COMMISSIONE TEMPORANEA SULLA GENETICA UMANA E LE ALTRE NUOVE TECNOLOGIE NEL SETTORE DELLA MEDICINA MODERNA

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1 COMMISSIONE TEMPORANEA SULLA GENETICA UMANA E LE ALTRE NUOVE TECNOLOGIE NEL SETTORE DELLA MEDICINA MODERNA AUDIZIONE del 26 aprile 2001 Carlos Alonso BEDATE Curriculum accademico Laurea in filosofia Università Pontificia Alcalá de Henares 1960 Laurea in teologia Facoltà Pontificia di Granada 1966 Master in genetica Università di California. Davis.USA Laurea in scienze biologiche Università di Granada Dottorato in scienze Università di Granada Dottorato in scienze. Università di Nimega, Paesi Bassi Prof. di ricerca. CSIC. Centro di Biologia Molecolare. Indirizzo: Recapito postale: Centro de Biología Molecular. Facultad de Ciencias. Universidad Autónoma de Madrid MADRID. Telefono: / Professore onorario della Universidad Autónoma de Madrid. Madrid Monitor internazionale di "Campagna sperimentale di vaccinazione antimalarica Tanzania" (CSIC Spagna -MRI (Svizzera) OMS.) Presidente del Comitato di bioetica del Consiglio superiore della ricerca scientifica (CSIC) Vicepresidente del Comitato di bioetica del CSIC Partecipazione a progetti nazionali 24 Partecipazione a progetti industriali 4 Tesi guidate 19 Capitoli di libri 16 Lavori internazionali 125 DV/437357IT.doc 1

2 Brevetti 1- Carlos Alonso, José María Requena, Manuel Carlos López Metodo di diagnosi e classificazione di specie di Trypanosoma cruci Proprietario: CSIC n Carlos Alonso, José María Requena, Manuel Soto Gene chimerico per la diagnosi della leishmaniosi e della proteina associata n.º P Proprietario: Laboratorios Leti * * * Genetica e medicina Ricerca su embrioni e clonazione (aspetti scientifici, medici, etici, legali e psicologici) (clonazione terapeutica per produrre cellule staminali totipotenti, altre fonti di cellule staminali, organi e tessuti per trapianti, ingegneria di tessuti e organi). La differenziazione delle cellule si ottiene attraverso l acquisizione di una sequenza progressiva di stadi morfologici e molecolari provocati dall espressione differenziale dei geni che ne costituiscono il genoma. Tuttavia, anche se gli stadi di differenziazione cellulare e determinazione possono essere attribuiti in gran parte ai predetti stadi di attività transcrizionale differenziale, le proprietà dinamiche, specie delle cellule a carattere embrionale, non sono necessariamente legate a questa espressione differenziale in quanto vi possono essere segnali che interferiscono e che invertono il processo. In funzione dell esistenza di queste proprietà così peculiari si distinguono le cellule embrionali da quelle che presentano una differenziazione terminale. Negli embrioni vi sono diversi sistemi che contengono tali segnali e che forniscono alle cellule embrionali i rispettivi stadi di differenziazione specifica. I fattori determinanti possono essere topologici (localizzazione citoplasmatica), cromosomici (modificazioni) e molecolari (induttori). Di norma, nelle prime fasi di sviluppo le cellule embrionali si dividono senza crescere, per cui le cellule figlie ricevono una regione determinata dell uovo e, di conseguenza, un informazione topologica particolare e definita. Pertanto, se un informazione regolatrice o determinante della localizzazione citoplasmatica si localizza in una regione specifica dell embrione iniziale, il segnale verrà ereditato, a patto che vi sia un meccanismo che stabilisca uno stato di determinazione tra blastomeri. Analogamente, si può parlare degli stadi di modificazione che si producono nei cromosomi come risultato di segnali regolatori o dell epigenesi cellulare. Un altro segnale che non è necessariamente legato all espressione differenziale dei geni e che può provocare stati di differenziazione e sviluppo particolare è quello generato da segnali induttori, inviati da una cellula o un gruppo di cellule e che si situano tra di esse. Nell adulto non tutte le cellule dell organismo presentano una differenziazione terminale, in quanto in tale organismo esistono essenzialmente tre tipi di cellule. Vi è un gruppo di cellule, come quelle muscolari o quelle nervose, che sono incapaci di dividersi. Vi è un altro gruppo di cellule che di norma non crescono, ma che lo fanno se l organo in cui sono localizzate si danneggia per un qualche motivo o se sono sottoposte a stimoli specifici. Infine vi sono cellule in continua produzione e che provengono da una popolazione di cellule madri o staminali indifferenziate o prive di una differenziazione terminale. Una cellula staminale è una cellula non differenziata, che si può differenziare per dar luogo almeno a un tipo cellulare ben differenziato. Si può compiere una distinzione tra cellule staminali embrionali e cellule staminali DV/437357IT.doc 2

3 somatiche. Le prime sono cellule totipotenti, dato che, essendo cellule non determinate, potrebbero dar luogo a qualsiasi tipo cellulare. In ordine alle cellule staminali somatiche si dovrebbe parlare di cellule determinate, ma non differenziate (ad esempio, le cellule multipotenziali mesenchimatiche del midollo osseo, che potrebbero dar luogo ad ossa o cartilagini). Si può distinguere un tipo intermedio di cellule staminali, ossia le cellule staminali ristrette o progenitrici cellulari, che presentano un limitato potenziale proliferativo e che provengono da una cellula staminale multipotenziale ma non ancora differenziata. Tali cellule potrebbero originare cellule diverse, ma dello stesso tessuto, come, ad esempio, la cellula progenitrice di neuroni e cellule gliari. La caratteristica fondamentale delle cellule staminali consiste nel fatto che sono cellule indifferenziate capaci di rigenerarsi e di generare una progenie altamente differenziata, vale a dire che tale progenie può dar luogo a tipi cellulari concreti o a cellule figlie che mantengono le loro stesse proprietà (rigenerazione e differenziazione). A dette cellule si attribuisce la capacità di produrre divisioni asimmetriche: ad ogni divisione si ottiene una cellula progenitrice e una cellula staminale uguale alla cellula da cui proviene. Non sembra che questo sia il caso nei mammiferi, in cui appare più evidente che le divisioni sono simmetriche e che in un dato momento si rigenerano e in un altro si differenziano. Un altra proprietà di queste cellule è che generalmente si dividono lentamente o raramente, come avviene nel caso delle cellule della pelle (1) e del midollo osseo (2). Altri tipi si dividono rapidamente, come le cellule staminali delle cripte intestinali che si dividono circa ogni 12 ore. Allo stato attuale della scienza non si può dire che l esistenza di cellule staminali con capacità pluripotente sia limitata a un unico o a pochi tessuti; probabilmente sono presenti in tutti i tessuti e pare che costituiscano una riserva di cellule differenziate e specializzate del tessuto, vale a dire per mantenerne l omeostasi. Il grande sviluppo realizzato in questo campo non solo è stato segnato dall identificazione di tali cellule, ma anche dalla clonazione, dalla riproduzione di cellule (geneticamente identiche), dal loro mantenimento e dalla capacità di invertire o riconvertire il processo di determinazione che avevano nel tessuto di origine. Partendo da tale presupposto, sarebbe assicurata la capacità pluripotente di una cellula staminale. La medicina del futuro dipende dal fatto che questi processi si possano tradurre in realtà. I dati sulla plasticità cellulare suggeriscono che i precursori isolati del cervelletto possiedono un potenziale sufficiente per sviluppare una progenie multilignaggio nel cervello. Da ciò deriva l importanza della citoarchitettura, che determina la forma in cui si integreranno le cellule impiantate, ad esempio, nel cervelletto e che indica che i segnali locali dell ambiente svolgono un ruolo decisivo nella differenziazione delle popolazioni di precursori. Inoltre la marcata plasticità dei precursori cellulari siti in regioni caratterizzate da un istiogenesi attiva suggerisce che lo sviluppo potenziale dei precursori può essere estremamente ampio in caso di esposizione a segnali ambientali appropriati. Ciò è stato confermato da uno studio volto a definire il destino dei precursori del cervelletto resi immortali impiantati nel SNC dell embrione. Non è ancora chiaro se nei mammiferi l uscita dallo stato di cellula staminale e l inizio della differenziazione siano controllati in maniera indipendente. La differenziazione potrebbe da un lato essere conseguente all uscita da un microambiente che mantiene la cellula nello stadio staminale, mentre dall altro vi potrebbero essere segnali specifici che promuovono la differenziazione e, pertanto, l uscita da questo stadio. Alcuni dati dimostrano che i due meccanismi operano nel sistema nervoso. DV/437357IT.doc 3

4 Aspetti critici della terapia con cellule staminali. Il potenziale terapeutico delle cellule staminali è indiscutibile. Quando si riuscirà a isolare, coltivare e controllare le vie di differenziazione di queste cellule in maniera routinaria, si potranno ottenere tessuti per trapianti cellulari partendo da cellule staminali sia embrionali sia adulte. Isolando le cellule staminali (adulte) di un paziente e controllandone la differenziazione in vitro si potrebbero ottenere tessuti in grado di ricostituire le popolazioni cellulari senza dover temere un rigetto immunitario. Se si utilizzassero cellule staminali embrionali, si potrebbe indurle a convertirsi in cellule progenitrici e si potrebbe impiantare una vasta popolazione di cellule precorritrici per sostituire i tipi cellulari danneggiati. Sia pure teoricamente praticabili, queste alternative terapeutiche comportano diversi inconvenienti. Come osservato nei ratti, una volta impiantate, alcune cellule staminali si trasformerebbero in teratomi (tumori che mentengono la capacità di differenziazione); non vi è alcun motivo per dubitare che ciò non accada negli esseri umani. Ottenimento di cellule multipotenti, pluripotenti e totipotenti partendo da tessuti adulti partendo da tessuti fetali partendo da cellule della massa interna della blastocisti partendo da embrioni partendo da clonazione mediante trasferimento del nucleo. Problemi scientifici Il problema scientifico più grave quando si pensa all applicazione delle conoscenze ottenute su cavie animali è che non si possono trasferire direttamente sugli esseri umani gli studi sui roditori; le cellule precorritrici umane sono molto diverse dalle corrispondenti cellule dei roditori e devono essere studiate separatamente. Inoltre i ratti non possono essere considerati un modello perfetto, dato che la loro vita media è breve e non consente di studiare in tutta la loro portata i processi di determinazione e differenziazione che si verificano nell uomo. Tutte queste ricerche e la clonazione mediante trasferimento nucleare di cellule con capacità embriogenica hanno dimostrato che nell organismo vi sono molte cellule con capacità multipotenziale e pluripotenziale e che i fenomeni di determinazione e differenziazione cellulare non sono irreversibili, ma modulabili, e che di conseguenza la plasticità cellulare è molto elevata. Rimane ancora da affrontare tutta una serie di quesiti scientifici: esiste un tipo speciale di cellula donatrice? qual è il meccanismo di riprogrammazione delle cellule somatiche? qual è il meccanismo di sincronizzazione tra funzionalità del nucleo e del citoplasma ospite? quali sono i segnali per attivare l embrione appena formato? quali sono i segnali richiesti per lo sviluppo di questo tipo di embrione? Applicazioni della produzione e identificazione di cellule staminali Identificazione di fattori di induzione e di mediatori della determinazione e differenziazione. DV/437357IT.doc 4

5 Determinazione della funzione genica nel processo di differenziazione. Proteomica dei processi intermedi. Scoperta di farmaci. Terapia cellulare Mucopolisaccaridosi di tipo VII. Malattie neurodegenerative Utilizzo di precursori nervosi in situ. Terapia del tessuto ematopoietico Cura del diabete di tipo 1. Questioni etiche Statuto etico delle cellule staminali La possibilità di produrre stirpi cellulari specifiche in laboratorio si scontra, per il momento, con la difficoltà di conoscere i segnali richiesti per la determinazione e la differenziazione. Tuttavia, per svolgere le ricerche necessarie per condurre tali studi è indispensabile che la sperimentazione si effettui su un particolare tipo di cellule totipotenti. Per questo motivo appare opportuno produrre in laboratorio cellule embrionali per ottenere cellule totipotenti. La soluzione più semplice consisterebbe nell ottenere tali cellule mediante fecondazione di ovuli e spermatozoi. Il problema etico a ciò legato è che si deve dare a tali cellule il carattere di individualità umana e potenzialmente personale, perché, se collocate in un ambiente propizio, potrebbero dar luogo ad esseri umani. Pertanto utilizzare queste cellule equivarrebbe ad usare delle persone. Non si possono utilizzare persone, quindi non si possono usare le cellule embrionali per generare altre stirpi cellulari. Per la verità questa tesi è attualmente la più diffusa tra la popolazione. Dal mio punto di vista, la forza della proposta è che si basa su modelli scientifici validi in un momento della scienza in cui tutti, pervasi di una cultura della vita, abbiamo paura di distruggere sia gli elementi biologici in grado di dare origine ad un essere umano sia un essere umano. Tuttavia, la validità scientifica degli argomenti su cui si fondava il presupposto della potenzialità informativa dell embrione appare di giorno in giorno più ridotta. DV/437357IT.doc 5

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