EMOLINFOPOIESI PRE-EMOLINFOPOIESI PRE-NATALENATALE

ERITROPOIESI ERITROPOIESI EMBRIONALE INTRA-EMBRIONALE INTRA-

EPATICAEPATICA

Osso spugnoso: trabecole Osso spugnoso: trabecole ossee separate da spazi ossee separate da spazi

contenenti midollo osseocontenenti midollo osseo

Midollo osseo in situ Midollo osseo in situ (sezione spugnosa di epifisi (sezione spugnosa di epifisi

femorale)femorale)

Midollo giallo

Midollo Rosso

Architettura del midollo Architettura del midollo osseo e del suo stroma di osseo e del suo stroma di

sostegnosostegno

Struttura del midolloStruttura del midollo

1)cellula adiposa1)cellula adiposa

2)plasmacellule2)plasmacellule

3)megacariocito3)megacariocito

4)isolotto eritroblastico4)isolotto eritroblastico

5)area di granulopoiesi5)area di granulopoiesi

6)cellula reticolare6)cellula reticolare

7)cellula endoteliale7)cellula endoteliale

8)cellula avventiziale8)cellula avventiziale

9)seno venoso9)seno venoso

10)lamella ossea10)lamella ossea

1

9

73

4

8

5

10

6

2

MIDOLLO OSSEOMIDOLLO OSSEO C)cordoni C)cordoni

emopoieticiemopoietici S)sinusoidiS)sinusoidi E)cellule endotelialiE)cellule endoteliali A)adipocitoA)adipocito M)megacariocitoM)megacariocito

Funzione del “Microambiente Funzione del “Microambiente Emato-midollare“ sui Emato-midollare“ sui

precursori emopoieticiprecursori emopoietici

Interazioni cellulari dirette o Interazioni cellulari dirette o mediate attraverso segnali a breve mediate attraverso segnali a breve raggio d’azioneraggio d’azione

Secrezione di fattori diffusibili ad Secrezione di fattori diffusibili ad attività stimolatoria o inibitoriaattività stimolatoria o inibitoria

Elaborazione di una matrice Elaborazione di una matrice extracellulare extracellulare

Componente cellulare del Componente cellulare del “Microambiente Emato-“Microambiente Emato-

midollare”midollare” Componente vascolare Componente vascolare

strato continuo della cellule endoteliali e strato continuo della cellule endoteliali e strato discontinuo delle cellule avventizialistrato discontinuo delle cellule avventiziali

Componente nervosa (controllo Componente nervosa (controllo vasomotorio) vasomotorio) fibre mielinizzate fibre mielinizzate fibre non mielinizzatefibre non mielinizzate

Componente extravascolare Componente extravascolare Fibroblasti, Fibroblasti, Macrofagi Macrofagi Cellule MesenchimaliCellule Mesenchimali

Componente extravascolare Componente extravascolare del “Microambiente Emato-del “Microambiente Emato-

midollare”midollare” Fibroblasti: Fibroblasti:

Possono sintetizzare tessuto osseo o evolvere in Possono sintetizzare tessuto osseo o evolvere in adipociti (non insulino dipendente). adipociti (non insulino dipendente).

Sono responsabili della elaborazione della matrice Sono responsabili della elaborazione della matrice extracellulareextracellulare

Macrofagi : secernono fattori diffusibili (growth Macrofagi : secernono fattori diffusibili (growth e inhibitor factors)e inhibitor factors) Macrofagi Centrali: sono fonte di Burst Promoting Macrofagi Centrali: sono fonte di Burst Promoting

Activity e formano gli isolotti eritroblastici Activity e formano gli isolotti eritroblastici Macrofagi Perisinusali: hanno funzioni molteplici Macrofagi Perisinusali: hanno funzioni molteplici

(fagocitosi endoluminale, processazione del materiale (fagocitosi endoluminale, processazione del materiale fagocitato, presentazione dell’antigene etc.)fagocitato, presentazione dell’antigene etc.)

Cellule MesenchimaliCellule Mesenchimali

Cellule Staminali Cellule Staminali Mesenchimali (MSC)Mesenchimali (MSC)

Possono dare origine a numerosi tipi Possono dare origine a numerosi tipi cellulari di origine mesenchimale cellulari di origine mesenchimale

Fenotipo delle MSC: STRO-1+, Fenotipo delle MSC: STRO-1+, CD45-, Glicoforina-, CD34-CD45-, Glicoforina-, CD34-

Capacità di trans-differenziare verso Capacità di trans-differenziare verso tipi cellulari derivanti da foglietti tipi cellulari derivanti da foglietti embrionali diversi (Totipotenzialità, embrionali diversi (Totipotenzialità, Plasticità)Plasticità)

PRINCIPALI LINEE PRINCIPALI LINEE DIFFERENZIATIVE DELLA DIFFERENZIATIVE DELLA CELLULA MESENCHIMALECELLULA MESENCHIMALE

Paradigma I: gerarchia CSParadigma I: gerarchia CS

Totipotenti(ovulo fertilizzato)

Pluripotenti(blastocisti e feto)

CS per nervi, muscoli, cute, ecc.

CS ematopoietiche

EmbrioneFeto

Adulto Embrione

Multipotenti

Totipotenti(ovulo fertilizzato)

Pluripotenti(blastocisti e feto)

CS per nervi, muscoli, cute, ecc.

CS ematopoietiche

EmbrioneFeto

Adulto Embrione

Multipotenti

Può una cellula commissionata riassumere caratteristiche di pluripotenzialità?

Trans-differenziazioneTrans-differenziazione(plasticità)(plasticità)

M. KÖRBLING et al. NEJM ·March 7,2002

Hepatocytes and Epithelial cells of donor origin in recipient of peripheral blood stem cells.

YY

Donor XY, Recipient XX

Federico Quaini et al. NEJM 3,2002 January

Chimerism of the Transplanted Heart

Y

Donor XX, Recipient XY

Y

EMOPOIESEMOPOIESII

differenziazione differenziazione della cellula della cellula staminale nelle staminale nelle sette linee degli sette linee degli elementi elementi corpuscolati del corpuscolati del sangue, come essi sangue, come essi appaiono negli appaiono negli strisci colorati.strisci colorati.

DIFFERENZIAZIONDIFFERENZIAZIONE DELLA CELLULA E DELLA CELLULA

STAMINALE STAMINALE NELLE DIVERSE NELLE DIVERSE

LINEE CELLULARI LINEE CELLULARI EMATICHEEMATICHE

DIFFERENZIAZIONE DELLA CELLULA STAMINALE DIFFERENZIAZIONE DELLA CELLULA STAMINALE PLURIPOTENTE NEI DIVERSI ELEMENTI PLURIPOTENTE NEI DIVERSI ELEMENTI

CORPUSCOLATI DEL SANGUECORPUSCOLATI DEL SANGUE

CELLULE STAMINALI(?) CD34 CELLULE STAMINALI(?) CD34 POSITIVEPOSITIVE

Antigene CD34Antigene CD34

Glicoproteina trans-membranaGlicoproteina trans-membrana Peso molecolare 105-120 KdPeso molecolare 105-120 Kd Espressa su:Espressa su:

1 - 3% delle cellule midollari1 - 3% delle cellule midollari 0.01 - 0.1% delle cellule del sangue 0.01 - 0.1% delle cellule del sangue

perifericoperiferico 0.1 -0.4% delle cellule del cordone 0.1 -0.4% delle cellule del cordone

ombelicaleombelicale

Antigeni di superficie Antigeni di superficie

L’espressione dell’antigene CD34 si L’espressione dell’antigene CD34 si associa ad altri marcatori associa ad altri marcatori immunofenotipici:immunofenotipici:

Marcatori non associati a specifiche filiere Marcatori non associati a specifiche filiere differenziative: Hyl, CD38, HLA-DR, CD45-differenziative: Hyl, CD38, HLA-DR, CD45-RA, CD71RA, CD71

Marcatori associati a linee differenziative:Marcatori associati a linee differenziative:• T- Linf :TdT CD10 CD7 CD5 CD2T- Linf :TdT CD10 CD7 CD5 CD2• B- Linf: TdT CD10 CD19B- Linf: TdT CD10 CD19• Mieloide: CD33 CD13Mieloide: CD33 CD13• Megacariocitaria:CD61 CD41 CD42bMegacariocitaria:CD61 CD41 CD42b

La coespressione di antigeni sulla La coespressione di antigeni sulla superficie cellulare permette di superficie cellulare permette di

identificare diverse classi di identificare diverse classi di progenitori emopoieticiprogenitori emopoietici

Espressione del CD34Espressione del CD34

Le citochine possono essere Le citochine possono essere classificate secondo il livello classificate secondo il livello differenziativo delle cellule differenziativo delle cellule

bersagliobersaglio Fattori specifici per una linea maturativa: Fattori specifici per una linea maturativa:

stimolano cellule già commissionatestimolano cellule già commissionate Fattori non linea – specifici: Fattori non linea – specifici:

agiscono su progenitori di livello agiscono su progenitori di livello intermediointermedio

Fattori che inducono il reclutamento nel Fattori che inducono il reclutamento nel ciclo cellulare dei progenitori più ciclo cellulare dei progenitori più primitivi, cineticamente e funzionalmente primitivi, cineticamente e funzionalmente inerti (early acting growth factors)inerti (early acting growth factors)

DIVERSE CITOCHINE AGISCONO DIVERSE CITOCHINE AGISCONO A DIFFERENTI LIVELLI DI A DIFFERENTI LIVELLI DI

DIFFERENZIAZIONEDIFFERENZIAZIONE

Fattori capaci di reclutarei progenitori ematopoieticipiù immaturi in fase G0

Fattori sinergizzanti

SCFIL-11IL-12IL-6G-CSFIL-1IL-9FLT3-Ligand

TGF-1-2

TNF-MIP-1a

INF , , TGF 3

Microambiente ecellule accessorie

+

-

Fattori stimolatori

Fattori inibitorii

Differenziazione

Automantenimento

FATTORI CHE REGOLANO FATTORI CHE REGOLANO L’ERITROPOIESIL’ERITROPOIESI

GFU-GEMM

early-BFU-E

late-BFU-E

CFU-E

Eritroblasti

IL-3GM-CSF

Stem cell factor

IL-9EPO

Eritropoietina (EPO)Eritropoietina (EPO) Glicoproteina del peso molecolare 30,4 KdGlicoproteina del peso molecolare 30,4 Kd Codificata sul cromasoma 7Codificata sul cromasoma 7 Sintetizzata a livello renale (80%), nella corticale Sintetizzata a livello renale (80%), nella corticale

interna da cellule interstiziali intra-tubulariinterna da cellule interstiziali intra-tubulari Il principale fattore di regolazione è l’apporto di Il principale fattore di regolazione è l’apporto di

OO22 ai tessuti ai tessuti mediante neo-attivazione a livello renale di mediante neo-attivazione a livello renale di

una proteina emica in grado di modificare la una proteina emica in grado di modificare la conformazione in presenza di Oconformazione in presenza di O22

Effetti sulla eritropoiesi: Effetti sulla eritropoiesi:

Inibizione dall’Apoptosi Inibizione dall’Apoptosi

Stimolazione della proliferazioneStimolazione della proliferazione

Schema dell’eritropoiesiSchema dell’eritropoiesi

PROLIFERAZIONE E MATURAZIONE PROLIFERAZIONE E MATURAZIONE DELLE CELLULE DELLA LINEA DELLE CELLULE DELLA LINEA

ERITROCITARIAERITROCITARIA

Isola Isola eritroblasticeritroblastic

a a

Macrofago Macrofago centrale con centrale con eritroblasti in vari eritroblasti in vari stadi maturativistadi maturativi

ISOLA ISOLA ERITROBLASTICERITROBLASTIC

A AL A AL MICRISCOPIO MICRISCOPIO ELETTRONICOELETTRONICO

MATURAZIONE DELLA MATURAZIONE DELLA LINEA ERITROCITARIALINEA ERITROCITARIA

PRONORMOBLASPRONORMOBLASTOTO

NORMOBLASTI NORMOBLASTI POLICROMATOFILIPOLICROMATOFILI

ESTRUSIONE DEL NUCLEO ESTRUSIONE DEL NUCLEO DAL RETICOLOCITADAL RETICOLOCITA

EritropoiesiEritropoiesi

P) proeritroblastoP) proeritroblasto N1)eritroblasto basofiloN1)eritroblasto basofilo N2) eritroblasto N2) eritroblasto

policromatofilopolicromatofilo N3)eritroblasto ortocromaticoN3)eritroblasto ortocromatico R)reticolocitoR)reticolocito

EritrocitoEritrocito al al

microscopmicroscopio io

elettronicelettronicoo

STRUTTURA STRUTTURA DELLA DELLA

MEMBRANA MEMBRANA ERITROCITARIERITROCITARI

AA

Membrana eritrocitariaMembrana eritrocitaria

GRANULO-GRANULO-MONOCITOPOIESIMONOCITOPOIESI

GRANULOCITOPOIESIGRANULOCITOPOIESI

PRECURSORI PRECURSORI GRANULOCITARIGRANULOCITARI

MATURAZIONE DELLA MATURAZIONE DELLA LINEA GRANULOCITARIALINEA GRANULOCITARIA

M1mielocito M1mielocito neutrofiloneutrofilo

M2metamielocitoM2metamielocito M3stab cellM3stab cell

MIELOBLASTI : MIELOBLASTI : MATURAZIONEMATURAZIONE

MATURAZIONE : MATURAZIONE : PROMIELOCITAPROMIELOCITA

MIELOCITI E MIELOCITI E METAMIELOCITIMETAMIELOCITI

MIELOCITA E MIELOCITA E METAMIELOCITMETAMIELOCIT

AA

MATURAZIONE : DA MATURAZIONE : DA METAMIELOCITA A STAB METAMIELOCITA A STAB

CELLCELL

Granulociti neutrofiliGranulociti neutrofili

EOSINOFILI MATURIEOSINOFILI MATURI

DRUMSTICK IN DRUMSTICK IN NEUTROFILONEUTROFILO

GRANULOCITA GRANULOCITA EOSINOFILOEOSINOFILO

GRANULOCITA GRANULOCITA BASOFILOBASOFILO

Granulocito basofilo, Granulocito basofilo, granulocito neutrofilo, granulocito neutrofilo,

linfocitolinfocito

POOL GRANULOCITARIOPOOL GRANULOCITARIO

Funzioni dei granulocitiFunzioni dei granulociti

GRANULOCITA : GRANULOCITA : ESOCITOSIESOCITOSI

GRANULOCITA : GRANULOCITA : FAGOCITOSIFAGOCITOSI

Sistema monocito-Sistema monocito-macrofagicomacrofagico

LINEA MONOCITO-LINEA MONOCITO-MACROFAGICA : MATURAZIONEMACROFAGICA : MATURAZIONE

MONOCITIMONOCITI

MACROFAGO MACROFAGO MIDOLLAREMIDOLLARE

MACROFAGO AL MACROFAGO AL MICROSCOPIO MICROSCOPIO ELETTRONICOELETTRONICO

MACROFAGO AL MACROFAGO AL MICROSCOPIO MICROSCOPIO ELETTRONICOELETTRONICO

MACROFAGO: STRUTTURA MACROFAGO: STRUTTURA INTERNA AL MICROSCOPIO INTERNA AL MICROSCOPIO

ELETTRONICOELETTRONICO

P particelle P particelle fagocitatefagocitate

M mitocondriM mitocondri

RER reticolo RER reticolo endoplas rugosoendoplas rugoso

L lisosomiL lisosomi

R corpi residuiR corpi residui

Pp pseudopodiPp pseudopodi

Macrofago che fagocita dei Macrofago che fagocita dei batteribatteri

LEUCOCITI NEL TESSUTO LEUCOCITI NEL TESSUTO CONNETTIVOCONNETTIVO

Fibroblasti - Eritrociti - Plasmacellule - Macrofagi - NeutrofiliFibroblasti - Eritrociti - Plasmacellule - Macrofagi - Neutrofili

PIASTRINOPOIESIPIASTRINOPOIESI

PIASTRINOPOIESIPIASTRINOPOIESI

MEGACARIOBLASTIMEGACARIOBLASTI

MEGACARIOBLASTIMEGACARIOBLASTI

MEGACARIOCITA MEGACARIOCITA MATUROMATURO

MEGACARIOCITO MEGACARIOCITO MATUROMATURO

MEGACARIOCITI MEGACARIOCITI MIDOLLARIMIDOLLARI

FRAMMENTAZIONE DEL FRAMMENTAZIONE DEL CITOPLASMA DEL CITOPLASMA DEL

MEGACARIOCITA E LIBERAZIONE MEGACARIOCITA E LIBERAZIONE DI PIASTRINEDI PIASTRINE

MEGACATIOCITO MEGACATIOCITO NORMALE NEL SANGUE NORMALE NEL SANGUE

PERIFERICOPERIFERICO

PIASTRINEPIASTRINE

Piastrina in fase di Piastrina in fase di riposoriposo

MEMBRANA MEMBRANA PIASTRINICAPIASTRINICA

MEMBRANA PIASTRINICA MEMBRANA PIASTRINICA AL MICROSCOPIO AL MICROSCOPIO

ELETTRONICOELETTRONICO

Aggregazione piastrinicaAggregazione piastrinica

Riparazione di Riparazione di feritaferita

1-2)tappo 1-2)tappo piastrinicopiastrinico

3)coagulo di 3)coagulo di fibrinafibrina

linfocitopoiesilinfocitopoiesi

LINFOCITI DEL SANGUE LINFOCITI DEL SANGUE PERIFERICOPERIFERICO

Piccolo e grande linfocitoPiccolo e grande linfocito

Plasmacellule in midollo Plasmacellule in midollo osseoosseo

Plasmacellule nel sangue Plasmacellule nel sangue midollaremidollare

Plasmacellule nel sangue Plasmacellule nel sangue perifericoperiferico

MATURAZIONE DEL LINFOCITO B MATURAZIONE DEL LINFOCITO B DOPO STIMOLAZIONE DOPO STIMOLAZIONE

ANTIGENICAANTIGENICA

PLASMACELLULE MATURE E PLASMACELLULE MATURE E POST MATURE CON CORPI DI POST MATURE CON CORPI DI

RUSSELRUSSEL