Therapeutic potential of stem cells in ischemic cardiomyopathy Potenzialità terapeutiche delle stem cells nella cardiomiopatia ischemica

Transcript

1 10 REVIEW Therapeutic potential of stem cells in ischemic cardiomyopathy Potenzialità terapeutiche delle stem cells nella cardiomiopatia ischemica Giulio Pompilio MD PhD Unità Operativa di Biotecnologie in Cardiochirurgia, Policlinico di Monza, Monza, Italy ABSTRACT: Autologous cell transplantation is currently viewed as one of the most promising new therapeutic strategies for the treatment of ischemic cardiovascular diseases. An increasing body of experimental evidences supports the concept that transplanting autologous cells into a damaged heart is feasible and reproducible, suggesting a therapeutic potential for ischemic heart failure. Different cell lines skeletal or smooth muscle cells, cardiomyocytes, bone-marrow-derived hematopoietic or mesenchimal stem cells - have been experimentally tested in order to establish which one has the capacity to incorporate and survive in the myocardium, mature, functionally behave as native cardiomyocyte and eventually benefit the failing heart. Moving from bench to bedside, two types of autologous cells have been clinically tested so far: myoblasts grown from skeletal muscle or bone-marrow-derived hematopoietic stem cells (BMSC). Several experimental findings suggest that the beneficial effect of BMSC on cardiac repair is not limited to muscle regeneration. BMSC may serve as precursors of coronary blood vessels cells. Thus, the properties of BMSC are clinically attractive also for their potential to reconstitute a new vascular network in the ischemic myocardium by promoting angiogenesis and/or vasculogenesis. In this paper, we review, from a clinician s point of view, the recent bench-to-bedside progressive pathway of myocardial stem cells transplantation. Key words: Stem cell, ischemic cardiopathy, cardiology, quality of life Journal of Medicine and The Person 2005; 3(1): Received December 22 nd 2004, Accepted January 10 th 2004 Definizione del problema Il signor L è un paziente di 45 anni, che ha subito 10 anni fa un grave infarto del miocardio in sede anteriore. Progressivamente, ha sviluppato una severa insufficienza cardiaca sinistra post-infartuale, altrimenti detta rimodellamento ventricolare, con un lento ma inesorabile peggioramento della capacità di pompa del ventricolo sinistro e, conseguentemente, del suo stato funzionale. Viene inserito in una lista di attesa per trapianto cardiaco, ma sfortunatamente ne esce dopo la diagnosi di un tumore neuroendocrino, che ha peraltro di per sé una prognosi favorevole. Durante il suo ultimo ricovero, la compromissione dello stato funzionale del suo cuore è così avanzata da non lasciare altro spazio alle terapie tradizionali. La sua prognosi appare molto severa mancando valide alternative terapeutiche. Il signor L soffre di scompenso cardiaco refrattario. Il signor M è un paziente di 60 anni, in ottime condizioni fisiche, portatore di duplice by-pass coronarico. Ad un anno dall intervento ricompare angina pectoris, con caratteristiche ingravescenti fino a trasformarsi in angina invalidante. La scintigrafia evidenzia un ischemia della parete inferiore del ventricolo sinistro. L esame coronarografico cui si sottopone dimostra l occlusione della coronaria destra (non sottoposta a by-pass perché in precedenza non gravemente malata). Sfortunatamente, non è possibile ricanalizzare la coronaria per via percutanea (angioplastica), né sottoporsi ad altro by-pass per la povertà dei rami periferici. Il signor M viene trattato con terapia medica, peraltro senza miglioramento della sintomatologia anginosa, che è delle più gravi, comparendo più volte al giorno sia dopo sforzi lievi che a riposo. Il signor M si sottopone quindi a due trattamenti sperimentali: laser transmiocardico percutaneo e stimolatore midollare, ma entrambi i tentativi non modificano i sintomi. Malgrado la sua prognosi non sia sfavorevole nel medio periodo, la sua qualità di vita è inaccettabile. Il signor M soffre di ischemia cardiaca refrattaria. Le due storie che abbiamo raccontato, che lo scrivente ha avuto recentemente alla sua attenzione, servono ad inquadrare gli attuali limiti del trattamento della cosiddetta cardiopatia ischemica: nella maggior parte dei casi

2 Review. Giulio Pompilio 11 le terapie tradizionali a disposizione (farmaci, angioplastica, by-pass) sono efficaci, tuttavia esistono realtà cliniche, come quelle sopra descritte, che non hanno soluzione praticabile. Si tratta perlopiù di situazioni croniche, che si collocano alla fine di un percorso terapeutico che non ha sbocco ulteriore. Negli ultimi anni, l interesse dei cardiologi nei confronti di tali condizioni patologiche si è andato intensificando. Questo perché sia l innalzamento della vita media della popolazione dei paesi industrializzati sia il successo terapeutico nei confronti delle patologie cardiologiche ad eziologia ischemica stanno incrementando le situazioni cliniche refrattarie alle terapie convenzionali 1. L insufficienza cardiaca post-infartuale non trapiantabile e l ischemia refrattaria sono cioè le due facce indesiderate della medaglia al valore terapeutico che i cardiologi ed i cardiochirurghi possono fieramente appuntarsi sul petto. Di conseguenza, la clinica ha suonato il citofono della scienza di base per ottenere nuovi suggerimenti terapeutici. Di recente, i progressi della biologia molecolare e cellulare hanno aperto una nuova potenziale finestra terapeutica per il trattamento della cardiopatia refrattaria: la terapia cellulare. Per terapia cellulare si intende l innesto di nuove cellule nel contesto di tessuto miocardico danneggiato, che abbiano la capacità di rigenerare il tessuto cardiaco ripristinando la sua funzione e/o vascolarizzazione. Da quando il concetto si è affacciato all attenzione della comunità medica 2, il lavoro svolto a livello biologico, sperimentale e clinico è stato impressionante. Gli studi sono ormai centinaia, ma come vedremo, sebbene molta strada sia stata percorsa, il più deve probabilmente ancora essere fatto. Terapia cellulare del miocardio: potenziale terapeutico Le linee cellulari proposte per rigenerare il cuore sono molteplici. Le evidenze prodotte in modelli sperimentali suggeriscono che vi sono differenti possibili sorgenti di reperimento di cellule che abbiano potenzialità cliniche 3. Di primaria importanza appare di conseguenza nell uomo la fonte di reperimento cellulare. Possiamo, per maggiore facilità di descrizione, suddividere le sorgenti di reperimento cellulare potenzialmente utilizzabili in ambito clinico in: allogenica ed autologa (vedi Tabella I). La derivazione allogenica prevederebbe l utilizzo di cellule ricavate da embrioni umani, da feti (donatori cadaveri) o da cordone ombelicale, mentre la derivazione autologa invece utilizzerebbe cellule prelevate dallo stesso paziente destinato a ricevere il trapianto cellulare. Tab. 1 Potenziali fonti di reperimento per terapia cellulare del miocardio A) Derivazione Allogenica: embrione, feto o cordone ombelicale Cellule staminali pluripotenti Cardiomiociti fetali B) Derivazione Autologa Cellule muscolari scheletriche/lisce Cardiomiociti (maturi o precursori) Cellule del midollo osseo (cellule staminali ematopoietiche e mesenchimali) Tuttavia, se consideriamo la reale applicabilità clinica, soltanto due linee cellulari hanno dimostrato per ora di essere utilizzabili: i precursori delle cellule muscolari scheletriche 3,4 e le cellule staminali ematopoietiche derivate da midollo osseo Si tratta in entrambi i casi di cellule autologhe, cioè del paziente stesso, che non pongono problemi di rigetto o di cancerogenesi. Inoltre, sono linee cellulari facilmente reperibili nell organismo adulto, che hanno dato risultati promettenti in diversi contesti sperimentali di cardiopatia ischemica, come l infarto acuto o l insufficienza cardiaca post-infartuale. Se consideriamo però l insieme degli studi clinici effettuati ed in corso, nella grande maggioranza essi sono condotti utilizzando le cellule staminali autologhe. La ragione va ricercata in alcuni vantaggi che le staminali autologhe forniscono: 1) non vi è necessità di espandere le cellule in coltura; 2) sia l approvvigionamento che la somministrazione possono essere condotte con differenti strategie; 3) non sono state descritte aritmie ventricolari minacciose dopo l impianto, riscontrate invece con le cellule muscolari scheletriche. Ancora più importante appare il fatto che gli effetti benefici di rigenerazione cardiaca delle cellule staminali non sono da ascrivere soltanto alla capacità di sostituire tessuto miocardio. Vi sono crescenti evidenze sperimentali e cliniche di fase 1 secondo cui l autotrapianto di cellule staminali del midollo osseo nel tessuto miocardico ischemico induca, in tale sede, angiogenesi, migliorando la perfusione miocardica 13. Infatti, nei modelli sperimentali le cellule trapiantate hanno mostrato la capacità di differenziarsi in cellule endoteliali, come documentato dall espressione di proteine endotelio-specifiche, incrementando la densità dei capillari ed il flusso ematico tissutale. Inoltre, la maggioranza degli studi clinici ha riportato il riscontro strumentale di incremento della perfusione del miocardio in seguito ad autotrapianto di cellule staminali del midollo osseo in pazienti affetti da cardiopatia ischemica con indicazione alla rivascolarizzazione. Mediante le cellule staminali è quindi possibile ottenere angiogenesi terapeutica. Esse diventano interessanti Punto Effe, 2005

3 12 per il cardiologo anche per trattare patologie ischemiche refrattarie a terapie convenzionali, indipendentemente dalla presenza o meno di cicatrice infartuale. Cellule staminali autologhe: l interesse del clinico per la scienza di base Le cellule staminali sono cellule indifferenziate con la caratteristica di rinnovarsi e di dare origine ad una progenie di cellule differenziate. Studi recenti hanno dimostrato la presenza di tali cellule in diversi tessuti adulti come il sistema nervoso, il muscolo scheletrico, il midollo osseo, il fegato e l epidermide. Fino a poco tempo fa si riteneva che tali cellule fossero in grado di rigenerare solo il tessuto nel quale risiedevano. Senza entrare in dettaglio, in quanto una descrizione accurata dell argomento esula dai propositi di questo lavoro, ricordiamo che negli ultimi anni, numerose evidenze sperimentali hanno smentito tale dogma dimostrando come cellule isolate da un determinato tessuto sono in grado di transdifferenziare in cellule di un tessuto di origine diversa 14. Attualmente le cellule staminali del midollo osseo (CMO) costituiscono una fonte di reperimento molto promettente per CCA in ambito clinico. Il crescente interesse cardiologico nei confronti delle CMO deriva dal fatto che recenti evidenze sperimentali effettuate in vitro hanno dimostrato che esse possono essere indotte a differenziarsi sia in cardiomiociti che in cellule endoteliali di nuovi vasi 15. Nel midollo si trovano principalmente due differenti popolazioni cellulari: a) le cellule staminali ematopoietiche (CSE) e b) le cellule staminali mesenchimali (CSM). Da studi molto recenti, esisterebbero poi cellule staminali addirittura residenti nel miocardio stesso, le cellule staminali cardiache (c). a) Le CSE presentano una elevata plasticità nel generare non soltanto le cellule del sangue, bensì diversi tipi di cellule mature, quali cellule muscolari lisce, cardiomiociti 16 e cellule muscolari scheletriche 17. Questa loro plasticità è determinata dalla presenza, nell ambito della popolazione di CSE, di precursori cellulari che possono essere identificati dall espressione di specifici markers di superficie come le molecole c-kit, CD34 e Sca-1. La possibilità di identificare cellule staminali in base all espressione di markers di superficie ha permesso di individuare, nel midollo osseo, sotto-popolazioni cellulari con diverso potenziale differenziativo. In particolare è stato dimostrato come cellule c-kit + e Sca-1 +, note anche con il nome di Side Population (SP), che costituiscono lo 0.05% delle cellule totali presenti nel midollo osseo, abbiano una elevata capacità di ripopolare il midollo osseo in animali irradiati e di contribuire alla rigenerazione del tessuto cardiaco ischemico 18. L espressione del marcatore CD34 identifica invece le cellule progenitrici di endotelio (EPC) 19, le quali, in seguito ad ischemia del tessuto scheletrico 20 o del tessuto cardiaco 21 e/o a trattamenti con citochine, quali il GM-CSF (granulocyte macrophage-colony stimulating factor) 22 e fattori angiogenici (vascular endothelial growth factor-vegf) 23 sono mobilizzate dal midollo osseo nel circolo periferico e reclutate a formare nuovi vasi nei tessuti danneggiati. Tali evidenze sperimentali, insieme alla dimostrazione che cellule staminali sono normalmente presenti nel circolo periferico e sono in grado di differenziare in diversi tipi cellulari 24, offrono la possibilità di sviluppare un nuovo approccio terapeutico non invasivo, per la rigenerazione del tessuto cardiaco. b) Le CSM, sono cellule staminali derivate dalla frazione stromale, non ematopoietica, del midollo osseo. Se trapiantate in sede ectopica possono dare origine a tessuti che derivano dal mesoderma embrionale, come tessuto adiposo, tessuto connettivo e il tessuto reticolare di supporto dei vasi sanguigni. In realtà la plasticità di tali cellule è ben più ampia in quanto, studi recenti dimostrano che le CSM sono in grado di generare cellule derivanti da un foglietto embrionale diverso dal mesoderma, come le cellule neuronali 25 e cardiache 26. Sulla base di tali evidenze sperimentali e considerata la relativa facilità di isolamento e di espansione in coltura delle CSM, è naturale ritenere queste cellule tra i migliori candidati da poter utilizzare per fini terapeutici volti alla ricostruzione di diversi tessuti. c) Cellule staminali cardiache. Per lungo tempo si è ritenuto che le cellule cardiache adulte, fossero terminalmente differenziate, incapaci di rinnovarsi e pertanto di rigenerare il miocardio. Tale dogma è stato recentemente demolito da una recente pubblicazione 27 in cui gli autori mostrano la presenza di cardiomiociti proliferanti nel miocardio infartuato. Ma quale è l origine di tali cellule? Una risposta a questa domanda è stata fornita da Quaini e collaboratori 28 i quali hanno individuato cellule staminali, c-kit +, Sca-1 + e MDR1 +, nell atrio e nell apice del ventricolo del miocardio. L identificazione di tali cellule è il risultato di una serie di esperimenti volti a caratterizzare il fenomeno del chimerismo, nei trapianti cardiaci. Analizzando cuori umani trapiantati in individui di sesso maschile e provenienti da individui di sesso femminile mediante una tecnica che permette di evidenziare il cromosoma Y, la presenza di cellule del recipiente è stata identificata all interno del cuore trapiantato dimostrando, dunque, il fenomeno del chimerismo. Tuttavia la maggior parte delle cellule c-kit + e MDR1 + non erano Y +, suggerendo l ipotesi che cellule staminali cardiache risiedano nel miocardio.

4 Review. Giulio Pompilio 13 La ricerca traslazionale: quali cellule staminali per quali pazienti? Sono ormai moltissimi gli studi sperimentali in modelli di cardiopatia acuta e cronica effettuati con le cellule staminali di derivazione autologa. Tuttavia, per potersi districare a vantaggio di una potenziale applicazione in ambito clinico, è necessario stabilire in via preliminare, come recentemente suggerito da Chien RK sulla rivista Nature 29, un percorso scientifico (Tabella 2) detto percorso traslazionale a passi successivi (stepwise translational pathway), che ci possa consentire di effettuare, su basi certe e documentate, il difficile passaggio dalla ricerca preclinica al malato cardiopatico (from bench to bedside). Tab. 2 Percorso traslazionale a passi successivi in terapia cellulare Dimostrazione che le cellule di interesse possano differenziare in vitro nel tessuto-bersaglio. Dimostrazione che le cellule di interesse abbiano le proprietà istologiche e funzionali pari alle cellule del tessuto-bersaglio. Identificazione dei meccanismi molecolari di differenziazione. Utilizzazione di marker genetici per isolare le cellule all interno del tessuto-bersaglio, ri-isolamento e documentazione in vitro dell avvenuta differenziazione. Miglioramento della funzione dell organo-bersaglio, ascrivibile al trapianto cellulare. Documentazione di stabilità istologica, funzionale e assenza di ulteriori differenziazioni. Studi pre-clinici su grossi animali. Ebbene, malgrado l enorme lavoro svolto, al momento il percorso appare soddisfatto da un solo tipo cellulare, una cellula staminale ematopoietica di derivazione midollare che è intimamente connessa con la formazione di vasi sanguigni, la cellula progenitrice endoteliale (endothelial progenitor cell o EPC). Per quanto riguarda gli atri tipi di staminali, ematopoietiche di differenziazione cardiomiocitaria, mesenchimali o cardiache, non esistono ad oggi evidenze sperimentali sufficienti per poter ipotizzare studi clinici pilota 29. Ci occuperemo quindi delle EPC, cercando di illustrare il percorso che ha portato al letto del malato e alle prime osservazioni di natura clinica. La prima evidenza che cellule presenti nel torrente ematico di soggetti adulti volontari sani acquisiscano in vitro un fenotipo endoteliale e siano in grado di integrarsi nel letto vascolare capillare in vivo è stata condotta da Asahara T e collaboratori nel In seguito, queste cellule, identificate come endothelial progenitor cells (EPCs), sono state riconosciute essere cellule progenitrici di derivazione dal midollo osseo. Allo stato attuale delle conoscenze, il lineage e l esatto fenotipo delle EPCs non è del tutto chiaro 30. Esse sono state caratterizzate mediante espressione di antigeni come CD34 o il recettore 2 del VEGF. Inoltre, l espressione di CD133 include una popolazione molto precoce di cellule progenitrici, nelle quali sono rappresentate due sottopopolazioni di cellule staminali adulte la frazione ematopoietica e quella mesenchimale 31. In condizioni fisiologiche, una parte del rivestimento endoteliale del letto vascolare deriva da EPC di derivazione midollare 32. Il ruolo delle EPC nella rigenerazione endoteliale sembra essere rilevante sia in modelli sperimentali animali che nell uomo, sia in sede di lesione ischemica che in caso di riendotelizzazione di superfici estranee, come le protesi in Dacron o le superfici esposte dei cuori artificiali, che si sono rivelate colonizzate da cellule CD133 del ricevente 33,34,35. Precedentemente la scoperta delle EPC, si pensava che la formazione di nuovi vasi in sede di ischemia fosse un processo naturale poco influenzato da stimoli esogeni. I fattori noti implicati nella neoformazione di circoli collaterali in pazienti portatori di miocardiopatia cronica ad eziologia ischemica (CAD) sono il grado di stenosi coronarica, la durata dei sintomi e l esercizio fisico continuato 36. Sfortunatamente, una porzione relativamente ampia di pazienti con CAD non sviluppa sufficienti circoli collaterali in presenza di ostruzioni coronariche, né riceve una rivascolarizzazione completa in caso di trattamento convenzionale 36 e può beneficiare della promozione esogena di nuovo circolo collaterale nel contesto dell area ischemica. Oggi, una corposa letteratura recente dimostra che le EPC sono implicate nella rigenerazione di supporto vascolare nel contesto di tessuti ischemici. Ciò è stato osservato sperimentalmente in aree di ischemia ed infarto del miocardio e di retinopatia diabetica 30. In presenza di ischemia, le EPC sono mobilizzate nel sangue periferico da stimoli endogeni rilasciati dalle aree ipossiche. Alternativamente, stimoli esogeni come fattori di crescita ematopoietici (es. granulocyte-colony stimulating factor: G-CSF) parimenti provocano una mobilizzazione dei progenitori endoteliali 36. In particolare, la mobilizzazione delle EPC nel sangue periferico in fase acuta dopo infarto del miocardio 21 è dovuta al rilascio da parte del tessuto cardiaco ischemico di chemochine e citochine. Inoltre, la presenza di EPC nel torrente ematico correla significativamente con i livelli plasmatici di VEGF e con il loro ritrovamento all interno di aree di neovascolarizzazione peri-infartuale 30,37. La transdifferenziazione in cellule vascolari sembra implicare non soltanto la maturazione e l organizzazione di cellule endoteliali all interno del tessuto ischemico (angiogenesi), ma anche la formazione di cellule muscolari li- Punto Effe, 2005

5 14 sce, attraverso il richiamo e l attivazione di monociti e macrofagi, utili per la promozione di arteriole (arteriogenesi) 38. In un modello sperimentale pre-clinico di infarto del miocardio nel cuore di maiale 39 si è osservato che tre settimane dopo l inoculazione di cellule staminali del midollo osseo nel contesto dell area periinfartuale - cellule che in vitro differenziavano in endotelio il flusso ematico regionale, la densità capillare ed il numero di collaterali visibili erano marcatamente più elevati nei maiali trattati rispetto ai controlli, senza comparsa di reazioni avverse miocardiche o aritmie minacciose. Queste evidenze sperimentali suggeriscono che esiste un processo di neovascolarizzazione mediato dalle EPC, che può contribuire attivamente alla formazione di nuovi vasi nel contesto di regioni miocardiche ischemiche. In questo processo di rigenerazione di circolo collaterale, di natura complessa, sembrano giocare un ruolo sia un diretto coinvolgimento delle EPC attraverso la loro maturazione in endotelio, sia un effetto paracrino di promozione di angiogenesi attraverso la liberazione di opportuni mediatori, quali citochine, chemochine, angiopoietina-1, VEGF ed altri (cellule staminali come cytokine factory ) 13 (vedi Figura 1). Rilascio di fattori angiogenetici Attivazione di monociti/macrofagi angiogenesi/ arteriogenesi Transdifferenziazione in cellule endoteliali mature Figura 1: meccanismi diretti ed indiretti di promozione di angiogenesi/ arteriogenesi da parte di cellule progenitrici endoteliali in tessuto miocardio ischemico. I trials clinici sperimentali In seguito quindi ad evidenze sperimentali pre-cliniche che indicano come l inoculazione di cellule staminali di derivazione dal midollo osseo determinano un incremento del flusso ematico regionale, della densità capillare e del numero di vasi collaterali all interno di aree miocardiche ischemiche sono stati condotti studi clinici preliminari per stabilire la fattibilità, l efficacia e la sicurezza del trapianto intramiocardico di BMSC in condizioni di cardiomiopatia ad eziologia ischemica. Se consideriamo questi dati nel loro complesso condotti in più di 100 pazienti con follow-up medio di 6 mesi possiamo concludere in linea generale come tale procedura sia fattibile e sicura. Tale conclusione si basa sulle seguenti linee di evidenza: 1) si tratta di una strategia chiusa di prelievo e somministrazione, senza espansioni in vitro della popolazione cellulare; 2) non sono state riportate complicazioni maggiori correlabili all inoculazione intramiocardica delle BMSC (aritmie ventricolari, versamento pericardico, miocardite); 3) i risultati iniziali di studi non randomizzati sembrano promettenti in termini di aumento della perfusione miocardica e della funzione contrattile. La maggioranza degli autori concorda che il beneficio della terapia con BMSC consiste nel salvataggio di aree miocardiche con ischemia cronica o peri-infartuale con miocardio ancora vitale 7-12,40. Le cellule staminali sono state ottenute o tramite aspirato midollare o dal sangue periferico previa mobilizzazione con fattore di crescita ematopoietico (citochine). Tali cellule sono state inoculate non frazionate oppure opportunamente selezionate. Per ora, la maggioranza degli studi ha utilizzato cellule mononucleari non selezionate aspirate dal midollo 30. Tuttavia è probabile che la selezione di precursori attivi delle BMSC atti alla promozione di angiogenesi (CD34 + or CD ) e l inoculazione di un numero adeguato di cellule siano fattori determinanti per ottimizzare tale approccio terapeutico. A questo proposito, il gruppo di Rostock 7 ed il nostro 12 hanno proposto di replicare per quanto riguarda la terapia cellulare del miocardio le metodiche di good medical practice già ampiamente utilizzate in ambito emato-oncologico per il trapianto autologo di midollo. In particolare, ci si propone di mobilizzare in sangue periferico le cellule staminali, di estrarre la componente nucleata con aferesi e quindi di selezionare la sottopopolazione cellulare di BMSC CD133+, che ha un alto potenziale (in quanto early precurors ) di transdifferenziazione in senso endoteliale. I vantaggi descritti per l utilizzazione di tale tecnica in ambito cardiochirurgico consistono nell evitare eventuali controindicazioni dell aspirato midollare in pazienti coronaropatici (dolore in sede di punture multiple o anestesia generale) e di ottenere un numero di cellule selezionate molto superiore a quello che si ottiene mediante aspirato midollare (1x10 6 contro x10 6 ) 12. Prospettive future Sulla scorta delle evidenze sperimentali e dei pionieristici tentativi in ambito clinico, la terapia cellulare autologa del miocardio non sembra essere soltanto un sogno di pochi ricercatori. Certamente, in ambito clinico, tutto deve ancora essere dimostrato. Tuttavia, si possono fin da ora prevedere quali saranno i punti strategici sui quali si concentreranno i prossimi studi sperimentali: 1) Il paziente. Essenziale sarà l identificazione dei pazienti cardiopatici che possono meglio rispondere alla terapia cellulare. Ciò per quanto riguarda il substrato anatomico responsabile (eziologia ischemica, idiopatica

6 Review. Giulio Pompilio 15 etc.), il grado di severità e di progressione della malattia ed infine il ruolo del trapianto cellulare nei confronti delle terapie tradizionali. Gli studi clinici pilota dovranno quindi essere randomizzati caso-controllo per classe di patologia. 2) Le cellule. Sarà un punto critico di ricerca e discussione. Al momento, sembra probabile che i tipi cellulari che verranno utilizzati per trapianto autologo, per praticità di prelievo ed eventualmente di coltura in vitro, saranno le cellule di derivazione del midollo osseo (staminali ematopoietiche e mesenchimali) e le cellule muscolari scheletriche progenitrici (cellule satelliti). Non è da escludere che differenti linee cellulari possano rivelarsi più efficaci in diverse condizioni patologiche (cicatrice infartuale, aree ischemiche, miopatia primitiva) e che quindi si possa prefigurare un utilizzazione combinata per coprire diversi obbiettivi terapeutici. 3) La via di somministrazione. La metodica di somministrazione delle cellule più utilizzata nei modelli animali è l inoculazione intramiocardica diretta. Questa potrà avvenire sia per via chirurgica (epicardica) che percutanea, con appositi cateteri (via endocardica). Una terza possibilità è offerta dalla somministrazione intracoronarica, già utilizzata per veicolare nell uomo fattori di crescita angiogenici e, nell animale da esperimento, cellule autologhe 41, che tuttavia potrebbe rivelarsi non così efficace come la somministrazione diretta, perché meno precisa nel raggiungere le aree miocardiche bersaglio. 4) L ingegneria molecolare e cellulare. Le possibilità offerte dall ingegneria molecolare aprono nuovi scenari nel campo della terapia cellulare. Si pensi ad esempio alla possibilità di effettuare un trasferimento genico attraverso cellule trapiantate ingegnerizzate. Per esempio, la CMC con cellule che esprimono fattori di crescita angiogenici (fibroblast growth factor, vascular endothelial growth factor) può indurre una importante neovascolarizzazzione collaterale, aumentando le possibilità di sopravvivenza delle cellule impiantate ed eventualmente reclutando alla contrazione aree miocardiche contigue ibernate. Una ulteriore possibilità è la costruzione di graft cellularizzati con cellule autologhe, con capacità contrattile e potenziale di crescita, da utilizzare in interventi riparativi del cuore o dei grossi vasi, soprattutto nelle cardiopatie congenite. Indirizzo per la corrispondenza: Giulio Pompilio, MD, PhD Cardiac Surgery&Biotechnology Unit Policlinico di Monza Via Amati 111, Monza (MI) - Italy Tel/fax: giulio.pompilio@policlinicodimonza.it BIBLIOGRAFIA 1. Yusuf S, Vaz M, Pais P. Tackling the challenge of cardiovascular disease urden in developing countries. Am Heart J 2004; 148(1): Kedes L, Kloner RA, Starnes VA. Can a few good cells now mend a broken heart? J Clin Invest 1993; 92: El Oakley RM, Ooi OC, Bongso A, Yacoub MH. Myocyte transplantation for myocardial repair: a few good cells can mend a broken heart. Ann Thorac Surg 2001; 71: Menasche P, Hagege AA, Scorsin M, et al.: Myoblast transplantation for heart failure: Lancet 2001; 357 (9252): Menasche P, Hagege AA, Vilquin JT et al. Autologous skeletal myoblast transplantation for severe postinfarction left ventricular dysfunction. J Am Coll Cardiol 2003 Apr2; 41(7): Tateishi-Yuyama E, Matsubara H, Murohara T, et al. Therapeutic angiogenesis for patients with limb ischemia by autologous transplanation of bone-marrow cells: a pilot study and a randomised controlled trial. Lancet 2002; 360(10): Tse HF, Kwong YL, Chan JKF, Lo G, Ho CH, Lau CP. Angiogenesis in ischemic myocardium by intramyocardial autologous bone marrow mononuclear cell implantation. Lancet 2003; 361: Stamm C, Westphal B, Kleine HD, et al. Autologous bone-marrow stem cell transplantation for myocardial regeneration. Lancet 2003; 361: Strauer BE, Brehm M, Zeus T, et al. Repair of infarcted myocardium by autologous intracoronary mononuclear bone marrow cell transplantation in humans. Circulation 2002;106: Assmus B, Schächinger V, Teupe C, et al. Transplantation of progenitor cells and regeneration enhancement in acute myocardial infarction (TOPCARE-AMI). Circulation 2002; 106: r53-r Hamano K, Nishida M, Hirata K, et al. Local implantation of autologous bone marrow cells for therapeutic angiogenesis in patients with ischemic heart disease: clinical trial and preliminary results. Jpn Circ J 2001 Sep; 65(9): Pompilio G, Cannata A, Peccatori F, et al. Autologous peripheral blood stem cell transplantation for myocardial regeneration: a novel strategy for cell collection and surgical injection. Ann Thorac Surg 2004; 78: Kinnaird T, Stabile E, Burnett MS, Epstein SE. Bone marrow-derived cells for enhancing collateral development. Mechanisms, animal data, and initial clinical experience. Circ Res 2004; 95: Blau HM, Brazelton TR, Weimann JM. The evolving concept of a stem cell: entity or function? Cell. 2001; 105: Can stem cells repair a damaged heart? In: Stem cells: scientific progress and future research directions. Pubblicato in rete all indirizzo: Orlic D, Kajustra J, Chimenti S, Anderson SM, et al. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Nature 2001; 410: Ferrari G, Cusella-De Angelis G, Coletta M, Paolucci E, Stornaiuolo A, Cossu G, Mavilio F. Muscle regeneration by bone marrow-derived myogenic progenitors. Science 1998; 279: Jackson KA, Majka SM, Wang H, et al. Regeneration of ischemic cardiac muscle and vascular endothelium by adult stem cells. J Clin Invest 2001; 107: Asahara T, Murohara T, Sullivan A, Silver M, van der Zee R, Li T, Witzenbichler B, Schatteman G, Isner JM. Isolation of putative progenitor endothelial cells for angiogenesis. Science 1997; 275: Asahara T, Masuda H, Takahashi T, Kalka C, Pastore C, Silver M, Kearne M, Magner M, Isner JM. Bone marrow origin of endothelial progenitor cells responsible for postnatal vasculogenesis in physiological and pathological neovascularization. Circ Res 1999; 85: Shintani S, Murohara T, Ikeda H, Ueno T, Honma T, Katoh A, Sasaki K, Shimada T, Oike Y, Imaizumi T. Mobilization of endothelial progenitor cells in patients with acute myocardial infarction. Circulation 2001;103: Punto Effe, 2005

7 Orlic D, Kajstura J, Chimenti S, Limana F, Jakoniuk I, Quaini F, Nadal-Ginard B, Bodine DM, Leri A, Anversa P. Mobilized bone marrow cells repair the infarcted heart, improving function and survival. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001; 98: Kalka C, Masuda H, Takahashi T, Gordon R, Tepper O, Gravereaux E, Pieczek A, Iwaguro H, Hayashi SI, Isner JM, Asahara T. Vascular endothelial growth factor(165) gene transfer augments circulating endothelial progenitor cells in human subjects. Circ Res 2000; 86: Korbling M, Katz RL, Khanna A, Ruifrok AC, Rondon G, Albitar M, Champlin RE, Estrov Z. Hepatocytes and epithelial cells of donor origin in recipients of peripheral-blood stem cells. N Engl J Med 2002; 346: Woodbury D, Schwarz EJ, Prockop DJ, Black IB. Adult rat and human bone marrow stromal cells differentiate into neurons. J Neurosci Res 2000; 61: Makino S, Fukuda K, Miyoshi S, et al. Cardiomyocytes can be generated from marrow stromal cells in vitro. J Clin Invest 1999; 103: Beltrami AP, Urbanek K, Kajstura J, Yan SM, Finato N, Bussani R, Nadal-Ginard B, Silvestri F, Leri A, Beltrami CA, Anversa P. Evidence that human cardiac myocytes divide after myocardial infarction. N Engl J Med 2001; 344: Quaini F, Urbanek K, Beltrami AP, Finato N, Beltrami CA, Nadal-Ginard B, Kajstura J, Leri A, Anversa P.Chimerism of the transplanted heart. N Engl J Med 2002; 346: Chien KR. Lost in translation. Nature 2004; 428(8): Smitko PE, Fedak PWM, Weisel RD, Stewart DJ, Kutryk MJB, Verma S. Endothelial progenitor cells. New hope for a broken heart. Circulation 2003; 107: Reyes M, Dudek A, Jahagirdar B, et al. Origin of endothelial progenitors in human postnatal bone marrow. J Clin Invest 2002; 109: Lin Y, Weisdorf D, Solovey A, Hebbel R. Origins of the circulating endothelial cells and endothelial outgrowth from blood. J Clin Invest 2000; 105: Shi Q, Rafii S, Wu MH, et al. Evidence for circulating bone marrowderived endothelial cells. Blood 1998; 92: Peichev M, Naiyer AJ, Pereira D et al. Expression of VEGFR-2 and AC133 by circulating human CD34+ cells identifies a population of functional endothelial precursors. Blood 2000; 95: Werner N, Priller J, Laufs U et al. Bone marrow-derived progenitors cells modulate vascular reendothelialization: a novel effect involving mobilization and incorporation of bone marrow derived endothelial progenitor cells. Circulation 2002; 105: Seiler C. The human coronary collateral circulation. Heart 2003; 89: Asahara T, Takahashi T, Masuda H, et al. VEGF contributes to postnatal neovascularization by mobilizing bone marrow-derived endothelial progenitor cells. EMBO J 1999; 18: Ye ETH, Zhang S, Wu HD et al, Transdifferentiation of human peripheral blood CD34+-enriched cell population into cardiomyocytes, endothelial cells, and smooth muscle cells in vivo. Circulation 2003; 108: Kamihata H, Matsubara H, Nishiue T, et al. Implantation of bonemarrow mononuclear cells into ischemic myocardium enhances collateral perfusion and regional function via side supply of angioblasts, angiogenic ligands, and cytokines. Circulation 2001; 104: Perin EC, Dohmann HF, Borojevic, et al. Transendocardial, autologous bone-marrow cell transplantation for severe, chronic ischemic heart disease. Circulation 2003; 13(107): Wang JS, Shum-Tim D, Chedrawy E, Chiu RCJ. The coronary delivery of marrow stromal cells for myocardial regeneration: pathophysiologic and therapeutic implications. J Thorac Cardiovasc Surg 2001; 122: Il Journal of Medicine and The Person è rivista a pubblicazione trimestrale Persone Fisiche: Abbonamento annuale alla rivista per non soci M&P euro 80,00 Abbonamento annuale alla rivista per soci M&P euro 50,00 Abbonamento annuale + iscrizione M&P euro 100,00 Enti e Istituzioni: Abbonamento annuale alla rivista euro 150,00 L abbonamento può essere effettuato mediante: c/c postale n intestato a Limes SrL, via F. Turati 40, Milano bonifico bancario c/c 452/00 Banca Intesa Spa-Cariplo-Ag Milano, via F. Turati 40, ABI 3069 CAB 9480 dall estero Codice Swift BCI TIT 33100