Cellule staminali: evoluzione e rivoluzione della medicina moderna

Transcript

1 Cellule staminali: evoluzione e rivoluzione della medicina moderna Le cellule staminali (SC), embrionali (ES) e somatiche o adulte (SSC) sono cellule dotate della singolare proprietà di rinnovarsi mantenendo sia caratteristiche di cellule indifferenziate che la capacità di dar luogo a cellule che vanno via via differenziandosi. Il termine staminale deriva da un neolatinismo creato in ambiente scientifico anglosassone su materiale latino: stamen stare saldamente collocato da qui cellula staminale, basilare, fondamentale.

2 Questa proprietà è diversamente graduata a seconda del grado di rinnovo e differenziazione: ve ne sono di totipotenti Cellule autosufficienti per formare un Intero organismo, caratteristiche dello zigote pluripotenti Comprendono tutte le linee cellulari di un organismo, es staminali embrionali multipotenti Linee cellulari multiple che costituiscono un intero tessuto o più tessuti, es staminali emopoietiche Unipotenti Singole linee cellulari es, le cellule che danno origine ai precursori degli spermatozoi

3 Cellule staminali totipotenti Tutti noi originamo da una cellula, lo zigote, frutto dell unione dello spermatozoo e della cellula uovo, ed attraverso lo sviluppo embrionale e fetale, da adulti siamo composti da circa un milione di miliardi di cellule. Tutte queste cellule originano dallo zigote che per questa sua capacità è per definizione totipotente.

4 Lo zigote e le cellule dell embrione nelle prime fasi dello sviluppo (blastocisti dal 4 al 14 giorno dopo la fecondazione)possiedono tutte le informazioni necessarie alla produzione dei diversi tipi cellulari che compongono un nuovo individuo. Le blastocisti sono dette pluripotenti perché capaci di generare le cellule che si differenziano nei tre foglietti embrionali : endoderma, mesoderma ed ectoderma che poi daranno origine a tutti i tipi di cellule dei vari tessuti ed organi.

5 embrione di topo 24 ore circa dopo la fecondazione

6 Cellule staminali adulto, multipotenti e unipotenti (SSC) In alcuni tessuti dell adulto permangono cellule che non andranno mai incontro al processo di differenziamento, mantenendo quindi la capacità di differenziarsi. Queste cellule sono dette staminali, cellule cioè in grado di sostituirne altre nei tessuti caratterizzati da un alto ricambio cellulare (ad esempio le cellule germinali maschili o le cellule del tessuto ematopoietico, le cellule del sangue) o da processi di continua morte cellulare (ad esempio nell epidermide).

7 Le cellule staminali mantengono capacità proliferativa durante tutta la vita dell adulto e quando si moltiplicano danno origine ad una cellula che rimane di tipo staminale mentre l altra inizia il processo differenziativo (ricordando che per mitosi da una cellula se ne originano due).. Si dice così che le cellule staminali si dividono in modo asimmetrico poiché le due cellule figlie hanno due destini differenziati diversi. Queste staminali danno origine solo al tipo di cellule del tessuto in cui si trovano (staminali dell epidermide, staminali del sangue..)

8 Differenziazione di cellule staminali del sangue

9 Le SCC hanno la capacità di differenziarsi sia in vitro che in vivo.. Cellule del sangue sono state differenziate in cellule muscolari, cardiache, endoteliali, gliali epatiche.. Sono state trovate anche nel tessuto adiposo e quindi tale sorgente fornisce una notevole quantità di SCC disponibili per la ricerca (materiale da liposuzione). Le SCC sono localizzate in specifiche nicchie (microambiente cellulare che fornisce il supporto e gli stimoli necessari al mantenere l autorinnovamento).

10 Embryonic Stem Cells Con il procedere dello sviluppo embrionale e fetale il numero delle cellule staminali sii riduce e nell individuo adulto sono presenti solo in alcuni precisi tessuti. Dalle blastocisti si possono isolare le cellule del nodo embrionale e coltivarle fino ad ottenerne milioni, le cosiddette ES cells la cui caratteristica principale è l elevata capacità proliferativa unita alla capacità di differenziarsi in qualsiasi altro tipo cellulare.

11 Una cellula di questo tipo ha la capacità unica di rinnovare se stessa e dare origine ad uno dei più di 200 tipi diversi di cellule specializzate (osso, muscolo, fegato, nervi ecc) che costituiscono il corpo di un vertebrato. Le SC infatti rimangono indifferenziate fino al momento in cui ricevono degli stimoli che le portano a svilupparsi in cellule specializzate differenziate.

12 Problemi collegati alle ESC La possibilità di coltivare cellule ES umane ottenute da blastocisti al quattordicesimo giorno di sviluppo è ovunque limitata alle blastocisti che provengono dalle cliniche di fecondazione in vitro e sono dunque embrioni in eccesso che non sono stati trasferiti nell utero della madre, ma con il consenso dei genitori utilizzate per la ricerca

13 Fasi dello sviluppo embrionale, dallo zigote alla blastocisti Circa 12 ore dopo la fecondazione lo zigote si divide mediante mitosi in due piccole cellule

14 dopo altre 12 ore in quattro cellule, poi otto e così via e forma un embrione che per il suo aspetto prende il nome di morula. Tre o quattro giorni dopo la fecondazione le cellule embrionali, che nel frattempo sono circa una quarantina, si dispongono a formare una sfera cava, la blastula o blastocisti

15 Attualmente in Europa la clausola sulla moralità nelle Direttive Europee sulle Biotecnologie impedisce d brevettare le invenzioni che derivano a un certo punto del loro sviluppo dall utilizzo di embrioni umani.. Lo studio delle ESC dunque presenta problemi etici legati al loro utilizzo..; il principale problema per i ricercatori, quindi, sono le tecniche per manipolare le cellule staminali e le cellule differenziate che ne derivano Nel frattempo, i brevetti sulle cellule staminali embrionali umane sono concessi praticamente ovunque nel mondo

16 Applicazioni delle cellule staminali in alcuni tipi di patologie Per certe applicazioni (per esempio, per il muscolo scheletrico e il rivestimento dei vasi sanguigni), l infusione di cellule staminali nel sistema circolatorio può essere utilizzata come via di somministrazione. Però, nella maggior parte delle applicazioni delle terapie basate sulle cellule è molto probabile sia necessaria l Introduzione diretta nel sito della riparazione/rigenerazione. Questo richiede tecniche ed equipaggiamenti disegnati specificamente per ogni applicazione clinica, e l applicazione di sofisticate tecniche di imaging per tracciare le cellule introdotte. Inoltre, diversi approcci sperimentali soprattutto nella riparazione del tessuto osseo e delle cartilagini sono basati sull utilizzo di matrici di supporto in cui le cellule crescono prima di essere impiantate. La ricerca su questi materiali biocompatibili dovrebbe stare al passo con quella sulle cellule staminali

17 Prospettive.. Tra le potenzialità d impiego delle cellule staminali non c è solo la medicina rigenerativa.. I test effettuati su modelli animali di Parkinson nel ratto hanno già dimostrato la potenzialità della sostituzione cellulare nel tessuto nervoso. Un altro obiettivo della ricerca è quello di riprogrammare una cellula adulta in modo che diventi pluripotente, ad esempio con il trasferimento del nucleo. Questa tecnica sarà preso usata per creare delle cellule staminali embrionali da pazienti per studiare le malattie che colpiscono i neuroni motori (Sclerosi laterale amiotrofica) Altre gravi malattie ereditarie potrebbero essere affrontate con questo approccio.

18 Trasferimento del nucleo Questa tecnica si basa sul trasferimento del nucleo di cellule somatiche differenziate nel citoplasma di una cellula uovo da cui è stato tolto il nucleo.. Esperimenti condotti sui topi hanno dimostrato che tale cellula è in grado di acquisire un nuovo programma genetico e di iniziare e terminare lo sviluppo embrionale con la nascita di un nuovo individuo (pecora Dolly). Dal punto di vista genetico il nuovo individuo è una copia genomica del donatore della cellula somatica impiegata per il trasferimento nucleare (clone genetico). Se il processo viene interrotto nelle fasi iniziali dello sviluppo (blastocisti) questa tecnica permette di produrre ES.

19 Un numero significativo di malattie che potrebbero essere trattate con le cellule staminali sono dovute a geni alterati che manifestano il proprio effetto in un tessuto particolare o in una sottopopolazione di cellule del paziente. Utilizzare cellule staminali, in cui è stato corretta l anomalia nel gene non funzionale nel paziente, è un interessante alternativa al metodo classico che utilizza i vettori virali per trasferire il gene riparato in situ.

20 Per concludere Va sottolineato che la biologia delle SC è ancora un grande buco nero del quale incominciamo ad intravedere alcune realtà in un simile contesto è dunque necessaria tanta e ben finanziata ricera per sviluppare strategie tese all ottenimento di grandi quantità di SC. Si ricorda un esempio di ricerca preclinica sul Parkinson: 487 pazienti parkinsoniani trattati con SC nervose derivate da materiale abortivo fetale e quindi con SSC. Tre pazienti non hanno mostrato regressione dei sintomi ma 484 pazienti hanno visto scomparire discinesia e ancora oggi, 5 anni dopo il trapianto, le SSC trapiantate sono in grado di produrre dopamina. Purtroppo per curare un solo malato sono necessarie cellule derivanti da 5-6 feti.. Da qui la necessità di trovare nuove fonti del reagente biologico necessario al trapianto.