LE CELLULE STAMINALI: dalla ricerca di base alle applicazioni

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1 LE CELLULE STAMINALI: dalla ricerca di base alle applicazioni

2 Perché ci troviamo oggi a parlare delle cellule staminali? Driesch (fine 800) dimostra la totipotenza dei blastomeri dell embrione embrione precoce di riccio di mare 2 o 4 piccole larve Isolamento di blastomeri (stadio di 2 o 4 cellule)

3 Caratteristiche generali Hanno grande potenziale proliferativo Sono capaci di autorinnovamento Possiedono ampie potenzialità differenziative: Totipotenza Pluripotenza Multipotenza Sono presenti in tutti gli stadi di sviluppo: Embrionale (ESC) Fetale (FSC) Adulto (ASC) Provvedono: allo sviluppo embrionale e fetale alla rigenerazione ed all omeostasi di organi adulti

4 Caratteristiche generali Tutte queste caratteristiche e la possibilità di manipolarle fisicamente e geneticamente rendono le cellule staminali oggetto di estremo interesse in diversi campi di ricerca e di terapia clinica, grazie alle attuali sofisticate tecnologie. Nel contempo, la trasposizione delle ricerche dagli animali all uomo, introduce implicazioni etiche che pongono la ricerca stessa al centro dell interesse di altre discipline (anche non scientifiche).

5 Segmentazione nei mammiferi ed origine delle ESC

6 Destino delle popolazioni cellulari della blastocisti

7 Stadi di sviluppo e potenziale differenziativo L uovo fecondato e gli stadi embrionali a 2 e 4 cellule sono totipotenti e possono dare origine ad ogni tipo di cellula. Le cellule della massa cellulare interna della blastocisti sono pluripotenti perché possono dare origine a tutti i tipi cellulari dell embrione, ma non ai tessuti extraembrionali

8 Cellule staminali embrionali (ESC)

9 Cellule staminali embrionali (ESC) Edwards (1967): da blastocisti di coniglio vengono ottenute cellule che, coltivate in vitro,, formano aggregati (embryoid bodies) ) o monostrati che possono essere propagati per diverse generazioni e congelati.

10 Evans e Kaufman (1981): coltivano blastocisti di topo, ottenendo ESC pluripotenti.

11 Evans e Kaufman (1981): coltivano blastocisti di topo, ottenendo ESC pluripotenti Una cellula è pluripotente se: È capace di formare embryoid bodies È capace di formare teratocarcinomi se iniettata in un organismo ospite È capace di formare chimere se iniettata in una blastocisti ospite

12 Science, Vol 282, Issue 5391, , 6 November 1998 Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts James A. Thomson, * Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall, Jeffrey M. Jones These cell lines should be useful in human developmental biology, drug discovery, and transplantation medicine.

13 Cellule staminali pluripotenti umane (ESC, EGC,ECC) ESC EGC ECC

14 Caratteristiche delle ESC Le caratteristiche principali delle cellule staminali embrionali sono dunque la pluripotenza e la capacità di auto rinnovarsi Tra i meccanismi molecolari dell autorinnovamento e del mantenimento della pluripotenza sembrano svolgere un ruolo chiave le modificazioni alla struttura della cromatina.

15 Struttura della cromatina nelle ESC L organizzazione strutturale della cromatina influisce sulla funzionalità del genoma modulando l affinità dei regolatori trascrizionali con i loro bersagli. Nelle ESC la cromatina è prevalentemente decondensata (eucromatina) e ricca di modificazioni istoniche attive Con il differenziamento si accumulano regioni di eterocromatina, contenenti modificazioni istoniche repressive

16 Le proprietà delle cellule staminali di pluripotenza self-renewal sono legate anche alla capacità di effettuare divisioni cellulari simmetriche e asimmetriche

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18 Segnali di self-renewal in ESC

19 Applicazioni delle ESC alla ricerca biologica: studi in vivo Produzione di animali Iniezione di DNA in un chimerici pronucleo femminile Produzione di animali Studi in vivo che permettono di transgenici investigare: La funzione di geni normali nello sviluppo (ad es., sovraespressione di geni) La funzione di geni alterati nella patogenesi di malattie (ad es., espressione di geni umani mutati)

20 Applicazioni delle ESC alla ricerca biologica: studi in vitro Allestire linee di ESC, controllandone il differenziamento Studiare i meccanismi alla base delle proprietà di self-renewal e di pluripotenza: Isolare le ESC e farle proliferare Variare il mezzo di coltura, eliminando od aggiungendo fattori che si suppongono implicati nel differenziamento e studiandone l effetto Alterare geneticamente le cellule, studiandone l effetto Studiare i meccanismi di malattie genetiche: Isolare le ESC e farle proliferare Transfettare le cellule staminali con un gene mutato Studiare il comportamento delle cellule dissezionando i meccanismi patogenetici Studiare la risposta a specifici trattamenti (farmaci, RNAi,etc.)

21 Applicazioni terapeutiche delle ESC

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23 Applicazioni terapeutiche delle ESC

24 Applicazioni terapeutiche delle ESC Trapianto cellulare L approccio terapeutico con ESC è promettente per il trattamento di patologie caratterizzate da un estesa morte cellulare, soprattutto a carico di tessuti perenni o resi incapaci di rigenerare: Malattie neurodegenerative (AD, PD, HD etc.) Distrofie muscolari Malattie cardiache (infarto, ischemia, malattie coronariche croniche, etc.) Leucemie AIDS Malattie genetiche Ma quale fonte utilizzare per produrre hesc?

25 Derivazione di linee di hesc POSSIBILI FONTI DI hesc Utilizzo di embrioni soprannumerari derivanti da IVF Produzione di embrioni tramite trasferimento nucleare da cellule somatiche di paziente in oociti di donatrici ( clonazione terapeutica ) PROBLEMATICHE ETICHE E SOCIALI Consenso informato per chi dona gli oociti La blastocisti è già un essere umano o solo un insieme di cellule? La clonazione terapeutica è veramente diversa da quella riproduttiva? Le cellule staminali clonate possono costituire una terapia realistica? Solo per pazienti ricchi? Cellule staminali geneticamente modificate L utilizzo terapeutico può incidere sul giudizio etico? (ovvero: Sopprimere una vita per salvarne un altra? )

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27 Clonazione terapeutica

28 Fonti alternative di hesc

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