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1 Le cellule staminali del cordone ombelicale protagoniste delle nuove terapie per il morbo di Parkinson 09/02/ Il successo della somministrazione intranasale delle delle cellule staminali per la terapia del Morbo di Parkinson ha portato ad un significativo potenziamento del controllo e delle funzioni motorie, con un miglioramento del 68% negli animali da esperimento, grazie agli effetti sia antinfiammatori, che neuroprotettivi delle staminali. Esse portano ad una correzione della carenza di dopamina, caratteristica della malattia. Questi promettenti risultati sono stati riportati da Rejuvenation Research, una importante rivista scientifica peer-reviewed, pubblicata da Mary Ann Liebert, Inc., sottolineando le potenzialità di un approccio non invasivo della terapia con staminali, un' alternativa più sicura ed efficace rispetto al trapianto chirurgico. Il merito della ricerca è di William H. Frey II, Ph.D., direttore del Alzheimer' s Research Center, facente parte del Health Partners Research Foundation, e della Dottoressa Lusine Danielyan, che hanno coordinato un team internazionale di ricercatori dell'ospedale universitario di Tübingen, della Medical School dell' Università di Göttingen e dell'università di Tübingen a Stoccarda (Germania), della Health Partners Research Foundation, presso St. Paul, MN (USA), dell' Università tedesca del Cairo, in Egitto, dell' Università di Harvard, a Cambridge, MA (USA), dell' Istituto di Biologia Molecolare NAS RA a Yerevan, in Armenia, e dell' University Hospital di Ginevra, in Svizzera.1 In questo studio davvero innovativo le staminali riescono a migrare nel cervello in alta percentuale, preferibilmente verso le aree danneggiate, e a sopravvivere per almeno sei mesi. I livelli del neurotrasmettitore dopamina sono notevolmente superiori nelle aree del cervello raggiunte dalle cellule staminali, rispetto alle regioni non trattate. Gli autori hanno presentato la loro scoperta nell' articolo "Therapeutic Efficacy of Intranasally Delivered Mesenchymal Stem Cells in a Rat Model of Parkinson Disease." In esso spiegano che l' utilizzo della via intranasale evita il danno tissutale, l' infiammazione ed il gonfiore, conseguenti all' impianto chirurgico. Non meno importante è la possibilità, che si realizza con questo nuovo metodo, di poter ripetere il trattamento con cellule staminali più volte nel tempo.2 Il Morbo di Parkinson è una malattia neurologica degenerativa, la cui incidenza aumenta con l' età, caratterizzata dalla diminuzione delle capacità motorie, della funzione muscolare e delle abilità di linguaggio. Gli uomini ne sono colpiti due volte più frequentemente rispetto alle donne per motivi sconosciuti. La ricerca clinica ha trovato significative evidenze che suggeriscono l' utilità delle cellule staminali del cordone ombelicale nel coadiuvare la cura di questa malattia. Il Morbo di Parkinson attacca i motoneuroni del sistema nervoso centrare in una particolare area, chiamata substantia nigra, uno strato di materia grigia molto pigmentato nella parte ventrale del mesencefalo, e le loro terminazioni assoniche, che raggiungono lo striato, interrompendo la normale produzione di dopamina, il neurotrasmettitore che permette ai muscoli ed al movimento di funzionare correttamente. Fu già descritto in India negli antichi testi ayurvedici anni fa. Quando l'80% di queste cellule vengono danneggiate, appaiono i sintomi fisici della malattia (ad esempio, tremori, lentezza dei movimenti, rigidità, diminuzione dell' attività muscolare, perdita d' equilibrio e di coordinazione, difficoltà ad iniziare un movimento e poi ad interromperlo). In questo momento, non esistono cure per fermare o rallentare in modo decisivo la progressione del Parkinson, ma vari metodi di trattamento, come i farmaci, per contribuire ad alleviare i sintomi, e, talvolta, un intervento chirurgico, quando questi non funzionino. I farmaci agiscono replicando l' azione o sostituendo la dopamina mancante. Negli Stati Uniti 1,7 milioni di pazienti

2 soffrono di questa patologia ed ogni anno si verificano circa nuovi casi. I trials clinici hanno dimostrato che il trapianto di staminali del cordone ombelicale può aiutare a rigenerare i neuroni danneggiati o distrutti, migliorando i sintomi della malattia e le normali funzioni del cervello: dal camminare al parlare, al ragionamento cognitivo. Il metodo finora esplorato dagli scienziati, chiamato neurotransplantation, prevede l' utilizzo di staminali, coltivate in laboratorio, da innestare direttamente nei siti del cervello, che richiedono dopamina. Hanno inventato varie tecniche, per spingere le staminali a differenziarsi in neuroni produttori di dopamina. Quindi esse vengono inserite direttamente nelle zone, come la substantia nigra,lo striato o il putamen, dove vi è carenza di cellule nervose produttrici del neurotrasmettitore. Le staminali oggi sono spesso introdotte attraverso lo striato, componente sottocorticale del telencefalo, l' elemento più importante dei nuclei della base. Anche in questo caso le staminali cordonali hanno diversi vantaggi rispetto altre, come quelle del midollo osseo, che sono 10 volte meno concentrate, senza contare la facilità e la lunga vita d' immagazzinamento, la sicurezza, l' uso di un processo non invasivo, l' alto tasso di accettazione da parte del sistema immunitario del paziente.3 Invece le staminali embrionali, inizialmente utilizzate, non si sono dimostrate, anche in questo caso prive di rischi: in uno studio effettuato all' Università di Harvard il 20% degli animali da esperimento sviluppavano neoplasie dalle cellule embrionali trapiantate, senza contare la modestia dei miglioramento e gravi effetti collaterali, come la discinesia.4 Un' altra strada che può portare a sviluppi promettenti è l' uso sinergico di cellule staminali del cordone ombelicale in combinazione con il GDNF, il fattore neurotrofico derivato dalla linea cellulare gliale. Inizialmente ottenuto da staminali embrionali, oggi viene prodotto in laboratorio anche da altri tipi di cellule staminali. Nel 2004 sulla rivista scientifica Current Opinion in Pharmacology i dottori Clive N. Svendsen e Y.T. Tai hanno sostenuto che esso ha la capacità di riparare i motoneuroni danneggiati dal morbo di Parkinson, le cellule gliali e aumentare la sopravvivenza dei neuroni dopaminergici trapiantati. Direttamente infuso nel putamen, il GDNF ha portato a significativi miglioramenti clinici, senza effetti collaterali di rilievo, in un piccolo gruppo di pazienti, che hanno ricevuto questo fattore di crescita per un anno. Gli autori suggeriscono che i trattamenti con staminali insieme a fattori di crescita si dimostreranno una grande speranza per la terapia della malattia di Parkinson.5 Nel luglio 2010 i ricercatori del Dipartimento di Neurochirurgia dell' Ospedale Zhujiang, presso la Southern Medical University di Guangzhou (Cina), coordinati dalla Dottoressa Meng Li del London Imperial College, hanno dimostrato che le cellule staminali mesenchimali del cordone ombelicale, che si trovano nella gelatina di Wharton, tessuto mucopolisaccaridico, che protegge ed isola i vasi ombelicali, possono differenziarsi in neuroni dopamino-simili. Nello studio hanno indotto queste staminali cordonali a formare neurosfere, composte da elementi simili a staminali neuronali che, in seguito, si trasformano in cellule, che mostrano forti somiglianze morfologiche, funzionali e fenotipiche con i motoneuroni produttori di dopamina. Dopo il trapianto delle staminali mesenchimali del cordone ombelicale questi ratti con un modello sperimentale di malattia di Parkinson mostrano parziali effetti terapeutici in termini di miglioramento del comportamento. E' stato constatato che il NGF (Nerve Growth Factor) rende più favorevole il microambiente locale per le staminali trapiantate. Perciò è stato effettuato un ulteriore esperimento, per testare l' azione combinata dell' innesto delle staminali cordonali e del NGF. I risultati dello studio hanno dimostrato che la somministrazione di questo fattore di crescita migliorava in modo consistente la sopravvivenza delle cellule trapiantate nel cervello e aumentava il contenuto di dopamina nei tessuti interessati. Test comportamentali hanno indicato un forte progresso delle funzioni motorie, rispetto

3 a quelle dei ratti trattati con il solo innesto cellulare. Questi recenti e considerevoli risultati suggeriscono che il trapianto di staminali del cordone ombelicale, soprattutto mesenchimali, combinato con la somministrazione di NGF può rappresentare una nuova ed importante strategia terapeutica per la cura del morbo di Parkinson.6 Già nel 2005 le staminali mesenchimali del cordone ombelicale derivate dalla gelatina di Wharton erano state trasformate in vitro in neuroni dopaminergici. Il merito è stato del team diretto da Yu- Show Fu, cui hanno partecipato diversi ricercatori dell' Università di Yang-Ming e del Veterans General Hospital, entrambi di Taipei, e della China Medical University, presso Taichung (Taiwan). Il processo necessitava di una coltura graduale, in un medium influenzato da neuroni e FGF8. Il tasso di successo nella differenziazione era del 12,7%. Il trapianto di queste cellule nello striato di ratti, resi precedentemente parkinsoniani con la neurotossina 6-idrossidopamina, riusciva a correggere parzialmente la rotazione laterale, indotta da anfetamina, permanendo per 4 mesi vitali e positive alla tirosina idrossilasi. Questi risultati suggerivano già nel 2005 che le staminali mesenchimali del cordone ombelicale avessero il potenziale per il trattamento della malattia di Parkinson.7 Lo stesso anno Yu-Show Fu con Y. C. Cheng ed altri colleghi pubblicarono su Stem Cells lo stesso tipo di sperimentazione, ma questa volta in vivo, coronata da un ottimo successo. Infatti nei topi le staminali cordonali si erano differenziate in neuroni dopaminergici, una significativa percentuale di esse si era trasferita nel cervello, sopravvivendo per almeno quattro mesi, e riducendo significativamente alcuni sintomi, come i tremori.8 Mente inizialmente si pensava che la terapia con staminali potesse funzionare con un meccanismo di sostituzione cellulare, negli ultimi anni stanno emergendo molte evidenze che esse forniscano un sostegno trofico per il tessuto danneggiato e per l' insieme del cervello, come approfondito dai ricercatori del Department of Neurology, presso il Medical College of Georgia, di Augusta, (GA- USA). Angiogenesi e neurogenesi sono accoppiati nel SNC. In modelli di roditori aumentare l' angiogenesi con staminali, come quelle cordonali, conduce alla conservazione dei neuroni e ad un miglior risultato funzionale. Sempre più si stanno valorizzando fattori trofici prodotti dalle staminali, come il fattore stimolante le colonie di granulociti (GCSF) o chemochine, come SDF-1, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) o glial-derived neurotrophic factor (GDNF).9 Nell' ottobre del 2005 il gruppo guidato dal Professor Mark L. Weiss del Dipartimento di Anatomia e Fisiologia presso la Kansas State University, a Manhattan, nel Kansas (USA) ha pubblicato su Stem Cells i risultati di un altro successo delle staminali cordonali contro questa patologia: cellule della matrice simil-mesenchimale del cordone ombelicale (ancora la gelatina di Wharton) sono state trapiantate nel cervello di topi con il morbo di Parkinson. Esse miglioravano i sintomi causati da apomorfina; non portavano al rigetto immunitario GVHD, né alla formazione di tumori. Inolte Weiss ne ha identificato una serie di caratteristiche molto positive: 1) erano negative per il CD34 ed il CD45; 2) potevano essere isolate in gran numero; 3) crescevano in modo consistente e potevano essere congelate e scongelate con facilità; 4) avevano la capacità di essere espanse sotto forma di clone; 5) avevano la proprietà di essere ingegnerizzate agevolmente, per produrre proteine esogene. Queste staminali cordonali riuscivano ad esprime fattori di crescita ed angiogenici, suggerendo la possibilità di essere usate per la terapia di malattie neurodegenerative.10 Un' altra azione combinata di cellule staminali cordonali mesenchimali e fattori di crescita è stata portata a termine positivamente nella ricerca del team diretto dal Dottor N. Xiong e apparsa nel numero di Novembre 2010 di Gene Therapy. A questa sperimentazione hanno partecipato il Department of Neurology dell' Union Hospital, presso il Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, a Hubei (China) ed il Department of Psychiatry dell'

4 Harvard Medical School, Division of Alcohol and Drug Abuse, and Mailman Research Center, presso il McLean Hospital, a Belmont (MA-USA). Loro precedenti studi avevano dimostrato che il trasferimento virus-mediato all' interno dello striato del Fattore di Crescita Endoteliale Vascolare umano (VEGF 165) attraverso degli adenovirus ha favorito una protezione molecolare per il sistema dopaminergico. Per superare i limiti terapeutici della cura separata con staminali cordonali e VEGF 165, la nuova sperimentazione ha utilizzato cellule staminali mesenchimali del cordone ombelicale, caratterizzate dall' espressione del gene, che determina la sintesi del VEGF 165, offrendo così una maggiore neuroprotezione. Queste staminali sono state modificate tramite il trasferimento attraverso adenovirus del gene per il fattore di crescita. Esse si sono differenziate in neuroni dopaminergici, come confermato da diversi markers specifici. L' espressione del VEGF 165 ha significativamente migliorato in vivo la differenziazione delle staminali cordonali in cellule del Sistema Nervoso Centrale. Il loro trapianto ha inibito la rotazione causata dall' apomorfina e ha ridotto la perdita di neuroni dopaminergici nelle aree danneggiate della substantia nigra, che è aumentata di dimensione, grazie a questa azione combinata sinergica. Le staminali cordonali si sono dimostrate nel lungo termine le migliori per la cura di questa patologia rispetto agli altri tipi di staminali o di altre terapie rigenerative o geniche, oltre che le più sicure, non avendo causato né effetti epilettogeni, né cancerogeni. I risultati del gruppo di Xiong dimostrano l' idoneità delle cellule staminali del cordone ombelicale come vettori per la terapia genica e suggeriscono che le cordonali, ingegnerizzate con il VEGF 165 possono perfezionare la strategia di trapianto per il trattamento del morbo di Parkinson.11 Le ottime qualità delle cellule staminali cordonali della gelatina di Wharton sono state confermate e ampliate dalla ricerca della Dottoressa Rita Anzalone e dei suoi colleghi della Sezione di Anatomia Umana, presso il Dipartimento di Medicina Sperimentale, Università degli Studi di Palermo, pubblicata nell' aprile 2010 sulla rivista scientifica Stem Cells Development. Hanno costatato la possibilità delle staminali del cordone ombelicale di dare origine a numerosi tipi cellulari diversi, derivati a livello embrionale sia dal mesoderma, che dal neuroectoderma, dimostrando una capacità unica di attraversare le frontiere tra le diverse linee cellulari. Hanno dimostrato di avere un ruolo nelle malattie neurodegenerative, come il Parkinson, oppure, recentemente di differenziarsi in cellule epatiche, aprendo strade molto promettenti per la medicina rigenerativa. Inoltre Anzalone ha individuato la causa della ipoimmugenicità di queste staminali cordonali nella capacità d' esprimere molecole in grado di modulare i linfociti NK e d' espandere la popolazione dei linfociti T regolatori.12 Ma anche per quanto riguarda l' utilità delle staminali del cordone ombelicale tradizionali nella terapia di questa patologia sono molti anni che si sono avuti riscontri scientifici: già nel 2002 i Dottori Norman Ende e R. Chen pubblicarono sul Journal of Medicine i risultati delle loro ricerche, che dimostravano la capacità delle staminali cordonali di ridurre i sintomi e prolungare la sopravvivenza in modelli murini di morbo di Parkinson.13 1) Vicki Cohn - Mary Ann Liebert, Inc./Genetic Engineering News - 09 Feb ) Medical News Today - HealthPartners Research Foundation - 06 Feb ) Robin Thede, ehow Contributor 4) Deyanda Flint, ehow Contributor - 12 marzo ) Tai Y-T, Svendsen CN. Stem cells as a potential treatment of neurological disorders. Current Opinion in Pharmacology ; 4: ) Li M, ed all. - Neurochemimical Research Oct;35(10): Epub 2010 Jul 24.

5 7) Fu, Y.-S e all. - Stem Cells ) Fu YS, Cheng YC, Lin MY, Cheng H, Chu PM, Chou SC, Shih YH, Ko MH, Sung MS. Conversion of human umbilical cord mesenchymal stem cells in Wharton's Jelly to dopaminergic neurons in vitro - Potential therapeutic application for Parkinsonism. Stem Cells 2005; Aug 11 9) Hess DC, Borlongan CV. - Cell Proliferation Feb;41 Suppl 1: ) Weiss ML, e all. - Stem Cells Mar;24(3): Epub 2005 Oct ) Xiong N - Gene Therapy Nov ) Anzalone R, e all. - Stem Cells Development Apr;19(4): ) Ende N and Chen R. Parkinson's Disease Mice and Human Umbilical Cord Blood. Journal of Medicine ; 33(1-4):

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