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1 CELLULE STAMINALI Note di Annarosa Luzzatto (*), con la collaborazione di Francesco Forti a cura della comunità di Marzo-Aprile 2004 (**) In questo breve scritto, ci proponiamo di illustrare le caratteristiche e i problemi legati all uso terapeutico delle cellule staminali. Lo scopo è di fornire conoscenze tecniche a chi deve prendere decisioni politiche o a chi semplicemente vuole essere più informato su questo complesso tema. Il testo è così suddiviso: Una prima parte, che descrive le caratteristiche e le potenzialità delle cellule staminali, comprendente i seguenti paragrafi: 1 - Cellule staminali: prospettive 2 - Cellule differenziate e staminali dell adulto 3 - Dall uovo all adulto 4 - Trasfusioni, trapianti e cellule staminali 5 - Due vie nell uso terapeutico delle cellule staminali: da adulto e da embrione 5a - Le cellule staminali embrionali. 5b - Problemi relativi all uso di staminali embrionali. 5c - Staminali da embrioni clonati. 5d - Staminali da adulti o da cordone ombelicale. Una seconda parte, su: Problemi etici sull uso delle cellule staminali Una terza parte, su: Alcuni esempi di legislazioni nazionali sull uso delle cellule staminali a scopo terapeutico o di ricerca Poi un Glossario, dove vengono spiegati più dettagliatamente i termini tecnici che incontrate in grassetto nel testo, ed infine una breve Bibliografia, sugli argomenti trattati. (*) Professore incaricato di Morfologia Sperimentale all'università di Roma La Sapienza dal 1975 al 1980, dal 1981 al 1992 professore associato di Istologia ed Embriologia sempre presso La Sapienza di Roma. in questo periodo è stata anche professire incaricato, sempre di Istologia ed Embriologia, presso l'università della Tuscia (Viterbo). Dal 1992 al 2000 (data del pensionamento per motivi di salute) è stata professore di Biologia dello Sviluppo presso l'università Roma 3. Dal 1998 al 2000 è stata Presidente del Consiglio di Corso di Laurea in Scienze Biologiche sempre presso l'università Roma3 (**) Gli estensori del testo ringraziano particolarmente il Dr. Ing. Giuseppe M. Margiotta per le informazioni fornite ed il costante stimolo a seguire questo tema, così complesso e ricco di prospettive per la soluzione di tante gravi malattie. Pag 1/15

2 1 - Cellule staminali: prospettive Prima parte Le cellule staminali sono cellule non specializzate, capaci di dividersi e di dare origine a cellule dei diversi tessuti adulti. A seconda delle loro potenzialità e della loro origine, si considerano diversi tipi principali di staminali: le staminali embrionali, considerate totipotenti; le staminali da adulto o da cordone ombelicale, che possono essere pluripotenti o unipotenti, difficilmente totipotenti. 2 - Cellule differenziate e staminali dell adulto Tutti gli animali superiori, uomo compreso, sono costituiti da miliardi di cellule, organizzate a costituire i diversi organi e tessuti che costituiscono l organismo. Nell adulto, la maggior parte delle cellule è in grado di svolgere funzioni specifiche, ed ha perciò acquisito caratteristiche morfologiche e funzionali specifiche: queste cellule prendono il nome di cellule differenziate. La maggior parte delle cellule differenziate diventa incapace di dividersi. In alcuni tessuti, come nel muscolo e nel sistema nervoso, si è da sempre creduto che le cellule, una volta che si sono differenziate durante lo sviluppo embrionale, sopravvivano per tutta la vita dell individuo, e quindi, in condizioni normali, non si dividano più e non vengano mai sostituite. In caso di lesioni o di morte di alcune cellule, nella maggioranza dei casi la perdita viene considerata irrimediabile. Solo di recente anche in questi tessuti sono state scoperte alcune cellule staminali ed alcune capacità rigenerative, di cui parleremo in seguito. Altri tipi cellulari, come le cellule del sangue o della pelle, hanno una vita relativamente breve. Per esempio, i globuli rossi del sangue sopravvivono circa soltanto una ventina di giorni. Questi tipi cellulari devono quindi essere sostituiti continuamente. A questa sostituzione provvedono alcune cellule staminali, uni o pluripotenti, presenti anche nell adulto. Per esempio, per la pelle esistono alcune cellule staminali capaci di dividersi in modo asimmetrico, così che una cellula resti staminale e l altra si differenzi ed alla fine muoia. In caso di ferite sulla pelle, questo processo diventa più rapido e la pelle lesionata viene ricostruita. La cosa è ancora più evidente per le cellule del sangue: nel midollo osseo ci sono delle cellule staminali pluripotenti (capaci di dare origine a tutte le cellule del sangue), che daranno origine a cellule staminali unipotenti (capaci di differenziarsi in un solo tipo cellulare), che poi si differenzieranno nelle diverse cellule del sangue. In caso di emorragia, ovviamente non troppo grave, le cellule staminali del midollo osseo ricostituiranno più rapidamente le cellule perdute. 3 - Dall uovo all adulto Tutti gli individui adulti, uomo compreso, prendono origine da una singola cellula, che è frutto della fusione di due cellule particolari, l oocita, proveniente dalla madre, e lo spermatozoo, proveniente dal padre (la fusione tra queste due cellule particolari prende il nome di fecondazione). Questa unica cellula, l uovo fecondato, darà origine a tutte le cellule dell adulto, mediante un complesso processo che prende il nome di sviluppo embrionale. In condizioni normali la fecondazione ha luogo all interno del corpo materno, e l uovo fecondato inizia subito a dividersi, in due, quattro, otto cellule alla fine di questo primo processo avremo una blastocisti (si chiama così perché è una sfera di circa un millimetro circondata da cellule, con all interno del liquido, proprio come una cisti in un adulto). Le cellule della superficie della Pag 2/15

3 blastocisti sono quelle che si attaccheranno alla parete uterina e consentiranno l impianto nell utero materno. All interno della blastocisti c è anche un gruppo di cellule (nodo embrionale), ancora tutte uguali tra loro, che daranno origine a tutto l embrione. Queste cellule, capaci di dare origine a tutti i tipi cellulari, sono le cellule staminali totipotenti. 4 - Trasfusioni, trapianti e cellule staminali E sempre stato un sogno, per gli esseri umani, di poter trovare il modo di sostituire le parti del corpo lesionate o malate: di avere insomma, la possibilità di utilizzare pezzi di ricambio. Il più antico tipo di trapianto, molto semplice perché si può fare da vivente a vivente senza che il donatore subisca danni, è la trasfusione di sangue. In questo caso, viene trapiantato un po di sangue di un donatore in un altro individuo che ne ha bisogno per una ferita, o per una patologia del sangue. Con le trasfusioni, si cominciarono ad identificare diverse tipologie nelle cellule del sangue (gruppi sanguigni), per cui solo la trasfusione tra individui che avessero le stesse caratteristiche andavano a buon fine, altrimenti il sangue del ricevente distruggeva il sangue donato, rischiando nel contempo la vita. Intorno alla metà degli anni 1960 il prof. Barnard eseguì in Sud Africa il primo trapianto di cuore, inaugurando l era dei trapianti, ormai praticati su larga scala, soprattutto per cuore e reni, ma anche per altri organi. Saltando a tempi più recenti, le prime cellule staminali usate per trapianti sono le cellule del midollo osseo, progenitrici delle cellule del sangue (cellule ematopoietiche). Nel caso di leucemie, le cellule ematopoietiche del paziente vengono estratte dal paziente stesso, quindi in provetta vengono separate le cellule sane da quelle malate. Le cellule sane verranno poi reinfuse nel paziente, al quale saranno nel frattempo state distrutte tutte le cellule ematopoietiche, in modo da eliminare tutte le cellule leucemiche e poi restituirgli solo le cellule ematopoietiche sane. Nel caso di malattie del sangue di origine genetica invece, è necessario il trapianto di cellule del midollo osseo da donatore. Ovviamente in questo caso si hanno tutti i problemi di possibile rigetto legati ai trapianti. Un altro caso più recente di uso delle staminali del paziente si ha nel caso di ustioni particolarmente ampie: in questo caso si possono prelevare lembi di pelle sana dal paziente, farli crescere in coltura sino a raggiungere le dimensioni della lesione, e poi con questa nuova pelle ricoprire la lesione stessa. Ci sono però anche altre patologie gravi e complesse, nelle quali solo la sostituzione delle cellule malate con cellule giovani e sane può risolvere il problema. Si è quindi iniziato lo studio dell uso delle diverse tipologie di cellule staminali. 5 - Due vie nell uso terapeutico delle cellule staminali: da adulto e da embrione Le cellule staminali embrionali. Le cellule staminali embrionali sono le cellule totipotenti per definizione. Come abbiamo detto, le staminali embrionali si prelevano da blastocisti, ottenute da fecondazione extracorporea, in vitro. A questo scopo vengono per lo più usate blastocisti congelate soprannumerarie, ottenute da tecniche di procreazione assistita, e che altrimenti verrebbero distrutte. La blastocisti viene aperta, e si mettono in coltura le cellule del nodo embrionale. A questo stadio, le cellule non hanno ancora subito quella importante transizione nella loro potenzialità di dividersi, per cui sono capaci di dividersi un numero indefinito di volte (mentre tutte le cellule adulte non sono in grado di dividersi più di una cinquantina circa di volte, prima di morire). Pag 3/15

4 Queste cellule staminali embrionali possono quindi venir moltiplicate in coltura, ed anche costituire delle linee cellulari permanenti. Queste cellule, trattate in modo opportuno, possono iniziare a differenziarsi in qualsiasi tipo cellulare dell adulto, e in seguito venir impiantate nell individuo malato per sostituire le cellule degenerate in seguito ad una determinata patologia. La cosa presenta un particolare interesse per le patologie del sistema nervoso, in quanto questi tipi cellulari sono quelli che più difficilmente è possibile riparare con cellule sane da adulto. Problemi relativi all uso di staminali embrionali. L uso delle staminali embrionali, in teoria molto adatte in quanto totipotenti, pone alcuni grossi problemi. Prima di tutto, va messa a punto una tecnica per indurne il differenziamento nel tipo cellulare desiderato; su questa strada sono già stati fatti molti progressi, che tra l altro hanno portato ad una maggiore conoscenza dei meccanismi del differenziamento embrionale normale. Una volta ottenute le cellule in via di differenziamento, un altro problema non trascurabile è indurre le cellule embrionali trapiantate a raggiungere la regione lesionata e sostituire le cellule lese. Anche su questa strada sono stati ottenuti dei progressi, in particolare individuando proteine specifiche emesse dalle cellule danneggiate e morenti per chiamare cellule che siano in grado di sostituirle. Bisogna però sottolineare che la maggior parte dei successi si sono per ora avuti su animali, mentre la sperimentazione sull uomo è ancora ai primissimi passi. Tra i problemi che richiedono ulteriori studi c è il problema del rigetto, in quanto le staminali embrionali provengono pur sempre da un embrione con un corredo genetico diverso dal ricevente. In alcuni laboratori americani (solo pochi sono autorizzati a lavorare sugli embrioni umani) sono state messe a punto colture stabili di staminali provenienti da embrioni diversi, in modo da permettere di possedere pronte varie tipologie cellulari, che siano il più possibile compatibili coi diversi riceventi. Un altro problema non ancora risolto è la potenziale cancerogenicità delle staminali embrionali. Come abbiamo detto, le cellule del nodo embrionale della blastocisti sono capaci di dividersi indefinitamente, come le cellule cancerose, e inoltre non sono ancora sensibili ai segnali delle cellule circostanti che rendono ordinata la moltiplicazione delle cellule sane adulte. Quindi, trapiantare cellule staminali embrionali non differenziate presenta il rischio di impiantare cellule che continueranno a dividersi senza differenziarsi, producendo tumori. Ovviamente, se si riesce a far iniziare il differenziamento nella direzione voluta a tutte le cellule che devono venir impiantate, il rischio non dovrebbe più sussistere. Il problema grosso è ottenere la certezza assoluta di non impiantare, insieme alle cellule in via di differenziamento, anche solo poche cellule del tutto indifferenziate. Staminali da embrioni clonati. Clonare un embrione significa sostituire il nucleo di un ovulo con il nucleo di una cellula adulta della persona di cui si vuole produrre una fotocopia, almeno da un punto di vista genetico. Pur esistendo medici e ricercatori vari che di tanto in tanto affermano di essere riusciti a produrre un bambino-fotocopia, la clonazione riproduttiva è praticamente proibita in tutto il mondo, inoltre sarebbe molto rischiosa, perché anche tra gli animali si sono ottenuti successi solo a prezzo di decine o centinaia di fallimenti, embrioni malformati, neonati non normali. Diverso il discorso per la clonazione terapeutica. In questo caso, lo scopo sarebbe di ottenere una blastocisti e cellule staminali con lo stesso patrimonio genetico dell individuo cui dovrebbero venir trapiantate. Lo scopo di tale esperimento consiste nel produrre cellule staminali che, avendo lo stesso patrimonio genetico del ricevente, non provochino alcuna reazione di rigetto. Un esperimento di questo genere è stato recentemente compiuto da un equipe di ricercatori coreani ed americani, che, anche per ottenere una sola blastocisti normale, hanno dovuto eseguire circa trecento trapianti nucleari ottenendo gli oociti da sedici donne volontarie. Pag 4/15

5 Naturalmente, anche se in questo modo si risolvono gli eventuali problemi di rigetto, non si risolve il problema delle patologie genetiche, in quanto le cellule staminali così ottenute porterebbero anche i geni della malattia. Restano inoltre validi i problemi relativi alla cancerogenicità. Infine, se utilizzare a scopi terapeutici embrioni soprannumerari destinati ad essere distrutti può non creare problemi etici, utilizzare ovuli ottenuti appositamente da donne volontarie, dei problemi, anche seri, li pone. Quando abbiamo criticato la legge italiana sulla procreazione medicalmente assistita, l elemento sul quale si è particolarmente insistito è il divieto di produrre embrioni soprannumerari e l obbligo di reimpiantare tutti gli embrioni subito in utero. La critica principale a questo articolo è di natura sanitaria: per ottenere gli oociti da una donna, bisogna sottoporla ad iperstimolazione ormonale, pratica pericolosa per la salute della donna, e tanto più pericolosa se ripetuta. La clonazione terapeutica richiede che donne volontarie si sottopongano a questa iperstimolazione ormonale, e la pratica rischia di produrre effetti deleteri sulla salute di donne, che magari vi si sottopongono senza conoscerne bene le possibili conseguenze. Staminali da adulti o da cordone ombelicale. Il problema che ha, all inizio, limitato la ricerca sulle cellule staminali da adulti è la loro limitata potenzialità a dare origine a diversi tipi cellulari. Negli ultimi anni però gli studi sulle cellule staminali da adulto o da cordone ombelicale si sono moltiplicati, ottenendo anche notevoli successi. Le staminali da cordone ombelicale, che possono essere raccolte da cordoni ombelicali che altrimenti andrebbero distrutti, presentano il problema di essere presenti in numero relativamente basso, e quindi richiedono un grosso lavoro di purificazione ed isolamento dalle altre cellule. Una volta purificate però posso venir congelate e conservate a lungo. La loro potenzialità è elevata, in genere maggiore di quella delle staminali da adulto. Per questo, in alcuni ospedali si stanno istituendo banche dei cordoni ombelicali. Anche sulle potenzialità delle staminali da adulto si stanno facendo grandi progressi. In primo luogo, si è imparato a portare le staminali pluripotenti presenti nell adulto ad uno stadio di minore differenziamento, rendendo così possibile indurle poi a differenziarsi in un maggior numero di tipi cellulari differenti (transdifferenziamento). Contemporaneamente si è scoperto che anche qui tessuti e quegli organi che un tempo si ritenevano privi di cellule staminali, come per esempio il sistema nervoso, in realtà ne contengono, sia pure in misura limitata. Nello stesso tempo si sono scoperti, anche da parte di gruppi di ricerca italiani, molti fattori che inducono sia lo sdifferenziamento che il differenziamento cellulare, nonché proteine specifiche che attraggono le cellule staminali nel luogo dove si rendono necessarie. Ovviamente, tutto è più semplice quando è possibile stimolare e riattivare le staminali dello stesso paziente, mentre può essere più complesso il trapianto di staminali da un individuo al altro. Anche in questo caso, gli esperimenti sono stati condotti per lo più su animali, e la sperimentazione sull uomo è ancora all inizio. Seconda parte 5 - Problemi etici sull uso delle cellule staminali Abbiamo visto che le cellule staminali possono provenire da adulto (o da cordone ombelicale) oppure da embrioni. L uso terapeutico di staminali adulte o da cordone ombelicale non pone particolari problemi etici: nel caso si tratti delle staminali prelevate dallo stesso paziente poi, di problemi etici non ne esiste nessuno, esistono solo i problemi tecnici. E infatti possibile prelevare, selezionare e reimpiantare le cellule staminali ematopoietiche, come già si fa talvolta nel caso di alcune leucemie, mentre il discorso si fa più complesso quando si Pag 5/15

6 devono indurre staminali normalmente quiescenti a migrare per sostituire cellule lesionate. Su questo argomento si stanno ora concentrando numerosi studi, anche italiani. Nel caso di cellule staminali prelevate da donatore, ovviamente si possono prelevare con facilità solo alcuni tipi di staminali, come le cellule ematopoietiche. Anche in questo caso non ci sono problemi etici, ma problemi tecnici sì, qualora le cellule da sostituire non siano appunto quelle ematopoietiche. Il problema consiste nel riuscire a far sdifferenziare le staminali prelevate, farle moltiplicare in coltura e poi indurle a differenziarsi nel tipo cellulare di cui il paziente ha bisogno. Questo procedimento, molto complesso, è ancora oggetto di studio. Naturalmente, per prelevare cellule staminali più rare e difficili da raggiungere, come quelle cerebrali, è sempre possibile mettere a punto tecniche per il prelievo da cadavere. Inoltre le cellule trapiantate devono essere indotte a raggiunger la zona lesionata per sostituire le cellule lese. Ovviamente, trattandosi di un tipo, sia pure particolare, di trapianto, c è sempre presente il problema del possibile rigetto. I problemi etici si pongono invece quando si tratta di utilizzare cellule staminali embrionali. Ovviamente, la gravità dei problemi etici viene sentita in modo differente da persone con formazione, cultura e religione differenti: si va dal rifiuto totale all accettazione senza riserve, con tutti i possibili gradi intermedi. Cominciamo ad esaminare questo problema, da un punto di vista molto semplice: quali sono i pericoli ed i danni reali che l uso di cellule staminali comporta? Da un punto di vista prettamente scientifico, è difficile affermare che una blastocisti è già un essere umano. Si tratta di un grumo di cellule, totalmente incapaci di proseguire nello sviluppo se non si impianta in un utero materno, ed in natura, si sa che molte blastocisti non riescono a impiantarsi, e vengono distrutte naturalmente, senza che nessuno se ne accorga. Se le cellule di una blastocisti sono un essere umano da proteggere, solo perché hanno il patrimonio genetico di un essere umano, allora si potrebbe sostenere che sono da proteggere i globuli rossi, le cellule dello strato corneo della pelle tutte cellule col patrimonio genetico di un essere umano, eppure destinate a morire, senza scandalizzare nessuno. Se poi si parla di potenzialità, il discorso è analogo. La vita è un processo continuo, da un individuo all altro. Sono vivi gli oociti e gli spermatozoi, così come gli ovuli fecondati, ed appunto, le cellule della pelle o del sangue. Se si divide in due una blastocisti avremo due gemelli: allora quanti esseri umani distruggiamo, se muore una blastocisti? Uno? Due? Più di due? Non lo sappiamo. Sappiamo però per certo che un reale progetto di essere umano si realizza solo dopo l impianto in utero, quando il grumo di cellule comincia a differenziarsi in embrione. Preoccuparsi della salute di una blastocisti, come se già fosse una persona umana, dal mio punto di vista, mi sembra quindi fuori luogo Il problema si complica se guardiamo le cose dal punto di vista della donna che deve fornire gli oociti. Se, per uso sperimentale o terapeutico, si usano le blastocisti soprannumerarie ottenute da una iperstimolazione ormonale compiuta alo scopo di una procreazione medicalmente assistita (pratica questa che la legge italiana appena approvata vieta, in quanto vieta di ottenere blastocisti soprannumerarie) allora non vedo pericoli. Vedo invece grossi pericoli se la donna viene indotta a produrre oociti (e quindi a subire l iperstimolazione ormonale) per fini esclusivi di ricerca, come è avvenuto alle donne volontarie della Corea del Sud. L iperstimolazione ormonale è una pratica pericolosa, tanto è vero che uno dei maggiori difetti della legge approvata in Italia sulla procreazione medicalmente assistita sta proprio nel fatto che, Pag 6/15

7 impedendo la produzione di blastocisti soprannumerarie, impone alla donna di ripetere questo trattamento, tanto più pericoloso se ripetuto, nel caso che il primo tentativo fallisca oppure che lei desideri avere altri figli. Inoltre, come per il trapianto di organi, potremmo assistere ad un commercio criminale di oociti, prodotti da donne mercenarie o poco o nulla informate dei rischi che corrono. Infine, riguardo alla sicurezza, le staminali embrionali presentano dei problemi. Il primo è il rigetto, per superare il quale è stato eseguito, in Corea del Sud, con la collaborazione di scienziati americani, un tentativo di clonazione terapeutica, cioè di sostituzione del nucleo dell uovo fecondato col nucleo del paziente da curare. In questo caso, vedo due pericoli: il primo, quello già espresso, della produzione di oociti a scopo esclusivamente terapeutico, cioè si mette a rischio la salute di molte donne per una possibilità eventuale di avere una nuova terapia molte donne, perché anche in Corea, anche solo per ottenere blastocisti dalle quali prelevare cellule staminali, sono stati necessari precchie decine di esperimenti per ottenerne una sola. Inoltre c è un altro rischio, non remoto. Una volta ottenuta la blastocisti clonata, sarà ben difficile ipotizzare che non esista un qualche medico disponibile ad impiantarla in una donna per ottenere un individuo clonato, a fare cioè una clonazione riproduttiva. A parte l aberrazione della clonazione in sé, sappiamo bene quanti rischi corra un individuo clonato, quanti bambini malformati rischierebbero di nascere in questo modo. L altro problema legato all uso terapeutico delle staminali embrionali sta nella loro potenziale cancerogenicità. Per ora, non si è ancora mai raggiunta la sicurezza di riuscire ad isolare solamente le cellule in via di differenziamento e senza più potenzialità cancerogenetiche. Questo rischio, non etico ma tecnico, sconsiglia, per ora, l uso terapeutico delle staminali embrionali. Nello stesso tempo però sembra doveroso poter continuare a studiarle, sia per comprendere i meccanismi che regolano lo sviluppo ed il differenziamento umano, sia perché non è detto che le obiezioni attuali non possano venir superate in un futuro. Mentre la maggioranza sei paesi del mondo vietano la clonazione anche terapeutica, l uso di staminali embrionali da blastocisti soprannumerarie è quasi ovunque permesso, sia pure con regolamentazioni più o meno severe. Da questo punto di vista, l Italia, con la nuova legge sulla procreazione assistita, si presenta come l unico paese occidentale dove ogni tipo di ricerca sulle staminali embrionali viene totalmente vietata. Anche in questo campo, nel tempo, resteremo ultimi in Europa e nel mondo. Pag 7/15

8 Terza Parte Alcuni esempi di legislazioni nazionali sull uso delle cellule staminali a scopo terapeutico o di ricerca ftp://ftp.cordis.lu/pub/rtd2002/docs/sec441final.pdf Dal documento approvato dalla Commissione Europea il sulla ricerca sulle cellule staminali: [.] - Il prelievo di cellule staminali da embrioni umani soprannumerari è consentito dalla legge, a determinate condizioni, nei seguenti paesi: Finlandia, Grecia, Paesi Bassi, Svezia e regno Unito. Il prelievo di cellule staminali da embrioni umani soprannumerari è vietato nei seguenti paesi, sebbene la legge consenta, a determinate condizioni, l importazione e l utilizzo di linee di cellule ES umane: Germania, Austria Danimarca e Francia (qui il dibattito è ancora in corso) - Il prelievo di cellule staminali da embrioni umani soprannumerari è vietato nei seguenti paesi: Austria, Danimarca, Francia, Irlanda, Spagna e Italia (dopo la recente approvazione della legge sulla procreazione assistita). - Nei seguenti paesi non esiste una legislazione specifica in merito alla ricerca sull embrione umano e sulle cellule Es umane: Belgio, Lussemburgo e Portogallo. Altre notizie: Da: Notiziario Aduc, Anno III Numero 53 (23 Gennaio 2004) - Gb. Modifiche in vista per la legge sulla fecondazione assistita Negli USA la situazione è molto diversa nei diversi stati: - Usa. Maryland. Proposta di legge per offrire il cordone ombelicale alla ricerca - Usa. California. Proposta di referendum per tre miliardi di dollari alla ricerca sulle staminali - Usa. Sud Dakota. La House ha bandito la clonazione umana - Usa. Proposta di legge per la donazione del cordone ombelicale - Cile. Una legge contro la clonazione e per la famiglia - Messico. Chiapas: votata la legge contro la clonazione - Svizzera. Il è stata approvata una legge federale sulle cellule staminali che stabilisce condizioni restrittive ben determinate per l uso di staminali a scopo di ricerca da embrioni soprannumerari. Insieme alla legge, entrerà in vigore anche un ordinanza che stabilirà le modalità tecniche di applicazione della legge. - Canada. Legge anit-clonazione di nuovo al Senato. - Cina. I Governo detta la linea sulla clonazione: si' alla terapeutica, no alla riproduttiva. - Israele. Comitato della Knesset per vietare la clonazione riproduttiva. - Brasile. Grazie alle modifiche al progetto originario verra' permessa la clonazione terapeutica e la ricerca con gli embrioni. Pag 8/15

9 Glossario Pag 9/15

10 Blastocisti: stadio dello sviluppo embrionale (vedi anche sviluppo embrionale) costituito da una sferula cava del diametro di pochi millimetri. Uno strato sottile di cellule ne ricopre la superficie (trofoblasto, destinato a formare la parte embrionale della placenta), mentre all interno si trova del liquido, ed un piccolo gruppo di cellule, aderente al trofoblasto da un lato (nodo embrionale) destinato a dare origine a tutto l embrione. Nello sviluppo normale, la fecondazione avviene nel corpo femminile nella parte alta delle tube, e lo sviluppo sino allo stadio di blastocisti si raggiunge durante il percorso nelle tube verso l utero, dove il trofoblasto aderirà e darà luogo, insieme alla parete uterina, alla placenta. Nel caso della fecondazione extracorporea in vitro l ovulo fecondato (zigote) si può sviluppare al di fuori del corpo materno sino allo stadio di blastocisti avanzata (anche sino a cellule), poi deve essere impiantato in utero, se si desidera che lo sviluppo possa progredire. Cancerogenicità: la potenzialità di alcune cellule, e di alcune linee cellulari, di dare origine a tumori anche maligni se introdotte in un organismo adulto. Cellule differenziate: le cellule di un organismo che presentano caratteristiche morfologiche e funzionali specializzate, come per esempio le cellule nervose, le cellule dell epidermide, ecc. Cellule ematopoietiche: cellule staminali, presenti in tutti gli individui, capaci di differenziarsi in tutte le cellule del sangue. Si tratta quindi di cellule staminali pluripotenti (vedi anche staminali pluripotenti) e sono localizzate all interno delle ossa, costituendo il cosiddetto midollo osseo. Cellule germinali: le cellule di un organismo destinate a produrre un nuovo individuo della generazione successiva. Sono cellule germinali mature gli oociti (vedi anche sviluppo embrionale) e gli spermatozoi. Nei mammiferi, mentre gli spermatozoi mantengono delle cellule staminali (unipotenti) che danno origine, pressoché per tutta la vita, a nuovi spermatozoi maturi, gli oociti si moltiplicano soltanto durante lo sviluppo intrauterino, e dopo la nascita sono già tutti presenti nell ovaio, e matureranno soltanto nell età adulta. Cellula somatiche: tutte le cellule di un organismo, ad eccezione delle cellule germinali. Le cellule somatiche sono in genere differenziate in modo più o meno definitivo, e sono destinate a moltiplicarsi un numero limitato di volte prima di morire. Le cellule somatiche sono inoltre in grado di recepire tutta una serie di segnali dell organismo di cui fanno parte, che modulano la durata della loro vita e la loro capacità di dividersi. Clonazione: riproduzione di un embrione geneticamente identico ad un adulto, che a questo scopo ha donato una sua cellula. La tecnica prevede l eliminazione del nucleo da una cellula uovo (oocita), e la sua sostituzione col nucleo dell individuo che si vuole clonare. In seguito, lo zigote così ricostituito viene lasciato sviluppare. La prima clonazione di mammifero che produsse un animale vitale è stata la clonazione della pecora Dolly da parte di un gruppo di ricercatori scozzesi nel In seguito sono stati clonati altri animali, ma tutti presentavano qualche anomalia più o meno importante. Inoltre, per ogni animale nato in genere si avevano decine o anche alcune centinaia di fallimenti e di aborti. Clonazione riproduttiva: quando la clonazione arriva sino alla produzione di un intero organismo destinato a crescere e diventare adulto. L esperimento è stato sino ad ora tentato solo su animali, ed è proibito, sia per i rischi tecnici che per motivi etici, nella specie umana. In questo caso si procede in vitro alla sostituzione del nucleo dell uovo con quello di una cellula somatica, si fa quindi sviluppare in vitro sino allo stadio di blastocisti, poi la blastocisti viene impiantato nell utero di una madre ricevente dove dovrebbe svilupparsi sino alla nascita. Pag 10/15

11 Clonazione terapeutica: clonazione il cui scopo è quello di ottenere blastocisti in vitro, con lo stesso patrimonio genetico di un individuo malato che si intende curare con le cellule staminali. Tecnica complessa ed ancora sperimentale. Colture cellulari: cellule provenienti da individui adulti (in genere, solo cellule cancerose) o da blastocisti che sono state distrutte e da cui sono state prelevate le cellule del nodo embrionale. Queste cellule si moltiplicano indefinitamente in vitro, e talvolta possono venir indotte a differenziarsi in particolari tessuti. Quando le cellule coltivate mantengono le loro caratteristiche strutturali e funzionali per molte generazioni, si parla di linee cellulari stabili. Cromosoma: corpicciolo allungato, presente nel nucleo di tutte le cellule, e contenente il patrimonio genetico, costituito da acido desossiribonucleico (DNA). Il numero di cromosomi presenti nel nucleo è specifico di ogni specie. Nella specie umana nei gameti i cromosomi sono 23, tutti diversi tra loro. Dopo la fecondazione, tutte le cellule dell organismo avranno un corredo cromosomico doppio, nella specie umana 46. Differenziamento: il processo tramite il quale si passa da uno stadio in cui tutte le cellule sono uguali e non svolgono funzioni specifiche (l uovo ed anche le cellule della blastocisti, oppure da cellule staminali anche adulte) ad uno stadio in cui le singole cellule presentano forme e funzioni specifiche (es: cellule epiteliali, nervose, ecc). Quando da una blastocisti si passa ad un feto e poi ad un bambino si parla di differenziamento embrionale. DNA: è una molecola biologica filiforme, dello spessore di un milionesimo di millimetro, e lunga quasi un metro, contenuta all interno del nucleo, dove ovviamente è ben arrotolata nei cromosomi per funzionare in modo ordinato. La molecola di DNA può venir paragonata ad un nastro magnetico che funziona da memoria e da piano operativo per la costruzione e la manutenzione del sistema vivente. Sia la struttura delle cellule, sia quella di tessuti ed organi, sia la trasformazione da embrione a organismo adulto, sia la stessa riproduzione e morte dell'individuo, nonché parte anche del suo comportamento nell'ambiente, sono tutte informazioni in qualche modo "scritte" nel DNA di ogni essere vivente. Attualmente si conosce tutto il codice del DNA umano, ma ancora c è molto da studiare su come questo codice venga letto per produrre i suoi effetti. La conoscenza di questi dati è di grande importanza per la comprensione sia delle malattie genetiche, sia di come si possa indurre una cellula a differenziarsi in una direzione voluta, come per esempio nel caso di cellule staminali per uso terapeutico. Fecondazione: la fusione di un oocita e di uno spermatozoo per dare origine ad uovo fecondato o zigote, che poi si svilupperà in un nuovo individuo. Va sottolineato che sia l uovo che lo spermatozoo possiedono un corredo cromosomico, specifico di ogni specie, in cui ogni cromosoma è presente in un unica copia. Alla fecondazione lo zigote assume quindi un corredo cromosomico doppio, quello proveniente dalla madre (oocita) e quello proveniente dal padre (spermatozoo). Gameti: (cellule germinali), oociti e spermatozoi. Iperstimolazione ormonale: pratica che consiste nella somministrazione ad una donna di una quantità di ormoni femminili molto elevata, in modo da indurre la maturazione di più oociti contemporaneamente. Questa pratica viene necessariamente praticata nel caso in cui la donna debba sottoporsi a procreazione assistita, cioè in vitro, al di fuori del suo corpo. L iperstimolazione ormonale, inducendo la maturazione di più oociti contemporaneamente, consente ai medici di Pag 11/15

12 prelevarli direttamente dall ovaio, mentre altrimenti i medici non riuscirebbero a individuare l unico oocita che matura ad ogni ciclo in condizioni normali. L iperstimolazione ormonale non è priva di rischi, e può portare a complicazioni anche molto gravi, soprattutto se viene ripetuta. Linee cellulari: cellule in coltura che mantengono stabili le loro caratteristiche pur continuando a dividersi a lungo. Possono derivare da cellule cancerose oppure da cellule prelevate da blastocisti. Midollo osseo: è contenuto nella parte centrale cava delle ossa lunghe, ed è formato in larga parte da cellule ematopoietiche, che sono cellule staminali pluripotenti, capaci di differenziarsi in tutti i tipi di cellule del sangue, dai globuli rossi ai diversi globuli bianchi. Nodo embrionale: gruppo di cellule ( vedi anche sviluppo embrionale) presente all interno della blastocisti dal quale deriverà tutto l embrione. Se la blastocisti viene rotta, le cellule del nodo embrionale si staccano le une dalle altre, non si differenziano più, se non sottoposte a particolari stimoli, e continuano a dividersi indefinitamente, dando origine a linee cellulari. Nucleo: la parte centrale di ogni cellula, contenente principalmente i cromosomi, e quindi il patrimonio genetico dell organismo. Oocita: cellula germinale femminile, destinata a fondersi con uno spermatozoo per dare origine ad uno zigote o ovulo fecondato (vedi anche sviluppo embrionale). L oocita è di forma sferica, in genere piuttosto grande. Contiene, oltre al nucleo coi suoi cromosomi, anche abbondante citoplasma, che contribuirà a determinare le prime fasi di sviluppo. Ovulo fecondato: cellula con un patrimonio cromosomico costituito da coppie di cromosomi a due a due equivalenti tra loro, destinato a svilupparsi sino a dare origine ad un nuovo individuo. E sinonimo di zigote. Patrimonio genetico: il corredo di geni, che determinano le caratteristiche specifiche di ogni individuo, contenuti nei suoi cromosomi. Rigetto: la reazione di un organismo verso cellule o organi geneticamente diversi, che l individuo riconosce come estranei e tende a distruggere o ad espellere. Il fenomeno del rigetto si presenta nel trapianto di organi, e viene neutralizzato con opportune terapie ed anche con la scelta di organi che provengano da donatori il più possibile compatibili col ricevente: il massimo di compatibilità si ha ovviamente tra gemelli identici. Sdifferenziamento: processo mediante il quale si induce una cellula già parzialmente differenziata a perdere le sue caratteristiche specifiche e ritornare ad essere una cellula meno differenziata. Tappa fondamentale se si vogliono ottenere da cellule adulte cellule staminali multipotenti, capaci di differenziarsi in cellule completamente differenti (ad es: cellule ematopoietiche in cellule nervose od altro). Vedi transdifferenziamento. Spermatozoo: cellula germinale maschile, piccola e mobile, destinata a fondersi con un oocita per dare origine ad uno zigote. Staminali pluripotenti (multipotenti) : cellule indifferenziate, capaci di dividersi e di dare origine a cellule progenitrici di più tipi cellulari, come per esempio le diverse cellule del sangue. Sono presenti negli embrioni anche avanzati, nei feti, nel cordone ombelicale ed anche, sia pure in minore Pag 12/15

13 misura, negli adulti. Molti autori distinguono questi due termini, ma le differenze sono minime, e sempre più sovrapponibili. Schema della derivazione delle cellule del sangue. Da una cellula staminale pluripotente derivano prima cellule staminali ancora pluripotenti (mieloidi e linfoidi), ma con potenzialità più limitate, poi cellule unipotenti e infine le cellule differenziate del sangue. Il globulo rosso, la cellula più piccola dell organismo, nei mammiferi è priva di nucleo ed ha un diametro di circa 7 millesimi di millimetro. Staminali totipotenti: cellule presenti soltanto in embrioni molto precoci, prima dell impianto in utero, e capaci di dare origine a tutti i tipi cellulari di un individuo adulto. Staminali unipotenti: cellule presenti in molti tessuti adulti che si rinnovano continuamente. Sono in grado di dividersi, dando origine ad una cellula che resta staminale e ad una che si differenzia nelle caratteristiche tipiche della cellula matura, in genere incapace di ulteriori divisioni. Per esempio, le cellule dello strato germinativo (il più profondo) dell epidermide. Schema di una sezione di pelle (perpendicolare alla superficie cutanea). Le cellule dello strato basale sono cellule staminali unipotenti, in quanto sono in grado di dividersi, dando origine ad una cellula che resta staminale, e ad una che si sposta verso la superficie cutanea differenziandosi e poi morendo (lo strato corneo della pelle è costituito da cellule morte che poi si sfaldano). Nello strato basale c è una cellula (CD) che si sta dividendo, all interno si vedono i due gruppi di cromosomi che formeranno i due nuclei delle cellule figlie. I nuclei sono colorati in marrone. Nello strato corneo, costituito da cellule morte, i nuclei non sono più presenti. Le cellule piatte differenziate hanno un diametro di circa 30 millesimi di millimetro. Sviluppo embrionale: il processo che, a partire da uno zigote, porta allo sviluppo di un nuovo organismo. Può venir suddiviso in vari stadi, il primo, dallo zigote alla blastocisti, può avvenire anche al di fuori del corpo materno, in vitro. a Fotografia al microscopio di un oocita fecondato. Il suo diametro è di circa 50 millesimi di millimetro. b Fotografia di una sezione trasversale di una blastocisti, nella quale si distinguono le cellule superficiali, che daranno origine alla placenta, la parte centrale ripiena di liquido, e la massa cellulare interna(mc) o nodo embrionale ad una estremità. Le dimensioni della blastocisti sono appena più grandi di quelle dell oocita, a causa della pressione del liquido interno. Le cellule invece sono molto più piccole. c Schema di un oocita che ha subito le prime due divisioni cellulari, dando origine a quattro cellule ognuna delle dimensioni di un quarto dell oocita. d - rappresentazione schematica di una blastocisti, dove è messo in evidenza il nodo embrionale (MC), dal quale si originerà tutto l embrione, ed è quindi costituito da cellule staminali totipotenti. Transdifferenziamento: quando una cellula, più o meno differenziata, viene indotta a perdere le sue caratteristiche differenziate (sdifferenziamento) e quindi indotta a differenziarsi in un tipo cellulare differente. Pag 13/15

14 Sequenza schematica del transdifferenziamento delle cellule pigmentate della retina in cellule trasparenti del cristallino dell occhio di uccello Cellula pigmentata isolata dalla retina La cellula pigmentata si riproduce in coltura Modificando le condizioni sino a formare uno di coltura, le cellule perdono strato di cellule pigmentate le caratteristiche di cellule pigmentate della retina Con l aggiunta alla coltura di sostanze particolari, le cellule sdifferenziate cominciano a differenziarsi in cellule trasparenti del cristallino. Trapianto: quando in un organismo malato si sostituisce l organo malato con un organo sano prelevato da un defunto o da un donatore vivente. Si possono trapiantare anche cellule staminali, soprattutto della linea ematopoietica. Naturalmente bisogna sempre tener conto della possibilità del rigetto. Trasfusione: si tratta in realtà di un tipo particolare di trapianto, molto semplice ed in uso da tempo: il trapianto di sangue da un donatore vivente ad un ricevente. Per evitare il rigetto si presta grande attenzione che donatore e ricevente abbiano lo stesso gruppo sanguigno. Trofoblasto: strato di cellule che circonda la blastocisti e che, dopo l impianto nell utero materno, darà origine alla parte embrionale della placenta. Zigote: ovulo fecondato destinato a dare origine a un nuovo organismo. Pag 14/15

15 BIBLIOGRAFIA 1. Brigg, R. & King, T.J., Transplantation of living nuclei from blastula cells into enucleated frogs eggs Proc. Nat. Acad. Sci USA, 38, (primo esperimento di trapianto di un nucleo di una cellula ancora indifferenziata in un oocita privato del suo nucleo, in un anfibio). 2. Gurdon, J.B., The developmental capacity of nuclei taken from differentiatied enendoderm cells of xenopus laevis. J. Embryol. Exp. Morphol. 8, (primo esperimento di trapianto di un nucleo di una cellula differenziata in un oocita privato di nucleo, in un anfibio; l esperimento era stato fino ad allora giudicato impossibile) 3. Wilmut, I., A E. Schnieke, J. McWhir, A.J. Kind & K. H. S. Campbell, Viable offspring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature, 385, (I ricercatori del Roslin Institute di Edimburgo clonano la pecora Dolly. La clonazione nei mammiferi era sino ad allora giudicata impossibile) 4. Shiels, P.G., A.J. Kind, K.H. Campbell, D. Waddington, I. Wilmut, A. Colman, A.E. Schnieke, Analysis of telomere lengths in cloned sheep. Nature, 399, (Dolly risulta essere nata con l età biologica della madre donatrice del nucleo) 4. Bjorson, C.R.R., R.L. Rietze, B.A. Reynolds, M.C. Magli and A.L. Vescovi, Turning Brain into Blood. A Hematopoietic fate Adopted by Adult neural Stem Cells in Vivo. Science, 283, (Transdifferenziamento di staminali adulte. Vescovi e la Magli sono dell Istituto neurologico Bestia di Milano) 5. Reya, T., S. Morrison, M.F. Clarke, I:L. Weissman, Stem cells, cancer, and cancer stem cells. Nature, 414, 1 november. (problema della cancerogenicità delle staminali embrionali) 6. Wurmser, A.E. and F.E. Gage, Stem cells: Cell fusion causes confusion. Nature, 416, (Problemi riguardanti la possibilità di transdifferenziamento di cellule staminali adulte). 7. Plachino, S., A. Quattrini, E. Brambilla, A. Gritti, G. Salani, G. Dina, R. Galli, U. Del Carro, S. Amadio, A. Bergami, R. Furlan, G. Comi, A.L. Vescovi & G. Martino, Injection of adult neurospheres induces recovery in a chronic model of multiple sclerosis. Nature, 422, (esperimento terapeutico con staminali adulte. Tutti i ricercatori sono del S. Raffaele di Milano) 8. Gurdon, J.B., J.A. Byrne and S. Simonsson, Nuclear reprogramming and stem cell creation. PNAS, 100 suppl. 1, (studio delle trasformazioni che deve subire un nucleo prima di essere trapiantato in un oocita, per dirigerne lo sviluppo, in anfibi e mammiferi) 9. Lee O.K., T,K. Kuo, W.M. Chen, K.D. Lee, S.L. Hsieh, T.H.Chen, Isolation of multipotent mesenchymal stem cells from umbilical cord blood. Blood, 103(5), (sull uso delle cellule staminali da cordone ombelicale) 10. W.S. Hwang et S.H. Moon, Evidence of a pluripotent human embryonic stem cell line derived from a cloned blastocyst, Science, DOI: /science , February 12. (clonazione umana terapeutica all università di Seul). Pag 15/15

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