gianluca vadalà, la bellezza delle cellule staminali (msc and art)

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Università Campus Bio-Medico di Roma Via Álvaro del Portillo, 21 - 00128 Roma - Italia 1 Department of Orthopaedic and Trauma Surgery, Campus University Bio-Medico of Rome, Italy 2 Cell Factory, Center of Transfusion Medicine, Cellular Therapy and Cryobiology, Department of Regenerative Medicine, Fondazione IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico, Milano, Italy La bellezza delle Cellule Staminali Dr Gianluca Vadalà , MD, PhD DIPARTIMENTO DI ORTOPEDIA E TRAUMATOLOGIA DIRETTORE: PROF. VINCENZO DENARO www.cellfactorymilano.com

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Nell’ambito della rassegna culturale di arte, scienza e filosofia “Primavera Americana a Decollatura. Sul filo di ordine a caos” organizzata da Pramantha Arte contemporary art gallery dal 1 al 17 Maggio prossimi presso l’Hotel Cardel di Decollatura, il 10 Maggio l’associazione AstroPramantha aderisce alla giornata nazionale "Occhi su Saturno" con una video proiezione di immagini dal microcosmo del corpo umano nel lavoro del medico ricercatore Gianluca Vadalà dell’Università Campus Bio-Medico di Roma. Si ringrazia il dott. Gianluca Vadalà per la gentile concessione.

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Università Campus Bio-Medico di Roma Via Álvaro del Portillo, 21 - 00128 Roma - Italia

1Department of Orthopaedic and Trauma Surgery, Campus University Bio-Medico of Rome, Italy

2Cell Factory, Center of Transfusion Medicine, Cellular Therapy and Cryobiology, Department of Regenerative Medicine, Fondazione IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico, Milano, Italy

La bellezza delle Cellule Staminali

Dr Gianluca Vadalà, MD, PhD

DIPARTIMENTO DI ORTOPEDIA E TRAUMATOLOGIA DIRETTORE: PROF. VINCENZO DENARO

www.cellfactorymilano.com

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stem  cell  

What  is  a  stem  cell?  

stem  cell  

SELF-­‐RENEWAL  

specialized  cell  e.g.  muscle  cell,  nerve  cell  

DIFFERENTIATION    

http://www.eurostemcell.org

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1  stem  cell  

Self  renewal  -­‐  maintains  the  stem  cell  pool    

4  specialized  cells  DifferenEaEon  -­‐  replaces  dead  or  damaged  cells  throughout  your  life  

Why  self-­‐renew  AND  differen8ate?  

1  stem  cell  

http://www.eurostemcell.org

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Where  are  stem  cells  found?  

embryonic  stem  cells  blastocyst  -­‐  a  very  early  

embryo  

Essue  stem  cells  fetus,  baby  and  throughout  life  

http://www.eurostemcell.org

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Tissue stem cells

muscles  

skin  

surface  of  the  eye    brain  

breast  

intes;nes  (gut)  

bone  marrow  

tes;cles  

http://www.eurostemcell.org

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Principles of renewing tissues

Stem  cell  

commiIed  progenitors:  -­‐   “transient  amplifying  cells”  

-­‐   mul;potent  -­‐   divide  rapidly  -­‐   no  self-­‐renewal  

specialized  cells:  -­‐   work  

-­‐   no  division  

Tissue stem cells

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Stem  cell  niches    

Direct contact Soluble factors Intermediate cell

stem  cell  

niche  

Niche  Microenvironment  around  stem  cells  that  provides  support  and  signals  regula;ng  self-­‐renewal  and  differen;a;on  

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Homeostasis    

•  The ability to regulate internal conditions, usually by a system of feedback controls Stabilize health and functioning, regardless of the

outside changing conditions. •  One piece of homeostasis is the constant or

periodic generation of new cells to replace old, damaged, and dying cells

•  Adult stem cells fulfill this role through the process of regeneration

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Mesenchymal stem cells (MSCs)

MSC  

bone  marrow  

commiIed  progenitors  

Bone  (osteoblasts)  

Car;lage  (chondrocytes)  

Fat  (adipocytes)  

specialized  cells  

Tissue stem cells

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Friedenstein et al. 1968

A.J. Friedenstein is generally credited with the discovery of MSC.

Mesenchymal Stem Cells!

ü  Cells present within the hematopoietic microenvironment of bone marrow

ü  spindle-shaped cells (fibroblastic-like) after plastic attachment

ü  capacity to form colonies (colony forming unit-fibroblast, CFU-F)

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Pittinger, Science 1999

hMSC

human Skin fibroblast

Oil red O Immunostaining for Coll II alkaline phosphatase

differentiation capacity of MSCs!

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Sacchetti, Cell 2007

Self renewal of MSC!

MSCs have been identified as sinusoidal adventitial reticular cells

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Mesenchymal Stem/Stromal Cells (MSC)

osteocyte

chondrocyte

miocyte

tenocyte adipocyte Stromal cells

Growth factor & Cytokine

Differentiation

Trophic effect Proliferation Anabolism

Reparative activity Anti-inflammation

Pittenger 1999

Caplan 2006

Tissue regeneration mechanisms!

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MSCs function for tissue regeneration

Microenvironment  

Regenerate   Trophic  

BioacEve  Factors  

Immuno-­‐  suppressive  

Reserve  Cells  

Turnover  /  Maintainance  

MSCs  

Caplan & Dennis, J. of Cellular Biochemistry, 1998

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Joint and Cartilage

Large bone gap

Tendon lesions

Spine

Regenerative medicine in Orthopaedic

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The Intervertebral disc!

Intervertebral disc

Spinal segment

Nucleus Pulposus

Anulus Fibrosus

Spinal cord

Nerve rout

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Intervertebral disc degeneration!

Degenerative cascade

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Therapeutic hypothesis

Differentiation

H20 H20 H20

H20 H20

Collagen Proteoglycans

Stem cells

to supplement disc cell population of a degenerated disc by stem cell transplantation

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Preliminary study

Evaluation of the interaction between Mesenchymal Stromal/Stem Cells from bone

marrow and Nucleus Pulposus Cells

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Mechanisms of interction ?!

Vadalà et al. Spine 2008

MSC

NPC

Co-coltura - 2 wks

Cell sorting

Analysis of gene expression profile

Double labeling cell system

Alginate beads

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Clinical translation

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Università Campus Bio-Medico

Unità di Ortopedia e Traumatologia Vincenzo Denaro, MD

Gianluca Vadalà, MD, PhD Maria Musumeci,PhD Fabrizio Russo, MD

Antonino Giacalone, MS Caterina Cattani, MS

University of Pittsburgh

Stem Cell Research Center Johnny Huard, PhD

Spine Research Laboratory James D. Kang, MD

Nam Vo, PhD Gwen Sowa, MD, PhD

Kevin Bell, PhD

AO Research Institute Davos

Musculoskeletal Regeneration Program

Mauro Alini, PhD Marianna Peroglio, PhD

Matteo D’Este, PhD

Università di Padova

Department of Veterinary Surgery

Roberto Busetto, DVM Marco Bernardini, DVM

Francesca De Strobel, DVM

Fondazione IRCCS Ca’ Granda, Ospedale Maggiore Policlinico Milano

Cell Factory Rosaria Giordano, MD Lorenza Lazzari, PhD

Acknowledgments

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Acknowledgments

Finanziamento PRIN

Stem Cell Research Group

Finanziamento Giovani Ricercatori

Research Traveling fellowship

AOSpine Europe Young Researcher Award

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Grazie!

www.unicampus.it