verfaillepresentatie

(1)

Lessen

voor

de 21

ste

_Eeuw

Stamcellen

:

therapie

voor

de

toekomst

?

Catherine Verfaillie

Leuven, 7 November, 2005

(2)

Stamcellen

Definitie

Type stamcellen

Toepassingen van stamcellen in geneeskunde

Ethische en morele vragen omtrent stamcellen

(3)

Stamcel:

definitie

differentië

ren

(4)

(5)

Bevruchte eicel

Blastocyst

placenta

_{Binnenste celmasa}

Embryonale

stamcel

(ES

cel

)

wordt

niet

oud

(6)

+

ES

cellen

produceren

alle

cellen

van

een

muis

(7)

TERATOMA

darm nier

bot _hersenen

Humane ES

cellen

differenti

ë

r

en

ook

in

alle

(?)

celtypes

(8)

Differentiatie

(9)

Enthousiasme

omwille

van ES

cellen

• Wordt niet oud en differentiëert in alle celtypes

• Dus: ES cellen kunnen alle ziektes helen?

(10)

Prenatale

genetische

diagnose + ES

cellijnen

8-cell embryo

Biopsie van 1 blastomeer (cel)

PCR voor genetische ziekte

Gemuteerd embryo

Blastocyst cultuur

Normaal embryo

Implanteren

ES cellijn met

genetische ziekte

(11)

Condities

waarvoor

prenatale

genetische

diagnose

wordt

gebruikt

at risk of transmitting X-linked or single gene disorders such as:

– Cystic fibrosis

– Lesch Nyhan

– Tay Sachs

– Huntington disease

– Myotonic dystrophy

– Spinal cerebellar ataxia

– Spinal muscular atrophy-1 (SMA-1)

– Duchenne muscular dystrophy

– VCFS/DiGeorge syndromes

– Fanconi anemia-A

– SCIDS (autosomal recessive mutation of ADA)

– Hemophilia A

– RH incompatibility

(12)

Maar

,

ook

controverse

rond

ES

cellen

• Teratomas (niet kwaadaardige tumor)

• Allogeen (van andere persoon)

(13)

ONBEVRUCHTE EICEL NUCLEUS TRANSFER HUIDCEL BLASTOCYST ES CELLIJN NEURALE CELLEN LEVERCEL BEEN-CEL

“AUTOLOGE” STAMCEL THERAPIE

ZIEKTE MODEL

KLONEN VOOR REPRODUKTIE

GEKLOOND EMBRYO NUCLEUS WORDT

(14)

Wetenschappelijke

redenen

tegen

reproductief

klonen

• Hoog aantal abnormale embryos

• Heel weinig levende geboortes

• Medische problemen met gekloonde

dieren

(15)

Morele

redenen

tegen

reproductief

klonen

(16)

Hersencellen

Hartspier

Bloed

hersenen hart beenmerg

“

(17)

Beenmerg

stamcellen

zijn

ook

meer

potent?

HSC

Beenmerg

Bloed +

Skeletale spier

Cardiale spier

Neuronen / glia

Levercellen

(18)

Isolatie

van “

pluripotente

”

stamcellen

uit

beenmerg

kweken

• 2002

– Toma: Skin derived progenitor (SKP) (Nature Cell Biol)

– Jiang: Multipotent adult progenitor cell (MAPC) (Nature)

• 2004

– D’Ipolitti:Marrow-isolated adult multilineage inducible (MIAMI) cell (J Cell Science)

– Kogler: Unrestricted somatic stem cell (USSC) (J Exp Med)

• 2005

– Yoon:BM-derived multipotent stem cell

(

BMSCs) (J Clin Invest)

– Bonnet:Flk1/SSEA1/Oct4+ MSC (Personal communication)

(19)

All the inventions that the world contains,

were not by reason first found out, nor brains

but pass for theirs who had the luck

to light upon them by mistake or oversight

Samuel Butler

Oops!

(20)

M

ultipotente

A

dulte

P

rogenitor

C

el

(

MAPcel

)

ondergaat

geen

senescence (

oud

worden

)

Mens

Aap

Varken

Muis

Rat

1038 1036 1034 1032 1030 1028 1026 1024 1022 1020 1018 1016 1014 1012 1010 108 106 104 102 100 0 100 200 300 Dagen in kweek

Hayflick fenomeen

Kritische telomeerverkorting

(21)

CaPo4 BOTCEL KRAAKBEENCEL Collagen II GLADDE SPIER Sm Myosin SKELETSPIER Sk Myosin

MAPcel

(22)

Bloedcel: NEEN ENDOTHEELCEL vWF BLOEDCEL CaPo4 BOTCEL KRAAKBEENCEL Collagen II GLADDE SPIER Sm Myosin SKELETSPIER Sk Myosin

MAPcel

(23)

ENDOTHEELCEL vWF CaPo4 BOTCEL KRAAKBEENCEL Collagen II GLADDE SPIER Sm Myosin SKELETSPIER Sk Myosin BLOEDCEL GABA/TH NEURON

MAPcel

(24)

Alb/HNF1 LEVERCEL ENDOTHEELCEL vWF CaPo4 BOTCEL KRAAKBEENCEL Collagen II GLADDE SPIER Sm Myosin SKELETSPIER Sk Myosin BLOEDCEL PDX1 TRITC INSULIN+ CEL GABA/TH NEURON

MAPcel

(25)

Alb/HNF1 LEVERCEL HARTSPIER: NEEN ENDOTHEELCEL vWF CaPo4 BOTCEL KRAAKBEENCEL Collagen II GLADDE SPIER Sm Myosin SKELETSPIER Sk Myosin BLOEDCEL PDX1 TRITC INSULIN+ CEL GABA/TH NEURON

MAPcel

(26)

Enthousiasme

omwille

van

volwassen

stamcellen

• Sommige worden ook niet oud en differentiëren in vele celtypes

• Dus: volwassen stamcellen kunnen vele ziektes genezen?

• Kan misschien autoloog

• Geen ethische bezwaren

(27)

Hoe

kan

dit

?

Tegen

(28)

Multipele

stamcellen

Spier

HSC

Celfusie

ES cel

Lever

Hart

Spier

Purkinje

Bloed

cel

Tetraploide

cel

Trans-/de-differentiatie

Mogelijke

verklaringen

:

(29)

Maar, …

• Onderzoek naar pluripotente volwassen stamcellen in kinderschoenen, en

veel nog niet geweten!

Niet

duidelijk

dat

volwassen

stamcellen

even potent

zijn

als

embryonale

stamcellen

!

Enthousiasme

omwille

van

volwassen

stamcellen

• Sommige worden ook niet oud en differentiëren in vele celtypes

• Dus: volwassen stamcellen kunnen vele ziektes genezen?

• Kan misschien autoloog

• Geen ethische bezwaren

(30)

- Celtherapie

– Welke groeifactoren,

welke genen?

– Nieuwe medicaties?

– Toxiciteit screening?

ES cellen

Volwassen stamcellen

(31)

Bloed

stamceltransplantatie

Lymfociet

Witte

bloedcel

Rode

bloedcel

Bloed

plaatje

Radiotherapie

Chemotherapie

(32)

Navelstrengbloed bevat heel potente bloedstamcellen,

maar,

er zijn er te weinig om een volwassene te behandelen

VRAAG:

Kunnen we die expanderen in het labo en dan gebruiken om een

volwassene te transplanteren?

(33)

Navelstrengbloed

Stamcel vs.

Progenitorcel

HET bloed stamcel gen

(34)

Navelstrengbloed

Stamcel vs.

Progenitor cel

Gen naam fold higher AAA 2.0 BBB 2.2 CCC 2.2 DDD 2.3 EEE 2.3 FFF 2.3 GGG 2.4 HHH 2.4 III 2.5 JJJ 2.6 KKK 2.8 LLL 2.8 MMM 2.9 NNN 3.0 OOO 3.2 PPP 3.3 QQQ 3.5 RRR 3.5 SSS 3.8 TTT 3.9 UUU 4.2 VVV 5.1 WWW 7.3 AAA 2.0 BBB 2.2 CCC 2.2 DDD 2.3 EEE 2.3 FFF 2.3 GGG 2.4 HHH 2.4 III 2.5 … >40,000 genen

(35)

Navelstrengbloed

Stamcel vs.

Progenitor cel

>40,000 genen

Gen naam fold higher AAA 2.0 BBB 2.2 CCC 2.2 DDD 2.3 EEE 2.3 FFF 2.3 GGG 2.4 HHH 2.4 III 2.5 JJJ 2.6 KKK 2.8 LLL 2.8 MMM 2.9 NNN 3.0 OOO 3.2 PPP 3.3 QQQ 3.5 RRR 3.5 SSS 3.8 TTT 3.9 UUU 4.2 VVV 5.1 WWW 7.3 AAA 2.0 BBB 2.2 CCC 2.2 DDD 2.3 EEE 2.3 FFF 2.3 GGG 2.4 HHH 2.4 III 2.5 …

HET bloed stamcel gen

(36)

Combineer

sequencering

van

humaan

genoom

en

stamcel

technology

om

nieuwe

groeifactoren

te

identificeren

• Functional genomics/proteomics

– Identificatie van kandidaat genen en proteinen die

verantwoordelijk zijn voor hernieuwing en differentiatie

• Functie van genen valideren

– Modelorganisme (vis, kikker, …)

(37)

- Celtherapie

– Welke groeifactoren,

welke genen?

– Nieuwe medicaties?

– Toxiciteit screening?

ES cellen

Volwassen stamcellen

(38)

Aderverkalking

Diabetes

Hoog cholesterol

Hartinfarct

Voetgangreen

Hersenbloeding

Ballon angioplastie

Overbrugging

???

(39)

(40)

Kunnen

beenmergstamcellen

gebruikt

worden

om

hartinfarct

(41)

Muizen

beenmerg

differenti

ë

ert

in

hartspier

, en

dit

verbetert

de

ejectiefractie

(

pompfunctie

) van

het

hart

Groene hartspier, endotheelcellen

en gladde spiercellen

(42)

Ongoing Intracoronary BM MNCs 200 RCT, double blind REPAIR-AMI Intracoronary BM MNCs ~70 RCT, double blind Janssens Improved EF, ↑ restenosis Intracoronary Peripheral G-CSF-stimulated leukocytes 27 RCT, open label Kang Improved EF Intracoronary BM MNCs 60 RCT, open label BOOST Improved EF and perfusion Intracoronary BM mesenchymal cells 69 RCT, open label Chen Improved EF and perfusion Intracoronary BM MNCs, cultured circulating EPCs 28 Series, historical control TOPCARE Feasible Intracoronary BM MNCs 10 Series Strauer Results Delivery method Cell type n Design Study Acute MI

BM=bone marrow; MNC= mononuclear cell; IC= intracoronary; EPC= endothelial progenitor cell; G-CSF= granulocyte colony stimulating factor; EF= left ventricular ejection fraction;

(43)

AMI

:

Gerandomisserde

dubbel blind studie

(Prof Stefan Janssens, K U Leuven)

Cumulative ST-segment

↑

≥ 6 mm

Time after symptom onset > 2h

Successful reperfusion post PCI

+ documented LV dysfunction

• Informed consent

• Acetate-PET scan

• TTE

• Bone marrow aspiration

+ randomization

24 hours

Beenmergstamcellen of placebo in coronairen

In-hospital monitoring (7 d)

-

Rhythm monitoring

-

cine MRI - LE

-

Stress Echo / TDI

Follow-up (4 mo)

-

Acetate-PET scan

-

cine MRI - LE

(44)

• Volume: 130±22 mL

(iliac crest - locale anaesthesie)

• Volume na Ficoll : 10 mL,

• Totale celnummer: 304 x 10

6

_{(128 x 10}

6

₎

• FACS analyse mononucleaire cellen:

– CD34+: 2.8

x

10

6

_{(1.7 x 10}

6

₎

– CD133+: 2.0

x

10

6

_{(1.3 x 10}

6

₎

– CD90+/Thy-1: 0.2

x

10

6

_{(0.15 x 10}

6

₎

– CD105+/endoglin:

2.5 x 10

6

_{(2.0 x 10}

6

₎

– CD117+/c-kit: 7.0

x

10

6

_{(3.9 x 10}

6

₎

– CD73+:

32 x 10

6

_{(20 x 10}

6

₎

Beenmerg

afname

(45)

(46)

Hoe be

ï

nvloeden

beenmergcellen

het

hart?

Maken nieuwe

bloedvaten

Maken nieuwe

hartspiercellen

Trophisch effect = productie (groei)factoren

Recruteren van cellen

(47)

Beenmerg

Isolatie

Expansie

GFP

labelen

MAPCs

Stamcellen

om

beroerte

te

behandelen

?

W. Low, LR Zhao, X. Ortiz, D. Keene, M. Reyes

(48)

Limb Placement Test

W. Low, LR Zhao, X. Ortiz, D. Keene, M. Reyes

Normaal

dier

Dier met

beroerte

(49)

Humane

MAPcellen

corrigeren

verlamming

grotendeels

,

zonder

dat

neuronen

gevormd

worden

W. Low, LR Zhao, X. Ortiz, D. Keene, M. Reyes

Limb Placement Score

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18 Sham

Saline

CyA

MAPC

* *

Voor transplant 2 weken nadien

6 weken nadien

(50)

Hoe be

ï

nvloeden

MAPcellen

herseninfarct

?

Maken nieuwe

bloedvaten

Maken nieuwe

neuronen en glia

Trophisch effect = productie (groei)factoren

Recruteren van cellen

(51)

Stamcellen

om

gangreen

te

voorkomen

?

A Luttun, J Ross, W Chen, J Hall

2

1

2

1

(52)

Stamcellen

om

gangreen

te

voorkomen

?

A Luttun, J Ross, W Chen, J Hall

2

1

2

1 Countercurrent

zwembad

(53)

Zwem

test

9.5 720 7616 ligatie 5 10.2 105 1026 ligatie 4 26.7 333 1246 ligatie 3 13.8 12.6 82 649 Ligatie 2 10.1 62 615 ligatie 1 100.0 1150 862 sham 5 100.0 715 617 sham 4 100.1 101.6 1049 1032 sham 3 98.7 1371 1389 sham 2 100.0 1331 984 sham 1 mean % test (sec) baseline (sec)

(54)

Stamcellen

om

gangreen

te

voorkomen

?

A Luttun, J Ross, W Chen, J Hall

2

1

2

1

(55)

MAPcel

injectie

verbeter

zwemkapaciteit

significant

A Luttun, J Ross, W Chen, J Hall

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

PBS

undiff MAPC

BMMNC

P <0.01

P = NS

(56)

Vene

Arterie

Spier

Verbetering

in

zwemkapaciteit

mogelijks

door

de

productie

van arteries en

nieuwe

spiercellen

(57)

Hoe be

ï

nvloeden

beenmergcellen

perifere

ischemie?

Maken nieuwe

bloedvaten

_{skeletale spiercellen}

Maken nieuwe

Trophisch effect = productie (groei)factoren

Recruteren van cellen

(58)

Bloed

stamcel

Hart

stamcel

MAPcel

MSC

Embryonale

stamcel

Hersen

stamcel

(59)

Media

Intima

Adventitia

Kunnen

we

een

arterie

bouwen

?

Jeff Ross, Bob Tranquillo

Vasculaire gladde spiercel

Arteriële endotheelcel

(60)

MAPC-gladde

spiercel + fibrine in

holle buis, rond

mandrel

Cellen breken fibrine af,

maken elastine rond de

nonadhesive mandrel

Contractie van de

structuur in korte tube

met elasticiteit

Bioartifici

ë

le Arteries?

Jeff Ross, Bob Tranquillo

(61)

Morele

vragen

rond

stamcel

onderzoek

1. Morele status van de blastocyst

2. Verlenging van leven vs. kwaliteit van leven?

3. Impact op maatschappelijk leven?

4. Stamcel therapie voor iedereen?

(62)

Morele

vragen

rond

stamcel

onderzoek

1. Is creëren en gebruik van ES cellen immoreel?

Of, wat is de morele status van de blastocyst

(63)

Is

cre

ë

ren

en

gebruik

van ES

cellen

immoreel

• Afhankelijk van religie, morele status van blastocyst (vroege

embryo) is ergens tussen “weefsel” en “mens”

• Wettigt het doel (genezen van ziekte) de middelen (blastocyst

vernietigen)

?

• Onderscheid tussen embryo’s gecreëerd voor in vitro

fertilizatie en embryos gecreëerd voor wetenschappelijk

onderzoek?

(64)

Vraag

:

Aangezien

volwassen

stamcellen

pluripotent

zijn

,

waarom

is

onderzoek

op ES

cellen

nog

nodig

?

Veel te vroeg om te beslissen welke cel (ES vs. MAP cel) de beste

cel is voor behandeling van genetische of verworven ziektes

Mogelijk, indien niet waarschijnlijk, dat ES cellen beter zijn om

sommige ziektes te behandelen en dat MAPcellen beter zullen zijn

voor andere ziektes

(65)

Morele

vragen

rond

stamcel

onderzoek

1. Morele status van de blastocyst

(66)

(67)

Science is desirable not only for the invention of an infinity of artifices,

which would enable us to enjoy - without pain - the fruits of the earth,

but also, and principally, for the conservation of health, which is without

doubt the primary good and the foundation of all other goods in life….

R. Descartes (Discours de la Méthode, 1637)

… Many die too late, and a few die too early.

“Die at the right time”. …

(68)

Morele

vragen

rond

stamcel

onderzoek

1. Morele status van de blastocyst?

2. Stamcellen zullen het leven verlengen?

(69)

Impact op

maatschappelijk

leven

?

0

10

20

30

40

1

2

3 S1

S2

S3

jaren

>75 0-25 25-75

1900 1975 2050?

leeftijd

verhouding

in

b

ev

olk

in

g

(70)

Impact op

maatschappelijk

leven

?

• Minder kinderen?

• Minder innovatie in werk?

• Wat met pensioen leeftijd, vergoeding?

• Wat met ziekteverzekering?

(71)

Morele

vragen

rond

stamcel

onderzoek

1. Morele status van blastocyst

2. Stamcellen zullen het leven verlengen?

3. Impact op maatschappelijk leven?

(72)

Stamcel

therapie

voor

iedereen

?

• Kost

– Autologe therapie niet financieel haalbaar

– Allogene therapie nog > tienduizenden Euro’s/behandeling

• Nood voor stamcel banken

– Wie betaalt?

– Hoe groot, hoeveel HLA-types?

– Indien limiet, welke HLA types?

(73)

Morele

vragen

rond

stamcel

onderzoek

1. Morele status van de blastocyst

2. Stamcellen zullen het leven verlengen?

3. Impact op maatschappelijk leven?

4. Stamcel therapie voor iedereen?

5. Correct om gelden te investeren in het creëren van dure

behandelingen voor “luxe” ziektes en dan minder in het

behandelingen voor bvb. infectieziektes die grootste deel van de

wereldbevolking aantasten?

(74)

Hoe

(75)

Heel

wat

werk

voor

de

boeg

!!!

√ Welke cel

• Embryonaal vs. volwassen?

• Gedifferentieerd of niet?

√ Proeven op kleine dieren

√ Proeven op grote dieren

√ Grootschalige productie

√ Fase 1 klinische testen

(76)

#1 #2 #3 ...

Genetische ziektes

Diabetes

Ischemie been

Beroerte

Hartinfarct

Parkinson

Ruggemergletsel

Leverziekte

Alzheimer??

Wanneer

realiteit

?

Bloedziektes

Arthritis

Botontkalking

Hartinfarct?

Niewe medicaties

Inzicht in ziektebeeld

(77)

HSC

Delforge, Boogaerts, Verfaillie

Cardiaal

Janssen Janssen

Vasculair

Janssen (Luttun, Carmeliet)

Neurologisch

Robberecht Robberecht

Skeletaal

Luyten Luyten

Diabetes

Mathieu Mathieu

Basis

Basis Preklinisch

Preklinisch

Klinische

(Phase I/II)

MAPC / ESC

biologie

Verfaillie +?Verfaillie +?

Immunologie

Van Gool, Billiau, WaerVan Gool, Billiau, Waer

Beeldvorming

Mortelmans, Van Laere, Debyser,Mortelmans, Van Laere, Debyser,

GMP

(78)

(79)

(80)

(81)

(82)

Who did the work

• Middelbare school

:

Evan Cobb, Nicole Ali, Ricky Jones, Sophie Rapaport, Sam Bjork

• Licentie studenten

:

Sarah Aldrich, Zach Kastenberg, Eric Rarhman, Aaron Lisberg, Jil Webber, Jeremy Alred, Jennifer Gravel, Ben Wildenbring

• Doctorandi

:

Morayma Reyes, Eugene Liu, Craig Eckfeldt, Rob Schwartz, Eric Mendenhall, Lucas Chase, Sarah Frommer, Terry Burns, Fernando Ulloa, Ben Kidder, Shannon Buckley, Scott Dylla, Avinash Jayashwal, Peter Jans

• Medische studenten

:

Dave Deyle, Sjoban Keel, Troy Lund, Zubaid Rafique, Raul Munoz

• Post-docs

:

Balkrishna Jahaghirdir, Huilin Qi, Dean Aguiar, Kazu Sudo, Aernout Luttun, Yves Heremans, Miguel Barajas, Karen Pauwelijn, Behnan Sahin, Uma Lakshmipathy, Nathan Kreykes, Beatriz Pelacho, Rik Snoeckx, Kris Van Den Bogaert, Stephanie Salesse, Mo Dao, Mojca Jongen, Anskar Leung, Koen Theunissen,Catherine Flynn, Ravi Bhatia, Pankaj Gupta, Carlos Clavel,

• Laboranten:

Marc Blackstad, Todd Lenvik, Kathy Boland, Jingbo Du, Paul Marker, Molly Holte, Laura Lien, April Breyers, Nihma Estheban

• Collaboraties (Minnesota):

John Wagner, Walter Low, Bruce Blazar, Wei-Shu Hu, David Largaespada, Bob Tranquillo, Wei Chen, Jennifer Hall, Robert Miller, Tim O’Brien, Jay Zhang, Electra Coucovanis, Sue Keirstadt, Nobuaki Kikyo, Yasushi Nakagawa, Xin Wang, Dan Kaufman, Meri Firpo, Yuehua Jiang,

• Collaboraties (niet in Minnesota):

Yukari Muguruma, Felipe Prosper, Austin Smith, Hiro Yamanaka, Irv Weissman, Sanjeev Gupta, Markus Grompe, Jon Odorico, Dorothee Von Laere

Joel Vandekerkhove, Jeff Pinxteren, Danny Pipeleers, Harry Heimberg, Vera Rogiers, Zwi Berneman, Peter Ponsaerts

• Collaboraties (Leuven):

Marc Boogaerts, Michel Delforge, Marc Waer, An Billiau, Stefan Janssens, Frank Luyten, Chantal Mathieu, Luc Mortelmans, Zeger Debyser, Koen Van Laere, Veerle Baekelandt, Guy Marchal, Wim Robberecht, Thierry Vandendriessche, Marinee Chuah, Peter Carmeliet, Mieke Dewerchin, …