Staminali: il trapianto delle cellule perdute
Staminali: il trapianto delle cellule perdute
Le cellule staminali popolano i nostri tessuti, dalle prime fasi di vita fino all’epoca adulta. Esse sono caratterizzate da una forte capacità di autorinnovamento, ossia di riprodurre sé stesse, e da una elevata propensione differenziativa, diversa per le disparate staminali, che permette a ogni singola cellula immatura di dare origine a una progenie comprendente differenti tipi cellulari maturi e specializzati.
Sono queste capacità delle cellule staminali ad attirare l’attenzione della ricerca. L’interesse è soprattutto determinato dalla possibilità e dalla speranza di un loro impiego a livello clinico per trapianti riparativi. Ma le cellule staminali rappresentano anche una straordinaria possibilità di studio dello sviluppo umano, oltre a essere uno strumento per conoscere come si formano e si ammalano i nostri tessuti, o i meccanismi alla base delle malattie genetiche, potendo anche fornire informazioni circa la potenziale attività e tossicità di farmaci.
La grande sfida sarà però capire se e in quali condizioni queste cellule potranno essere impiegate in strategie di trapianto per sostituire cellule perdute nel corso di una lesione o di un processo degenerativo. Una prospettiva che è già realtà per alcune malattie del sangue, della pelle e della cornea.
In base alla loro plasticità differenziativa le staminali vengono definite pluripotenti o multipotenti. Al gruppo delle pluripotenti appartengono le cellule ES prelevate dalla blastocisti (sovrannumerarie). Queste cellule possono essere propagate in vitro
in modo pressoché illimitato, generando continue copie di sé stesse. Quando esposte a opportuni stimoli differenziativi, sono in grado di generare gli oltre 220 tipi di cellule specializzate che formano i tessuti dell’organismo.
Nel 2006, al gruppo delle cellule pluripotenti si sono aggiunte le cellule iPS. Ottenibili riprogrammando in laboratorio le cellule della pelle di ciascuno di noi, queste sono simili (ma non uguali) alle ES pur non essendo derivate dalle blastocisti.
Per coloro che sono avversi alla ricerca sulle cellule staminali embrionali per motivi etici (ritenendo la distruzione della blastocisti in vitro – una struttura di 200 cellule – pari a un omicidio) le cellule iPS e la riprogrammazione rappresentano la soluzione. In realtà le similitudini e le differenze tra cellule ES e iPS sono al vaglio della ricerca. Nel 2011 si è per esempio scoperto che le cellule iPS trattengono memoria del loro stato originale prima della riprogrammazione, favorendo alcuni tipi di differenziamento e non altri; ma anche che le cellule iPS presentano numerosi cambiamenti a livello del DNA, possono essere tumorigeniche e scatenare reazioni immunitarie.
Si tratta di scoperte che necessitano di ulteriori verifiche e che rendono basilare un confronto continuo con le ES.
Al gruppo delle multipotenti appartengono invece le cellule staminali adulte in quanto in grado di generare ‘solamente’ le cellule specializzate del tessuto in cui risiedono. È importante sottolineare che le staminali adulte (del sangue, della pelle, del muscolo, del sistema nervoso, ecc.), sebbene raggruppate in un’unica tipologia, comprendono categorie e definiscono ambiti di ricerca ben distinti, in quanto a caratteristiche delle cellule, possibilità del loro isolamento ed espansione, potenzialità differenziativa e ipotetici impieghi terapeutici.
Nel 2010 è stato dimostrato che è possibile prelevare le cellule staminali del limbus dell’occhio, espanderle in vitro e poi ritrapiantarle nella cornea lesionata, con conseguente recupero totale della vista anche sei anni dopo il trapianto.
I quattro tipi
In base alla potenzialità si possono distinguere quattro tipi di cellule staminali, a seconda di dove sono presenti.
Totipotenti possono svilupparsi in un intero organismo e persino in tessuti extraembrionali. Un esempio è il blastomero, una cellula presente nelle prime fasi dello sviluppo embrionale.
Pluripotenti sono originate da cellule staminali totipotenti. Esse non sono in grado di dare origine a un intero organismo, ma soltanto ai singoli tessuti presenti in un individuo adulto.
Multipotenti sono in grado di generare unicamente alcuni tipi di cellule, come le cellule staminali adulte o come quelle del sangue del cordone ombelicale.
Unipotenti possono generare solamente un tipo di cellula specializzata.
Un’intuizione di Rita Levi-Montalcini
Rita Levi-Montalcini (n. Torino, 1909) è stata fra i primi biologi al mondo a ipotizzare l’esistenza delle cellule staminali. Le ha incontrate per la prima volta fra gli anni Quaranta e Cinquanta, studiando il fattore di crescita delle cellule nervose (NGF) per il quale è stata insignita nel 1986 del Nobel per la medicina insieme a Stanley Cohen, suo collaboratore. «Abbiamo scoperto le cellule staminali molto prima che diventassero primedonne», ha dichiarato nel 2009 la scienziata parlando anche a nome dei suoi collaboratori in un incontro organizzato in suo onore dall’Accademia Nazionale dei Lincei. «Le chiamavamo taniciti e avevamo notato che avevano la capacità di captare l’NGF ed erano molto ricettive nei confronti di questo fattore». Ricor;diamo che l’NGF (Nerve growth factor), fattore di crescita dei nervi, è una proteina della famiglia delle neurotrofine, sostanze che stimolano e regolano la crescita delle cellule nervose. Sintetizzato nella corteccia cerebrale e nell’ippocampo di molti mammiferi, la sua carenza è correlata a fenomeni di degenerazione dei neuroni e all’invecchiamento cerebrale. È il primo fattore di crescita dei nervi a essere stato individuato e la sua scoperta si deve proprio alla neurobiologa italiana.
Le biobanche
Le banche per la conservazione delle cellule staminali sono strutture nelle quali vengono trattate e conservate le unità di cellule prelevate, fino al momento del loro eventuale utilizzo. La legislazione che regolamenta l’attività delle biobanche varia da paese a paese e si differenzia a seconda della fonte di prelievo delle cellule (amniocentesi, cordone ombelicale, sangue, denti ecc.) e dell’uso previsto. In Italia nel caso delle staminali prelevate dal cordone ombelicale, la legislazione vieta la conservazione per uso personale (autologo), se non in casi selezionati, mentre incoraggia quella destinata alla donazione (uso allogenico), contro leucemie, linfomi e altre malattie ematologiche.
Una specie di altruismo forzato? Solo la consapevolezza che, a oggi, non esistono valide ragioni mediche per tenere da parte una riserva privata delle cellule staminali di cui è ricco il sangue del cordone ombelicale.
Esistono invece ragioni più che valide per raccoglierlo, conservarlo in una biobanca autorizzata (in Italia sono 18, tutte pubbliche) e inserita in una rete internazionale, così da renderlo disponibile per eventuali soggetti riceventi compatibili.
Le tappe della ricerca
1909 Alexander A. Maximov in uno studio pionieristico dimostrò la presenza nel sangue periferico di un piccolo
numero di cellule, da lui definite ‘staminali’, in grado di conservare la caratteristica pluripotenzialità delle cellule embrionali
1940/ Rita Levi-Montalcini e il suo gruppo ipotizzano l’esistenza delle cellule staminali, da loro definite ‘taniciti’,
1950 studiando il fattore di crescita delle cellule nervose
1960 Joseph Altman e Gopal Das presentano prove di formazione di nuovi
neuroni da parte di cellule staminali nel cervello adulto
1963 Ernest McCulloch e James Till dimostrano l’esistenza delle cellule
staminali ematopoietiche pluripotenti e capaci di autorinnovarsi
1968 Primo trapianto in cui vengono utilizzate cellule staminali adulte
1978 Vengono scoperte cellule staminali ematopoietiche nel cordone ombelicale umano
1981 Isolate le prime linee cellulari staminali ottenute da embrioni di topo
1992 Cellule staminali neurali sono coltivate in vitro sotto forma di neurosfere
1992 Claudio Bordignon completa la prima procedura medica al mondo mirante alla terapia genica delle malattie
ereditarie, usando cellule staminali come vettori per il materiale genetico
1997 Si dimostra che la leucemia origina da cellule staminali ematopoietiche: è la prima prova diretta dell’esistenza
di un nesso tra cellule staminali e cancro
1998 James A. Thomson, dell’università del Wisconsin, isola per la prima volta le cellule staminali embrionali umane
2003 Songtao Shi, dentista pediatrico, scopre nei denti da latte la presenza di cellule staminali adulte
2003 Vari gruppi di ricerca nel mondo dimostrano che è possibile sviluppare una linea germinale di cellule staminali
embrionali in vitro
2006 Shinya Yamanaka pubblica la scoperta che l’attivazione di quattro fattori di trascrizione è in grado di indurre la
pluripotenza in cellule di topo adulte. Queste cellule, chiamate iPSC (induced Pluripotent Stem Cells), sono molto simili alle cellule staminali embrionali
2007 Sperimentazione sull’uomo per la terapia rigenerativa del miocardio dopo l’infarto. Le cellule usate sono le
staminali ematopoietiche derivanti dal midollo osseo o dal sangue, di provenienza sia autologa sia allogenica
2007 Un pool di scienziati, comprendenti l’italiano Paolo De Coppi, annuncia di aver scoperto cellule staminali nel
liquido amniotico
2008 Si scopre che i fibroblasti si trasformano in cellule staminali pluripotenti, in grado di curare nei topi di
laboratorio il morbo di Parkinson
2009/ Prima sperimentazione con cellule staminali embrionali
2010 sull’uomo approvata dalla FDA, e messa in pratica dalla Geron Corporation per la cura dei traumi alla colonna
vertebrale
La parola
Il termine staminale deriva dal latino stamen (stame). In biologia, si dice di cellula indifferenziata che può agire da precursore di un clone di cellule differenziate, ma che mantiene la capacità di autorinnovarsi per produrre altre cellule staminali identiche.
Le riviste
Nature (nature.com), fondata nel 1869, è una delle riviste di maggiore prestigio della comunità scientifica internazionale.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (www.pnas.org), fondata nel 1915, è conosciuta come PNAS ed è il giornale ufficiale della United States National Academy of Sciences.
Science (www.sciencemag.org), fondata nel 1880, è pubblicata a Washington dalla American Association for the Advancement of Science (AAAS).
The new England Journal of Medicine (www.nejm.org), fondata nel 1812, è di proprietà della Massachusetts Medical Society.
Cell (www.cell.com), fondata da Benjamin Lewin, è oggi di proprietà del gruppo Elsevier.
Opere Treccani
Sull’argomento ‘cellule staminali’ l’Istituto della Enciclopedia Italiana ha prodotto una gamma di voci aggiornate e complete, inserite nelle seguenti opere del suo catalogo:
Treccani Medicina
Il lessico della medicina utilizzato da specialisti e studiosi, ma anche dai non addetti che si imbattono quotidianamente nei temi e nei problemi della salute e delle cure mediche. 3 voll.
Scienza e Tecnica
Esauriente e aggiornata opera sulle discipline scientifiche e tecnologiche. 6 voll.
Frontiere della Vita
I risultati e le prospettive delle punte più avanzate della ricerca in un’opera che affronta e chiarisce le questioni fondamentali della vita. 4 voll.
Universo del Corpo
Il corpo umano e i suoi aspetti psicologici e relazionali: un’opera sull’uomo, frutto delle culture scientifica e umanistica. 5 voll.
I siti
http://stemcells.nih.gov/research