Le Cellule Staminali - TIPI DI CELLULE STAMINALI, RECENTI SCOPERTE

Le Cellule Staminali

Cellula staminale Cellula non specializzata capace di dividersi indefinitamente; a ogni suddivisione produce due cellule lie, delle quali una è staminale e l'altra è capostipite di una popolazione di cellule che, a loro volta, danno luogo a cellule mature e differenziate, ovvero a tessuti distinti. Le cellule staminali assicurano la formazione e il rinnovamento dei tessuti, ovvero la sostituzione cellula - STRUTTURA DELLE CELLULE EUCARIOTE" class="text">delle cellule che hanno terminato il proprio ciclo vitale e di quelle lesionate. Nell'adulto, la quantità e la capacità proliferativa delle cellule indifferenziate è diversa nei tessuti che, per tale motivo, presentano differente capacità di rinnovamento e, nell'istologia classica, vengono distinti in labili, stabili e perenni. In realtà, molte proprietà delle cellule staminali e i meccanismi che ne guidano il differenziamento sono ancora allo studio; numerose ricerche, a partire dagli anni Novanta, hanno rivelato caratteristiche prima inaspettate, come la capacità di alcune cellule staminali adulte di trasformarsi in cellule di tessuti diversi da quello cui appartengono (transdifferenziamento); inoltre, cellule di tipo staminale sono state trovate anche in tessuti tradizionalmente considerati incapaci di rinnovarsi (perenni), come il nervoso e il pancreatico.

Cellule embrionali umane Fin dalle prime fasi dello sviluppo embrionale lo zigote, derivante dalla fecondazione di una cellula uovo da parte di uno spermatozoo, si divide ripetutamente per mitosi; in tal modo si formano cellule geneticamente identiche e non ancora differenziate, cioè non ancora caratterizzate da una specifica morfologia e funzione. Nel corso dello sviluppo, i diversi gruppi di cellule si organizzano in tessuti e organi distinti e perdono in parte o del tutto la capacità di suddividersi; al contrario, alcune cellule dette staminali, mantengono per tutta la vita carattere embrionale ed elevata attività proliferativa. Nella foto, cellule di embrione umano al terzo giorno dalla fecondazione.Jason Burns/Ace/Phototake NYC

2 TIPI DI CELLULE STAMINALI

In base alla capacità di generare qualsiasi tipo di tessuto, oppure alcuni o uno soltanto, le cellule staminali si dicono, rispettivamente, totipotenti, multi o pluripotenti e unipotenti. In base alla provenienza si distinguono cellule staminali embrionali, fetali, da cordone ombelicale e adulte.

2.1 Cellule staminali embrionali

Nell'embrione allo stadio di blastocisti, prima del suo annidamento nella parete uterina, si trovano cellule staminali totipotenti e altamente proliferative, cioè capaci di produrre un numero assai elevato di progenitori di qualsiasi tipo di tessuto (cellule staminali embrionali o ES); mediante tecniche particolari, queste possono essere coltivate in vitro e mantenute inalterate per anni. Dimostrano interessanti applicazioni: sono in grado di integrarsi in un embrione senza alterarne lo sviluppo e differenziandosi nei diversi tessuti del nuovo organismo; possono essere "guidate" in modo da differenziarsi in un determinato tipo cellulare, come neuroni, cellule muscolari cardiache e progenitori degli elementi sanguigni.

Cellule staminali ottenute in grande quantità da embrioni congelati derivanti da procedure di fecondazione in vitro (FIV), eccedenti per tali finalità (si parla di embrioni sovrannumerari) e donati previo consenso informato, potrebbero teoricamente essere utilizzate per ricerche sui meccanismi di differenziamento dei tessuti oppure a scopo terapeutico per trattamenti immunologici sul feto all'interno dell'utero o al momento della nascita. Non è stato chiarito quali conseguenze abbia il congelamento a lungo termine sulla vitalità delle cellule.

È tecnicamente possibile anche prelevare alcune cellule staminali dall'embrione, senza sopprimerlo, in fasi molto precoci dello sviluppo (morula, blastula); in tal caso, sussiste il problema di espandere le cellule ES, cioè indurre in modo artificiale la loro moltiplicazione, in modo da potere disporre di quantità sufficienti per le applicazioni cui si intendono destinare.

Infine, una fonte di cellule staminali embrionali sono le cellule germinali primordiali, presenti all'interno delle gonadi del feto e capostipiti delle cellule riproduttive (gameti). Prelevate da feti abortivi, possono teoricamente essere coltivate in vitro e "dirette" in modo da trasformarsi in cellule EG.

Le cellule staminali embrionali ottenute con le tecniche appena descritte, se impiegate nel trattamento di pazienti, sono dette eterologhe; cioè provengono da un individuo diverso da quello in cui sono utilizzate. Il metodo del trasferimento nucleare (o TNSA) permette invece di produrre cellule staminali embrionali autologhe, derivanti dallo stesso individuo.

2.2 Cellule staminali embrionali autologhe

Clonazione: la nascita di Dolly 

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La possibilità di ottenere cellule staminali embrionali di tipo autologo apre nuove prospettive terapeutiche, rendendo disponibili cellule adatte a essere trapiantate nello stesso donatore (autotrapianto) e compatibili dal punto di vista immunitario.

Mediante la tecnica detta TNSA, o trasferimento nucleare, il nucleo di una cellula somatica viene iniettato in una cellula uovo precedentemente enucleata (privata del proprio nucleo); tale procedimento è analogo a quello di clonazione che portò alla nascita della famosa pecora Dolly, con la differenza che non si intende ottenere un organismo adulto clonato e la cellula con il nuovo nucleo non viene impiantata in un utero per farla crescere. In questo caso, invece, la cellula con il nuovo nucleo può essere indotta mediante fattori di crescita a svilupparsi in vitro in un embrione da cui verranno prelevate le cellule staminali; oppure, può essere moltiplicata in masserelle di cellule che vengono poi "guidate" a differenziarsi verso un certo tipo di tessuto. Alcuni autori definiscono questo procedimento anche clonazione terapeutica.

2.3 Cellule staminali fetali

Sono cellule staminali finalizzate all'accrescimento di alcuni tessuti nel neonato, con caratteri intermedi tra quelle dell'embrione e quelle dell'adulto. Tecnicamente, è possibile prelevarle da feti abortivi; occorre però chiarire quali capacità di proliferazione e di differenziamento possono mantenere se coltivate in vitro.

2.4 Cellule staminali da cordone ombelicale

Dal prelievo di sangue fetale dal cordone ombelicale, al momento della nascita, è possibile isolare cellule staminali dotate di grande capacità proliferativa e, allo stato attuale, considerate precursori degli elementi sanguigni. Su queste cellule si basa la cosiddetta terapia del sangue ombelicale, sperimentata come alternativa al trapianto di midollo osseo (TMO) eterologo (cioè da un individuo a un altro). La possibilità di ottenere altri tessuti è ancora allo studio. Alcuni ricercatori propongono l'istituzione di banche di cellule staminali autologhe, nelle quali ciascun individuo potrebbe conservare le proprie cellule staminali del cordone prelevate al momento della nascita, in modo da poterle utilizzare per autotrapianto in caso di necessità.

2.5 Cellule staminali adulte

Nell'adulto le cellule staminali permettono la ricostituzione di tessuti danneggiati. Verso la fine degli anni Novanta è stato dimostrato che, contrariamente a quanto ritenuto in precedenza, non si differenziano esclusivamente in modo da produrre le cellule mature del tessuto cui appartengono, ma possiedono capacità inaspettate, molte delle quali probabilmente devono ancora essere scoperte: ad esempio, cellule staminali nervose possono dare luogo a cellule ematopoietiche, oppure cellule del midollo osseo possono originare cellule epatiche, fenomeno detto transdifferenziamento. Questa proprietà potrebbe essere sfruttata coltivando in vitro cellule di un tessuto e guidandone il differenziamento in modo da potere intervenire nella ricostruzione di tessuti lesionati in modo autologo, cioè trapiantando cellule dello stesso paziente e scongiurando in tal modo il fenomeno del rigetto.

3 RECENTI SCOPERTE

Se l'esistenza di cellule e tessuti capaci di rigenerarsi è un fenomeno noto da tempo nell'istologia e nell'embriologia, derivante dall'osservazione dei meccanismi di sviluppo e di riparazione delle lesioni, l'identificazione delle cellule staminali è recente. In Italia, verso la fine degli anni Ottanta, presso l'Ospedale Niguarda di Milano furono scoperti i precursori ematopoietici dai quali derivano gli elementi del sangue, caratterizzati grazie al recettore CD34 presente sulla superficie esterna della membrana. Da allora le scoperte si sono moltiplicate. Tra le acquisizioni più recenti, vi è la scoperta, avvenuta nel febbraio 2000 all'Università della Florida, di cellule staminali del pancreas di topo che, trapiantate nel pancreas di esemplari affetti da diabete giovanile, hanno prodotto insulina permettendo la regressione della malattia; nell'aprile 2001, presso l'Università della California a Los Angeles, cellule staminali derivanti da tessuto adiposo sono state indotte in vitro a differenziarsi in cellule del tessuto cartilagineo, osseo e muscolare. È del maggio 2001 l'identificazione nel midollo osseo di topo di una "supercellula" staminale capace di dare origine a elementi sanguigni, a midollo osseo e a cellule del polmone, dell'intestino e della pelle; la scoperta è opera della New York University School of Medicine. Nel giugno 2001 ricercatori del Laboratorio di Ematologia dell'Istituto Superiore della Sanità hanno isolato dal sangue di cordone ombelicale l'emoangioblasto, cellula staminale da cui sembrano derivare i vasi sanguigni.

4 APPLICAZIONI E PROSPETTIVE

Aspetti bioetici di alcune tecniche riproduttive Lo sviluppo tecnologico nella ricerca genetica, nella biologia molecolare e nella biotecnologia ha avuto importanti ripercussioni anche in medicina, rendendo possibili applicazioni sull'uomo impensabili solo venti anni fa. Possibili, ma anche lecite? Molti interrogativi di natura bioetica sembrano scontrarsi con la necessità della scienza di sperimentare; il superamento di barriere ritenute prima invalicabili, la legittimità di ciò che è tecnicamente fattibile suscita posizioni spesso contradditorie in ambito sia scientifico sia politico e sociale. Importanti quesiti si pongono soprattutto nell'ambito della riproduzione umana; in questo caso, infatti, sono in gioco molteplici fattori, che riguardano non solo gli aspetti fisiologici e psicologici della madre, del padre e della coppia, ma anche quelli dell'individuo che da essa dovrà svilupparsi.

Al di là dell'interesse prettamente biologico delle scoperte sulle cellule staminali, vi è la speranza di potere definire nuove terapie mediche che ne sfruttino le potenzialità. Al tempo stesso, però, la ricerca deve tenere conto dei numerosi interrogativi di bioetica, che alimentano tuttora un vivace dibattito riguardante soprattutto l'impiego degli embrioni e dei feti abortivi. L'orientamento attuale è quello di non impiegare embrioni umani; secondo la decisione del presidente statunitense George W. Bush dell'agosto 2001, le 64 linee cellulari embrionali già esistenti e brevettate potranno essere utilizzate, ma non saranno consentiti nuovi prelievi di embrioni, decisione cui si è attenuto anche il ministro della salute italiano Girolamo Sirchia.

L'impiego di cellule staminali adulte, anche se disponibili in minore quantità e di più lenta proliferazione, ha invece già fornito risultati incoraggianti. La principale applicazione è la ricostituzione del midollo osseo danneggiato da trattamenti di radio o chemioterapia; in tal caso, le cellule provengono dal sangue, dal midollo osseo o dal sangue del cordone ombelicale. Un autotrapianto di cellule staminali da midollo osseo è stato effettuato con successo nel cuore di un paziente colpito da infarto del miocardio. Cellule staminali epidermiche possono essere applicate per la ricostruzione cutanea in caso di gravi ustioni e tumori.

La ricerca medica si sta attualmente focalizzando sul trattamento con cellule staminali di malattie neurodegenerative (morbo di Alzheimer, morbo di Parkinson, Còrea di Huntington, sclerosi laterale amiotrofica); malattie della retina e dell'orecchio; alcune malattie metaboliche. Inoltre, una sfida è rappresentata dall'applicazione della terapia genica alle cellule staminali che, dimostrandosi più ricettive nell'acquisizione di DNA estraneo (inoculato ad esempio tramite virus-vettori), potrebbero essere impiantate in tessuti in cui vi è un difetto genetico.