APPLICAZIONI TERAPEUTICHE

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1 CELLULE STAMINALI: Cellula che ha una elevata capacità di differenziarsi in qualsiasi altro tipo di cellula. Durante la formazione dell'embrione, dalle divisioni dello zigote si formano cellule totipotenti (c.s. embrionali o ES, Embrionic stem), che hanno cioè la possibilità di differenziarsi dando origine a qualsiasi cellula del corpo. Progressivamente le c.s. embrionali diventano sempre più differenziate e costituiscono le c.s. somatiche, il cui compito è quello di produrre le cellule mature del tessuto in cui risiedono (cellule specializzate). Il numero delle c.s. somatiche declina progressivamente con lo sviluppo dell'organismo e raggiunge valori minimi e stabili nell'età adulta. In alcuni di questi tessuti rimangono alcune cellule che non andranno mai incontro al processo di differenziamento, mantenendo una capacità di rinnovo di tipo embrionale. APPLICAZIONI TERAPEUTICHE Per le loro caratteristiche di flessibilità e plasticità le c.s. hanno assunto grande importanza per la comprensione dei processi dello sviluppo e per le loro enormi potenzialità in campo terapeutico, soprattutto in quelle patologie nelle quali si ha la morte di un certo tipo di cellule, per es. nel morbo di Parkinson, nelle malattie cardiache, nel diabete o anche nelle malattie in cui alcune cellule non funzionano regolarmente, come nelle immunodeficienze congenite. CELLULA STAMINALE - APPROFONDIMENTOdi Margherita Fronte Da qualche anno, le cellule staminali sono al centro delle ricerche più avanzate in campo biomedico: suscitano le speranze di tanti malati e accendono infuocati dibattiti etici. Poco prima di morire, l'attore C. Reeve ( ), che ha trascorso gli ultimi nove anni della sua vita paralizzato in seguito a una caduta da cavallo, le definiva "il futuro della medicina". Altri le paragonano agli antibiotici o ai vaccini, per la svolta che potrebbero imprimere nella terapia di molte

2 malattie che oggi non hanno una cura. Sono speranze fondate? Quali sono le loro reali potenzialità? Una definizione Si chiamano staminali le cellule immature da cui derivano tutte le cellule specializzate che compongono gli organi, permettendo loro di assolvere alle rispettive funzioni. Pur non essendo in grado di svolgere compiti specifici (per es. non possono condurre uno stimolo nervoso, né contrarsi, né secernere ormoni o anticorpi), mantengono - a differenza delle cellule mature - la capacità di moltiplicarsi attivamente e dare origine a cellule nuove. Ne esistono di due tipi: le staminali somatiche (o adulte) e quelle embrionali. Le prime sono presenti in molti organi e servono a rimpiazzare gli elementi vecchi o danneggiati. In natura, il loro compito si esaurisce all'interno del sistema di cui fanno parte: per es. le staminali della pelle assicurano il ricambio degli strati più superficiali dell'epidermide; quelle del sangue permettono il continuo rinnovamento di globuli rossi e globuli bianchi e così via. Le cellule staminali embrionali invece si trovano soltanto negli embrioni nelle primissime fasi dello sviluppo, si moltiplicano molto più rapidamente di quelle adulte e hanno la capacità di generare tutti i 254 tipi cellulari di cui è composto il nostro organismo. La cura dentro di noi: le cellule staminali adulte Sebbene i biologi conoscano le cellule staminali da molti anni, la ricerca ha cominciato a studiarle per le loro possibili applicazioni solo a partire dagli anni Novanta, quando si è iniziata a intravedere la possibilità di utilizzarle per curare malattie che comportano una degenerazione dei tessuti. L'idea è emersa con chiarezza per la prima volta nel 1992, quando B. Reynolds e S. Weiss, due ricercatori dell'univ. di Calgary (Canada), scoprirono nei topi una fonte di cellule staminali inattesa: si trovava infatti nel cervello, un organo considerato

3 particolarmente vulnerabile proprio perché i neuroni, non soggetti a ricambio, non possono essere rimpiazzati se una malattia o un trauma ne causa la morte. Si fece strada l'idea che le cellule staminali neurali, trattate con fattori biologici che ne favorissero la proliferazione e il differenziamento, potessero riparare i danni di malattie dovute alla degenerazione dei neuroni, come il morbo di Alzheimer e quello di Parkinson, la corea di Huntington, la sclerosi laterale amiotrofica, le lesioni dovute a traumi e ictus e altro ancora. E in breve la lista si allungò a comprendere anche malattie di altri organi (per es. i tumori, il diabete o l'infarto), in considerazione del fatto che le cellule staminali adulte sono presenti in molti tessuti: dalla pelle al midollo osseo, dal cuore al fegato. Le cellule staminali adulte hanno già in parte mantenuto le loro promesse. Per es., in alcuni centri all'avanguardia, i grandi ustionati sono già trattati con trapianti di pelle ottenuta da cellule staminali dello stesso paziente, coltivate in vitro, fino a ottenere i lembi di tessuto delle dimensioni adatte. Buoni risultati sono stati ottenuti anche nell'infarto: un trapianto di staminali permette infatti di rigenerare il muscolo cardiaco danneggiato (questa tecnica è ancora in fase sperimentale). Infine, il trapianto di midollo osseo, terapia consolidata per il trattamento delle leucemie, non è altro che un trapianto di cellule staminali in grado di rigenerare gli elementi del sangue. I risultati invece sembrano tardare per altri tessuti, e in primo luogo per il cervello. Qui il potenziale rigenerativo delle staminali adulte non sembra infatti sufficiente a riparare le lesioni. Per questo c'è chi propone di usare le cellule embrionali. Gli embrioni: fra difficoltà tecniche e dibattiti etici La ricerca sulle cellule staminali embrionali ha ricevuto un forte impulso nel 1998, quando J. Thomson, un ricercatore dell'univ. del Wisconsin (USA), riuscì per la prima volta a isolare e a far moltiplicare in vitro cellule prelevate da embrioni umani, creando linee cellulari che potevano essere mantenute in

4 laboratorio. Da queste linee cellulari è in teoria possibile prelevare la quantità di cellule necessaria a trattare un paziente. E, poiché le cellule staminali embrionali hanno la capacità di trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula, in linea di principio sarebbe possibile usarle per riparare tutti i tessuti del nostro organismo. Rispetto alle cellule staminali adulte, tuttavia, le cellule embrionali presentano alcuni svantaggi. La loro versatilità, per es., è anche un ostacolo perché queste cellule sono difficili da controllare e c'è il rischio che, una volta infuse nei pazienti, continuino a proliferare, formando tumori. Inoltre, mentre in teoria è possibile prelevare dallo stesso paziente le cellule staminali adulte con cui curarlo, scongiurando così qualsiasi rischio di rigetto, le cellule embrionali, derivate da linee coltivate in laboratorio, hanno un patrimonio genetico diverso da quello del malato e potrebbero quindi causare una reazione di rigetto, analoga a quella che si verifica nei normali trapianti d'organo. L'ostacolo potrebbe essere risolto con la clonazione terapeutica, che permette di generare embrioni con lo stesso patrimonio genetico del paziente, da cui ricavare le cellule staminali compatibili da usare nel trapianto. Questo approccio suscita però perplessità etiche ed è apertamente avversato da chi ritiene che un individuo appena concepito sia titolare degli stessi diritti di una persona già nata: per prelevare le cellule staminali, infatti, l'embrione deve essere distrutto. Inoltre, anche nei paesi in cui la clonazione terapeutica è permessa non si sono ancora ottenuti risultati incoraggianti. CELLULA STAMINALE - APPROFONDIMENTOdi Robert C. Bielby, Robert Nerem, Julia M. Polak, Neil S. Tolley e Archana Vats (Enciclopedia della Scienza e della Tecnica) Uno degli obiettivi principali della medicina è sempre stato quello di sconfiggere gli effetti debilitanti dovuti alla perdita di organi o di tessuti. Per molti secoli

5 l unica soluzione è stata quella di rimuovere il tessuto malato. La maggiore comprensione del funzionamento degli organi ha portato a capire che, in alcune circostanze, un sostituto sintetico poteva essere una valida terapia alternativa. Altre scoperte, come gli antisettici, gli antibiotici e un igiene migliore, hanno contribuito a un impressionante incremento nella longevità umana: ciò ha aumentato la necessità di sostituire i tessuti. La qualità di vita di milioni di pazienti è migliorata enormemente grazie allo sviluppo e all applicazione clinica di impianti come protesi articolari, stent cardiovascolari e valvole cardiache artificiali. Il costo socioeconomico della terapia per il degrado dei tessuti e il malfunzionamento degli organi in una popolazione che sta invecchiando sempre di più (soprattutto nei Paesi più sviluppati) è enorme e finora l ostacolo principale per l utilizzo degli impianti artificiali, ossia la loro durata limitata, non è ancora stato risolto. Oggi la scienza biomedica deve sostenere la sfida che essa stessa ha creato, ovvero affrontare la progressiva longevità dei pazienti. L allungamento dell aspettativa di vita ha due effetti sull uso degli impianti: molti più pazienti ne necessitano e le stesse terapie devono durare più a lungo. Nasce quindi la necessità di discostarsi dai correnti metodi di sostituzione di tessuti in modo da avvicinarsi ad approcci più biologici, tra cui la rigenerazione dei tessuti. Una delle principali proprietà del tessuto vivente in un organismo multicellulare è la sua capacità di riadattarsi e rimodellarsi in risposta a stimoli fisiologici e ambientali. Tra i problemi degli impianti sintetici vi è la loro incapacità a percepire le condizioni locali e a rispondere adeguatamente a esse; il mancato adattamento al tessuto locale può essere una delle cause principali del fallimento di un impianto. Il passo successivo nello sviluppo di impianti clinici sarà dunque quello di utilizzare materiali più biologici e bioattivi, che forniscano i giusti segnali biologici e che possano sollecitare una risposta rigenerativa nel luogo

6 danneggiato in vivo, o essere utilizzati per allevare tessuti in vitro che saranno successivamente impiantati. Per ottenere questi risultati, i materiali devono avere proprietà sofisticate, che sopravanzino i requisiti elementari di aumentare l adesione cellulare e limitare le reazioni infiammatorie. La combinazione di questi materiali con le cellule permetterà di produrre impianti di tessuto vivente dalle piene funzioni biologiche, in grado di rispondere alle variazioni ambientali e con una durata media molto più lunga di quella degli attuali impianti. Le esigenze cliniche del 21 sec. saranno sempre più connesse con le malattie degenerative, affezioni che colpiscono una percentuale sempre maggiore di individui e implicano crescenti costi socioeconomici: diabete, morbo di Parkinson e morbo di Alzheimer, condizioni a carico del cuore, dei vasi e delle articolazioni. Per queste patologie, gli impianti e le terapie disponibili registrano un successo limitato. Le cellule staminali si stanno rivelando molto importanti in questo settore della medicina, grazie al loro potenziale rigenerativo e all esistenza di alcuni tipi di cellule staminali in grado di differenziarsi in qualsiasi tessuto dell organismo.

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