. TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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
Sejtes terápiás lehetőségek a szívizomregenerációban III. TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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.
Sejtes terápiás lehetőségek a szívizomregenerációban IV. TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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
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
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
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.
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
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
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.
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
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
Fog előállítása mesterséges körülmények között I. TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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
Fog előállítása mesterséges körülmények között II. TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 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
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 20. Előadás SZÖVETI REGENERÁCIÓ (4)
Húgyivari szervek sérülésének okai Húgyivari szervek sérülései vagy funkcióvesztése: Fejlődési rendellenességek Trauma Fertőzés, gyulladás Orvosi beavatkozás mellékhatása (iatrogén ok)
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
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
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
Bioanyagok a húgyivari szervek rekonstrukciójában II. Természetes eredetű bioanyagok Kollagén Alginát Sejtmentes szöveti alapanyagok: Hólyagi submucosa Vékonybél submucosa (SIS) Szintetikus polimerek PLA, PGA, PLGA
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
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
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
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
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
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
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
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
Vesepótló kezelések Jelenleg rutinszerűen két típusú kezelést alkalmaznak a végstádiumú veseelégtelenség (ESRF) kezelésében: Művesekezelés (Dialízis) Vesetranszplantáció
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
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
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
Hemofilter TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Biológiai művese Pumpa 2 5-7 ml/min Szürlettartály Hőcserélő 5-10 mm Hg Pressure monitor RAD dializátor Rostok fala Lumen Proximális tubulus sejtek Extrakapilláris tér 10-25 mm Hg Hőcserélő Hemofilterből jövő vér (RAD extrakapilláris térbe) Dializátorból jövő vér Feldolgozott szűrlet (vizelet) Ultrafiltrátum (RAD lumenbe) Plazmapótló folyadék Pumpa 3 70-80 ml/min Pumpa 1 80 ml/min Vénás vér
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
In vitro előállított egér vese Sejtek Bimbó Bimbó Wolff cső Sejtek Metanefrikus mesenchyma 4-6 nap