Terapia genica: le staminali del cordone ombelicale bloccano la crescita del più diffuso tumore cerebrale, il glioma, incorporando l' sttrail.

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1 Terapia genica: le staminali del cordone ombelicale bloccano la crescita del più diffuso tumore cerebrale, il glioma, incorporando l' sttrail. Le staminali del cordone ombelicale stanno portando negli ultimi mesi ad eccezionali risultati sperimentali nella cura di un vasto numero di neoplasie di diverso tipo, in svariati organi. Il Glioma, il più comune tumore del cervello ed il meno curabile, derivato dalle cellule della glia, è uno dei primi, per il quale si sono ottenuti significativi risultati con questa specifica terapia cellulare. Nel numero di Dicembre 2008 di Cancer Research è apparso una ricerca, che rappresenta una svolta decisiva nella terapia di questa malattia, realizzata dal Dottor Seong Muk Kim e dal suo team, con scienziati provenienti dal Department of Biomedical Science, College of Medicine, e dal Department of Neurosurgery, nel Kangnam St. Mary's Hospital, presso la Catholic University of Korea di Seul, dal Medipost Biomedical Research Institute, MEDIPOST Co., Ltd. anch'esso di Seul, dai Research Laboratories of Dong-A Pharmaceutical Co., Ltd., a Yongin, e dalla Division of Molecular and Life Sciences, presso la Pohang University of Science and Technology, a Pohang (Corea del Sud). La Catholic University of Korea è un ateneo che sta raccogliendo numerosi successi negli studi più avanzati con le staminali del cordone ombelicale. I suoi ricercatori sono riusciti ha bloccare il glioma intracranico in modo ancora più efficace, modificandole geneticamente, al fine di fargli secernere importanti sostanze antitumorali. Le cellule della glia, dette anche nevroglia, sono cellule che, assieme a i neuroni, costituiscono il sistema nervoso. Hanno funzione nutritiva e di sostegno per i neuroni, assicurano l'isolamento dei tessuti nervosi e la protezione da corpi estranei in caso di lesioni. Influenzano la trasmissione nervosa, lo sviluppo degli assoni e formano i mattoni di base, per formare la barriera emato-encefalica.

2 Nella maggior parte dei paesi europei e del Nord America, l'incidenza di questa patologia incurabile è di 5 casi all'anno su abitanti, 1 con nuovi malati nel mondo e in Italia. Tra le numerosi varianti esistenti è prevalente il Glioblastoma, che riguarda il 50-60% dei pazienti. Pochissimi i fattori di rischio conosciuti, che presentino una certa rilevanza: le radiazioni ionizzanti, 2, la sclerosi tuberosa, la neurofibromatosi, 3 l' esposizione lavorativa agli idrocarburi aromatici e al cloruro di vinile; 4 5 soprattutto agenti virali, come un microrganismo non ben identificato, tramesso dall' anofele della malaria. Sospetti vi sono stati, in passato, riguardo alle nitrosammine nell' alimentazione e all' uso dei telefoni cellulari; anche se oggi sembrerebbero risultare infondati. 6 Secondo il Dottor Kim la prognosi dei pazienti con gliomi maligni è estremamente sfavorevole, perché questi tumori del cervello sono refrattari alle cure convenzionali, costituite da ampie resezione chirurgiche, radioterapia e chemioterapia; così come a tecniche più innovative, tra cui l' uso di vettori virali, che trasportino nel tessuto neoplastico geni terapeutici. I nuovi strumenti di trattamento, per risultare efficaci, devono rivolgersi contro le cellule tumorali, inquadrandole in modo specifico come bersaglio; ciò specialmente per quelle che sono sfuggite alla massa principale del cancro cerebrale, asportata chirurgicamente. Studi recenti suggeriscono che le cellule staminali possono essere utilizzate come veicoli per la consegna di geni utili, al fine di realizzare il trattamento di neoplasie del sistema nervoso centrale. 7 Tuttavia, ad esempio, l'applicazione clinica delle staminali neurali è limitata da problemi connessi al loro isolamento e all' incompatibilità immunologica nel trapianto allogenico. Inoltre una nuova strategia terapeutica è stata sviluppata con l' utilizzo delle cellule staminali mesenchimali, abbondantemente presenti anche tra quelle del cordone ombelicale, per la somministrazione mirata e la produzione locale di agenti biologici efficaci nei tumori. 8 Questi studi implicano che esse risultino particolarmente interessanti per l' uso clinico, perché mostrano la proprietà di dirigersi in modo specifico verso il glioma, possono essere facilmente isolate ed espanse, per raggiungere il numero necessario al trapianto, ed venire manipolate geneticamente con vettori virali. Diverse ricerche confermano che le staminali del cordone ombelicale sono simili a quelle mesenchimali del midollo osseo rispetto alle caratteristiche cellulari e per potenziale differenziativo verso molte linee cellulari. 9 Anzi alcune di queste sperimentazioni dimostrano che le staminali cordonali risultano essere più vantaggiose per la facile raccolta, il basso rischio d' infezioni virali, la mancanza di stress e pericoli per il donatore oppure di un' eccessiva risposta immunitaria, la conservazione in centri dedicati, al fine di un rapido utilizzo, e per i consistenti benefici, a seguito del

3 trapianto. 10 Per di più il numero e la capacità differenziativa delle mesenchimali del midollo osseo diminuiscono con l' età, diversamente che per le staminali cordonali, se si mantengono parzialmente indifferenziate ed efficienti. 11 Inoltre le staminali del cordone ombelicale umano, pur risultano più immature di quelle adulte, a differenza di esse, non scatenano una grave reazione immunitaria in risposta al trapianto di un donatore,. 12 Queste caratteristiche le rendono delle ottime candidate per applicazioni cliniche, anche nella cura del cancro del cervello. Gli scienziati hanno dimostrato l' azione terapeutica contro questa terribile malattia delle terapie basate sul Ligando che induce l' Apoptosi, collegato al Fattore di Necrosi Tumorale (TRAIL), sia attraverso il trattamento con TRAIL ricombinante, che utilizzando adenovirus, i quali trasportano il gene che determina la sintesi di questa sostanza. Tuttavia ci sono problemi potenziali di tossicità e di emivita della proteina, somministrandone alte dosi. Inoltre ulteriori limitazione possono derivare dalla sopravvivenza relativamente limitata degli adenovirus a causa di una reazione immunitaria e da una moltiplicazione maggiore del normale delle cellule del glioma, che infiltrano il parenchima sano del sistema nervoso centrale. Per ovviare a questi problemi, è stato sviluppato un gene artificiale per questo fattore terapeutico, il secretable trimeric TRAIL (sttrail), che codifica per una proteina di fusione, composta da tre elementi funzionali, un segnale di secrezione, un dominio di trimerizzazione, cioè la formazione di un composto costituito da tre molecole più semplici uguali tra loro, ed una parte della sequenza genica, che induce l' apoptosi. 13 Vettori adenovirali, che trasportano l' sttrail hanno evidenziato una maggiore attività di soppressione del glioma in vivo ed in vitro, rispetto alle tecniche precedenti. E' a questo livello che le staminali del cordone ombelicale possono avere un importante ruolo, a parere dei ricercatori della Catholic University: esse sono in grado di prolungare il tempo di rilascio dell' sttrail e trasportarlo a livello delle cellule tumorali infiltrate nel tessuto neurale. 14 In aggiunta gli scienziati coreani hanno scoperto il 4HP4 un nuovo protein transduction domain (PTD), piccole molecole poli-basiche, che riescono ad attraversare la membrana cellulare, ad esempio delle staminali cordonali, utilizzando un meccanismo indipendente dal recettore di superficie. Esso permette d' introdurre molecole di trasporto attive biologicamente e virus all' interno della cellula. Viene così superato il limite delle staminali mesenchimali di non esprimere il Coxsackie-Adenovirus Receptor (CAR), finora indispensabile per il superamento della membrana cellulare da parte degli adenovirus umani di sierotipo 5, che vengono normalmente adoperati per la trasduzione

4 delle staminali mesenchimali, anche del cordone ombelicale. Questa carenza, infatti, determina una trasduzione limitata del gene, codificante per il Ligando che induce l' Apoptosi, collegato al Fattore di Necrosi Tumorale: solo tra il 20 ed il 30%. 15 La sperimentazione conferma che l' uso di 4HP4 e di relativamente basse dosi di adenovirus determina una elevata produzione di proteine da parte delle staminali cordonali, senza compromettere la vitalità cellulare e raggiungendo un livello ottimale di trasduzione delle staminali del cordone ombelicale, di circa il 90%. Esse risultano poi attratte fortemente da un fattore chemiotattico, rilasciato da linee cellulari di glioma; fatto che non avviene con astrociti normali o con fibroblasti, né adoperando mesenchimali non modificate per il gene sttrail. Il Dottor Kim ha confermato questa importante proprietà anche in vivo, trapiantando le staminali del cordone ombelicale sttrail nell' emisfero contolaterale di topi, affetti da glioblastoma umano, ed osservando una consistente migrazione verso di esso, attraverso il corpo calloso, 7 giorni dopo il trapianto. Questo trasferimento non si verifica, invece, nel sistema nervoso centrale normale. 14 Iniettate direttamente nel glioma, si sono distribuite ampiamente in tutta la massa tumorale tra il quarto ed il decimo giorno dall' infusione, migrando anche, in grande quantità, nella zona di confine tra la neoplasia ed il tessuto normale, per colpire le pericolosissime cellule infiltranti, difficili da eliminare. E' interessante notare che le staminali del cordone ombelicale sono state individuate perfino nei satelliti del cancro, a livello del corpo calloso, a grande distanza. Vi è stata una forte riduzione dose dipendente delle cellule neoplastiche, grazie all' apoptosi indotta dal TRAIL, secreto dalle staminali cordonali, mentre queste ultime non ne sono state influenzate negativamente. Le cellule del glioma esprimono alti livelli di DR5, il principale recettore coinvolto nell' apoptosi indotta dal TRAIL, differentemente delle staminali del cordone ombelicale, dove risultano molto più bassi; al contrario dei recettori DcR1, espressi in misura elevata. Probabilmente ciò blocca l' azione dei DR5, per competizione per il TRAIL, nell' indurre l' apoptosi delle staminali cordonali modificate con l' ingegneria genetica. In vitro ed in vivo i ricercatori della Catholic University hanno misurato con soddisfazione un significativo aumento della concentrazione di TRIAL, direttamente correlato con la morte delle cellule tumorali, nel gruppo trattato con staminali cordonali, secernenti il Ligando che induce l' Apoptosi, collegato al Fattore di Necrosi Tumorale. Dopo il trapianto di 2x10 5 di queste ultime in un modello murino, con iniezione direttamente dentro il glioma, ottengono una notevole riduzione della crescita della

5 neoplasia cerebrale ai controlli, effettuati dopo 14 e 21 giorni; mentre la sopravvivenza delle staminali cordonali e, fatto molto più importante, degli animali da esperimento risulta sensibilmente prolungata rispetto ai controlli, sia con la terapia genica, per mezzo di adenovirus, che trasportano il TRIAL, sia con staminali normali. 14 Questo eccellente risultato viene ottenuto grazie agli elevati livelli di TRIAL nel tessuto neoplastico, anche nelle zone periferiche infiltranti. Sono misurabili fin dal primo giorno, raggiungono un massimo tra il quarto e il settimo, permanendo almeno 2 settimane nel tumore cerebrale. Invece non appare mai minimamente rilevabile con tutte le altre tecniche, anche le più moderne. La proteina, secreta dalle staminali del cordone ombelicale geneticamente modificate, determina in modo davvero efficiente l' apoptosi nella massa tumorale, ma non nel parenchima normale del sistema nervoso centrale. 16 Vengono interessate da questo processo terapeutico anche le isole neoplastiche periferiche, dimostrando che le staminali del cordone ombelicale riescono ad attraversare i tessuti sani, per raggiungere tali aree di forte crescita del glioma. Secondo il Dottor Kim ed i suoi colleghi delle più prestigiose università coreane saranno necessarie ulteriori sperimentazioni, con ripetute somministrazioni di staminali cordonali sttrail, per prolungarne l' efficace azione antitumorale, valutando le dosi ottimali e i più appropriati intervalli di tempo per le iniezioni, nonché il livello d' espressione del gene, codificante per il Ligando che induce l' Apoptosi, collegato al Fattore di Necrosi Tumorale. Tutto ciò sarà molto importante, per ottenere applicazioni cliniche coronate da successo nella lotta contro questa terribile malattia. 14 In questa eventualità la somministrazione per via sistemica, con trapianti intra-tumorali, presenterà il vantaggio che le iniezioni ripetute risulteranno clinicamente facilmente realizzabili, senza particolari difficoltà. E' stato scoperto, invece, che l' infusione attraverso la vena della coda, per esempio, determina il filtraggio delle staminali cordonali attraverso i polmoni: solo poche cellule raggiungano il glioma; fatto che potrebbe risultare in relazione con l' incompatibilità di specie. 17 Un ampia resezione chirurgica della massa neoplastica presenta delle forti limitazioni, perché questa procedura potrebbe comportare la perdita d' importanti funzioni cerebrali. Quindi, purtroppo, una certa quantità di massa tumorale potrebbe rimanere nel sito primario dopo l' intervento operatorio. L' uso di staminali del cordone ombelicale ingegnerizzate, come veicolo di consegna di geni terapeutici, diverrà di grande interesse per la cura del cancro, basata sull' utilizzo delle terapia cellulare.

6 Così, sarà utile valutare in pazienti umani la combinazione di chirurgia, in associazione con chemioterapia e radiazioni, e ripetuti trapianti di staminali cordonali, che esprimeranno il Ligando inducente l' Apoptosi, collegato al Fattore di Necrosi Tumorale. Anche in questo campo della Medicina le staminali del cordone ombelicale aprono una nuova strada molto promettente per tumori del cervello, che finora non lasciavano alcuna speranza ai pazienti colpiti. 14 1) Lantos PL, VandenBerg SR, Kleihues P (1996). - Tumours of the Nervous System. In. - Greenfield's Neuropathology, Graham DI, Lantod PL (eds), 6th ed. Arnold: London. pp ) Pollak L, Walach N, Gur R, Schiffer J. (1998). - Meningiomas after radiotherapy for tinea capitis still no history.- Tumori 1998;84:65-8 3) Lehrer, Steven (2010). - "Anopheles mosquito transmission of brain tumor". - Medical Hypotheses 74 (1): ) Cordier S, Monfort C, Filippini G, Preston-Martin S, Lubin F, Mueller BA, Holly EA, Peris-Bonet R, McCredie M, Choi W, Little J, Arslan A (2004). - Parental exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and the risk of childhood brain tumors: The SEARCH International Childhood Brain Tumor Study. - Am J Epidemiol Jun 15;159(12): ) G. Filippini (2006). - Epidemiologia dei tumori cerebrali. - Mediterranean School of Oncology, Roma 6-7 luglio URL consultato il ) DeAngelis L.M. (2001). - Brain Tumors. - N Engl J Med Vol. 344(2): , January 11, ) Lawler SE, Peruzzi PP, Chiocca EA. Genetic strategies for brain tumor therapy.cancer Gene Ther 2006; 13: ) Nakamura K, Ito Y, Kawano Y, et al. Antitumor effect of genetically engineered mesenchymal stem cells in a rat glioma model. Gene Ther 2004; 11: ) Gang EJ, Hong SH, Jeong JA, et al. In vitro mesengenic potential of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells. Biochem Biophys Res Commun 2004; 321: ) Jeong JA, Hong SH, Gang EJ, et al. Differential gene expression profiling of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells by DNA microarray. Stem Cells2005; 23: ) Mueller SM, Glowacki J. Age-related decline in the osteogenic potential of human bone marrow cells cultured in three-dimensional collagen sponges. J Cell Biochem2001; 82: ) Uccelli A, Pistoia V, Moretta L. Mesenchymal stem cells: a new strategy for immunosuppression? Trends Immunol 2007; 28:

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