Primi passi nella cura dell' ictus con le cellule del cordone ombelicale

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1 Primi passi nella cura dell' ictus con le cellule del cordone ombelicale 03/08/ 2010 Florida (USA) L' ictus è una malattia neurologica che solo negli Stati Uniti colpisce ogni anno persone. Esso può verificarsi a causa di un' ostruzione,un ateroma, un trombo, un embolo o un coagulo, che si formano nei vasi sanguigni del cervello, oppure per la rottura dei vasi stessi. I sintomi più frequenti sono problemi del linguaggio e della comunicazione, paralisi o debolezza monolaterale. Tra i fattori di rischio hanno un' influenza particolare la pressione sanguigna, il colesterolo elevato, il fumo, l' obesità ed il consumo eccessivo di alcool. Un' importante ricerca sull' ictus è stata pubblicata su Stem Cells Review and Reports nel suo numero di Agosto 2010: i ricercatori del Department of Neurosurgery and Brain Repair dell' University of South Florida (USF) hanno studiato le cellule del cordone ombelicale umano, aggiungendole ad una coltura in vitro di astrociti del cervello di ratti, privati della possibilità di ricevere ossigeno. Esse sembrano proteggere gli astrociti dalla morte cellulare dopo lesioni simili a quelle causate dall' ictus, a seguito di occlusione dell' arteria cerebrale media. L' area d' infarto risulta significativamente ridotta, probabilmente per il salvataggio delle cellule nella zona di penombra ischemica, posta tra il tessuto normalmente perfuso e l'area gravemente colpita dall' ictus, dove il flusso di sangue scende al di sotto del 10-25%. Essa è composta da tessuto nervoso ancora vitale per diverse ore, perchè raggiunta da arterie collaterali anastomizzate con rami dell' albero vascolare occluso 1. Normalmente l' ischemia cerebrale induce la morte di tutti i tipi cellulari all' interno dell' area colpita dalla perdita di flusso sanguigno. Lo studio USF è stato condotto su astrociti in vitro, cioè in coltura di laboratorio, sottoposti ad ipossia, deprivazione d' ossigeno (2h d' incubazione con 95% di N e 5% di CO2) e con bassi livelli di glucosio (1% rispetto a 4,5%), come avviene nel cervello umano durante un ictus. Gli astrociti sono cellule a forma di stella del midollo spinale e del cervello, che svolgono diverse funzioni,tra cui quella di supporto alle cellule che formano la barriera ematoencefalica, la quale separa il sangue circolante dal liquido spinale. Cellule mononucleate del cordone ombelicale sono state aggiunte alla metà delle colture all' inizio del' ipossia 2. Quando abbiamo confrontato la sopravvivenza di astrociti, cresciuti con o senza la presenza di staminali del cordone ombelicale umano, durante un periodo di ipossia e di riduzione di nutrienti essenziali, abbiamo riscontrato che le cordonali stabilizzano l' ambiente di crescita delle cellule cerebrali e ne aumentano la sopravvivenza, ha detto il professoressa Alison Willings 3, principale autore della ricerca. Inoltre il sangue del cordone ombelicale ha avuto un' influenza anche sulle sulle citochine, piccole proteine prodotte dal sistema immunitario (interleuchine 6 e 10), e sulle cellule gliali, che trasmettono i messaggi tra le cellule del sistema nervoso. I ricercatori hanno scoperto che

2 le cellule cordonali possono modulare l' espressione delle citochine: alcune volte inibiscono l' infiammazione, altre la aumentano. Nel sangue del cordone ombelicale vi sono vari tipi di cellule immunitarie: alcune potrebbero attivare o secernere le citochine pro-infiammatorie, altre quelle antiinfiammatorie. Ciò suggerisce che potrebbero favorire il recupero dopo l' ictus, regolando le risposte infiammatorie e fornendo supporto per le cellule del sistema nervoso, come gli astrociti. I dati della ricerca hanno dimostrato che da sola nessuna cellula del sangue del cordone ombelicale è in grado di aumentare la sopravvivenza degli astrociti. Questo risultato suggerisce che sia un altro fattore cellulare o, più probabilmente, l'azione combinata di tutte le tipologie cellulari a portare ad un' efficace neuroprotezione 4. Già nel 2001 il team diretto dalla professoressa Jieli Chen 5 aveva scoperto che l' infusione endovenosa di cellule del cordone ombelicale umano riducevano i deficit comportamentali dopo ictus nei ratti. Esse riuscivano ad entrare nel cervello, sopravvivere, differenziarsi e migliorare il recupero funzionale neuronale 24 ore dopo lo stroke. Anche in vitro le cellule cordonali umane mostravano una significativa attività di migrazione alla ventiquattresima ora. Questo è stato il primo studio ad aver successo in questo campo 6. Nel 2004 il professor M. Vendrame del Center of Excellence for Aging & Brain Repair, Department of Neurosurgery & Brain Repair, dell' University of South Florida College of Medicine, a Tampa, per la prima volta ha dimostrato che le cellule cordonali umane potevano ridurre le dimensioni infartuali in un modello murino e migliorare la funzione del sistema nervoso centrale. In questo studio sono stati valutati test comportamentali, come l' attività spontanea ed l' Elevated Body Swing Test. Sono stati effettuati 1 settimana prima dell' occlusione dell' arteria cerebrale media e, successivamente, 2 e 4 settimane dopo l'infusione endovenosa di sangue del cordone ombelicale. Quattro settimane dopo il trapianto è stato riscontrato un recupero significativo con 10 milioni di cellule e una notevole riduzione dell' area d' infarto 7. Nel Giugno 2003 il Joural of Hematotherapy & Stem Cell Research aveva annunciato che, sempre al Center of Excellence for Aging & Brain Repair, Department of Neurosurgery & Brain Repair, dell' University of South Florida College of Medicine, a Tampa, il professor Samuel Saporta aveva scoperto che infusioni di sangue del cordone ombelicale umano in pazienti con lesioni del midollo spinale o ictus portavano benefiche influenze sul comportamento dei ratti. Ciò si verificava non solo per trattamenti ad 1 giorno di distanza dalla lesione, ma nella stessa misura anche per infusioni a 5 giorni da essa con notevoli miglioramenti nei test in campo aperto. I risultati erano coerenti con l' ipotesi che le staminali cordonali fossero migrate verso la lesione per contribuire, almeno in parte, alla guarigione dei difetti neurologici da essa causati. Questo perché i miglioramenti avvenivano solo in corrispondenza delle aree danneggiate e non in quelle risparmiate degli stessi animali, né in animali, che non avevano subito l' ictus, anche essi trasfusi come gli altri 8.

3 Una spiegazione di questi primi successi nella sperimentazione sull' ictus si è avuta nel Febbraio del 2006, quando i ricercatori del Minesota Medical School hanno scoperto l' esistenza di un tipo particolare di staminali nel sangue del cordone ombelicale. Queste facevano parte di una piccola popolazione cellulare, non numerosa, ma con la straordinaria capacità di dare origine, non solo a cellule ematopoietiche, ma anche a quelle di altri organi e tessuti. Questa loro importante caratteristica era legata al fatto di essere più indifferenziate, più primitive, rispetto alle altre staminali del cordone, che generavano solo elementi del sangue. Siamo entusiasti per questa scoperta, perché fornisce ulteriori indizi su come le staminali possono ripristinare la funzionalità del cervello dopo l' infortunio aveva detto Walter Low, PhD, ricercatore senior dello studio e professore di Neurochirurgia del Stem Cell Istitute presso l' Università del Minesota. Questo studio è stato pubblicato sulla rivista Stem Cells and Development. Come nelle ricerche precedenti le staminali avevano portato ad una riduzione delle dimensioni della lesione cerebrale, ma in più si era potuto osservare un forte aumento dell' uso delle zampe da parte dei ratti. Alcune delle staminali trapiantate si differenziavano in cellule simili a neuronali, che sono state specificatamente individuate nel sistema nervoso centrale. Inoltre le cellule trapiantate avevano anche indotto una riorganizzazione delle fibre nervose nel cervello in modo del tutto inaspettato. Ciò poteva spiegare, secondo il professor Low, perché i topi avessero riacquistato le loro capacità motorie 9. Nel 2008 l' American Heart Association ha pubblicato le nuove linee guida per cura dell' ictus nei bambini, in cui l' uso delle staminali del cordone ombelicale ha un' importanza sempre maggiore. Tale patologia si verifica prevalentemente nella fascia d' età prenatale o perinatale. I fattori di rischio sono molto differenti rispetto agli adulti. Quelli più comuni sono l' anemia falciforme e i difetti congeniti cardiaci. Altri sono la disidratazione, traumi cranici o del collo, infezioni sistemiche, infiammazioni croniche intestinali e malattie autoimmuni. Nel periodo perinatale hanno particolare importanza disturbi della coagulazione e cardiaci, traumi, patologie della placenta materna, farmaci, asfissia perinatale e infezioni. Potenziali rischi connessi alla madre includono una storia d' infertilità, pressione elevata durante la gravidanza, una rottura prematura delle membrane e infezioni del liquido amniotico 10. I sintomi possono essere simili a quelli degli adulti, ma spesso si riscontrano anche epilessia, paralisi cerebrale, ritardo mentale, convulsioni o sonnolenza estrema 11. Secondo le nuove linee guida dell' AHA l' ictus è la sesta causa di morte nell' infanzia, nonostante sia nettamente sottovalutata dai genitori e da alcuni medici. Per questo motivo, nonostante la gravità dei sintomi, si giunge ad una diagnosi con ritardo rispetto agli adulti: da 48 a 72 ore per i bambini contro ore tra i maggiori di 18 anni 10. Il tasso d' incidenza risulta di 13,5 ogni tra i bambini ed è ancora più elevato tra i neonati, tanto che solo le persone di età superiore ai 65 anni hanno un rischio maggiore di ictus rispetto ad essi 12. Nella cura di questa patologia a livello pediatrico le due nuove esigenze si stanno dimostrando una diagnosi più precoce e l' innovativo uso delle cellule staminali del cordone

4 ombelicale, risultato particolarmente efficace nella forma emorragica dell' ictus, più diffusa tra i neonati e i bambini di quanto lo sia tra gli adulti. Anche se sono necessari ulteriori studi, somministrate per via endovenosa, possono fornire vantaggi rispetto ad opzioni terapeutiche più invasive come la chirurgia o l' uso di sonde 13. Inoltre le staminali cordonali, crioconservate per uso autologo, sono immediatamente accessibili, permettendo un trattamento molto rapido, essenziale per la sopravvivenza e la riduzione dei danni neurologici di questo tipo di pazienti 14. La ricerca ha dimostrato in modo convincente che le staminali cordonali hanno la capacità di migrare verso la zona della lesione cerebrale, per alleviare i sintomi legati alla mobilità. Inoltre in modelli animali si è osservato un significativo miglioramento del comportamento, grazie alla formazione di nuovi vasi sanguigni e neuroni nel cervello 15. Questa ricerca da supporto per il lavoro clinico pionieristico svolto presso la Duke University, incentrato sull' impatto dell' infusione del sangue autologo del cordone ombelicale in bambini con diagnosi di paralisi cerebrale o altre forme di danno del sistema nervoso centrale. Questo studio, condotto dal Dr. Joanne Kurtzberg, professore di Pediatria e Patologia, nonché direttore del Duke's Pediatric Blood and Marrow Transplant Program, sta valutando se l' infusione di staminali del cordone ombelicale degli stessi piccoli pazienti possa facilitare la riparazione del tessuto neuronale danneggiato. Ad oggi oltre 40 bambini hanno partecipato al trattamento sperimentale. Molti dei loro genitori hanno dichiarato di aver osservato già consistenti progressi 16. Si spera di ottenere gli stessi risultati incoraggianti riscontrati sui modelli animali: alleviare i danni al tessuto cerebrale, ridurre la rigidità muscolare, migliorare la deambulazione ed i sintomi relativi alla mobilità 17. Fanno ben sperare alcuni singoli risultati positivi ottenuti in vivo su pazienti umani. Il primo è stato pubblicato nel 2005 dalla rivista scientifica Cytotherapy: in Corea il Professor Kyung-Sun Kang 18 aveva trattato una paziente di 37 anni con lesioni al midollo spinale di tipo vascolare, applicando direttamente sulla lesione un trapianto di cellule staminali del cordone ombelicale. Entro 41 giorni dall' intervento sono stati evidenziati in questa donna una crescita della percezione sensoriale ed un miglioramento dei movimenti, soprattutto a livello della parte superiore delle gambe e dei fianchi. I risultati della Tomografia Assiale Computerizzata e della Risonanza Magnetica Nucleare hanno dimostrato la rigenerazione del midollo spinale nel sito della lesione 19. 1) The Internet Stroke Center - 19/11/2010 2) StemCellGateway.net - 03/08/2010 3) Alison Willings è professoressa associata all' University of South Florida, presso cui collabora al Center for Excellence in Aging and Brain Repair, al Department of Neurosurgery and Brain Repair, al Department of Pathology and Cell Biology e, sempre nella stessa università, al Department of Molecular Farmacologia & Physiology, nonché fa parte del Saneron CCEL Therapeutics, Inc.

5 4) Medical News Today - Randolph Fillmore - University of South Florida (USF Health) - 27/08/2010 5) Jeili Chen è medico neurologo, lavora nel settore della ricerca presso l' Henry Ford Hospital di Detroit, laureatasi allatianjin University Medical il 01/07/1985, si è poi specializzata in neurologia nella stessa università. 6) Chen J e coll. - Stroke 2001, 32 (11) ) M Vendrame e coll. - Stroke 2004, 35 (10) ) Saporta Samuel e coll. - Journal of Hematotherapy & Stem Cell Research Giugno ) Medical News Today - 16/02/ ) National Stroke Association. Kids and Stroke Settembre ) Children's Hospital of Philadelphia. About Pediatric Stroke Maggio ) Roach ES, Golomb MR, Adams R,et al. - AHA scientific statement on the management of stroke in infants and children. - Stroke ) Meier C, Middelanis J, Wasielewski B, Neuhoff S, Roth-Haerer A, Gantert M, Dinse HR, Dermietzel R, Jensen A. Spastic paresis after perinatal brain damage in rats is reduced by human cord blood mononuclear cells. - Pediatric Research.2006;59(2): ) Lu D, Sanberg PR, Mahmood A, Li Y, Wang L, Ramos J, Chopp M. Intravenous administration of human umbilical cord blood reduces neurological deficit in the rat after traumatic brain injury. - Cell Transplant. 2002;11: ) Taguchi A, Soma T, Tanaka H, et al. Administration of CD34+ cells after stroke enhances neurogenesis via angiogenesis in a mouse model. - J Clin Invest. 2004;114(3): ) Medical News Today - 22/10/ ) Medical News Today - 23/06/ )Il Professor Kyung-Sun Kang si è laureato alla Seoul National Univ., in Corea, e si è specializzato presso la Michigan State University, in USA. Attività universitaria: Teaching Assistant of Seoul National University, Corea Research Associate of College of Human Medicine, Michigan State University, USA Assistant Professor of College of Human Medicine, Michigan State University, USA Visiting Researcher of National Institute of Health Science, Giappone Assistant Professor of College of Veterinary Medicine, Seoul National Univ. Corea Visiting Professor of University of British Columbia, Canada Present Tenured Associate Professor of College of Veterinary Medicine, Seoul National Univ. Corea Present Director of Venture Incubation Center, Seoul National Univ., Corea 2005-Present Committee member of Institutional Review Board of Seoul National University 2005-Present Director of Adult Stem Cell Research Center of Seoul National University Onorificenze: STA fellowship award, Japan Science and Technology Agency, Giappone Best Professor for SCI paper publication of Seoul National University, Corea Thirty Best Research Award from Ministry of Science and Technology, Corea. Attività professionale ed editoriale: Present -Active Member: American Association of Cancer Research (AACR) 2003-Present- Active Member: International Society of Stem Cell Research 2003-present- Active member; International Society for Cellular Therapy 2004-Present -Editor in Chief, Journal of Food Hygiene and Food Safety, Corea present-advisor for Korean Food and Drug Administration, Corea present Government Evaluation committee member for Korean Food and Drug Administration(KFDA) present-advisory board member, Ministry of Health, Corea 2005 present - Consortium Project Leader of Umbilical Cord Blood-derived Multipotent Stem Cell Research Project and Public Umbilical Cord blood Bank supported by Seoul City. 19) Kang KS, Kim SW, Oh, YH, Yu, JW, Kim KY, Park HK, Song CH, Han H. A 37-year-old spinal cord-injured female patient, transplanted of multipotent stem cells from human UC blood, with improved sensory perception and

6 mobility, both functionally and morphologically: a case study. Cytotherapy. 2005;7(4):

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