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cellule staminali

Origine delle cellule staminali

Le cellule staminali possono essere generalmente suddivise in embrionali e adulte a seconda del tessuto da cui derivano. Nel caso delle cellule staminali umane, se sono state prelevate da un embrione (precisamente dalla “inner cell mass” = massa cellulare interna, includente epiblasto ed ipoblasto di un embrione di 4-5 giorni, prima dell'impianto nell'utero materno) si chiamano “embrionali”, se invece prelevate da un tessuto di una persona adulta si chiamano “adulte”. In realtà le cellule staminali esistono anche nei feti, nei neonati e ad ogni stadio della vita di un organismo.

Caratteristiche delle cellule staminali

Per poter essere definita “staminale” una cellula deve avere due principali caratteristiche:

  1. capacità di proprio rinnovamento (“self-renewal”)
  2. capacità di generare altri tipi di cellule del corpo.

Se può generare tutti i tipi di cellule, una cellula si dice “toti-potente”, se può generare quasi tutti i tipi di cellule dei tre diversi foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma, endoderma) si dice “pluri-potente”, se può generare molti tipi diversi di cellule ma non necessariamente di tutti e tre i foglietti embrionali, si dice “multi-potente”). Si può affermare che una cellula è capace di self-renewal solo se ad ogni divisione cellulare tale cellula dà origine a due cellule di cui una è esattamente identica alla cellula madre e quindi capace di self-renewal, pluripotente o multipotente e l'altra capace di cominciare un processo di differenziamento (che include anche divisioni cellulari) che la porterà a diventare un altro tipo di cellula (per esempio una cellula del cuore, della pelle o dell'intestino, etc...). Un punto molto importante da ricordare è che solo le cellule staminali embrionali sono pluripotenti, le cellule staminali adulte sono multipotenti, entrambe capaci di self-reneweal. Pertanto diventa di estrema importanza poter dimostrare con cura sia la capacità di self-renewal, sia la pluripotenza o multipotenza per poter affermare che una cellula è una cellula staminale. Queste dimostrazioni sono spesso complicate e scientificamente laboriose, tuttavia possibili. Purtroppo a volte non si fa sufficiente attenzione a dimostrare tali due caratteristiche e pertanto “cellule progenitrici” in tessuti adulti possono essere scambiate per cellule staminali.

512px-Human embryonic stem cells

Breve Storia delle cellule staminali

Per la cronologia esatta degli esperimenti puoi consultare per esempio questa pagina sul sito del Boston Children's Hospital.

Le cellule staminali embrionali sono state originariamente isolate da embrioni di topo (1981) e poi, nel 1998 da embrioni umani (J. Thomson 's laboratory, USA). L'isolamento è stato condotto su embrioni umani (con il consenso dei genitori donatori degli oociti e spermi) derivanti da pratiche di fertilizzazione in vitro (IVF= In Vitro Fertilization) che richiede le generazione di molti embrioni poi inutilizzati e congelati. Da tali cellule staminali embrionali sono state sviluppate delle “linee” cellulari che vengono preservate in azoto liquido (congelamento a bassissima temperatura) e possono essere scongelate e messe in cultura a 37 gradi centigradi in qualunque momento per utilizzarle in esperimenti. Le “linee cellulari staminali” sono cellule derivate da quelle originarie che erano state prelevate dagli embrioni o adulti. Tali linee si mantengono tramite normali divisioni cellulari che preservano tutte le caratteristiche delle cellule originarie (self-renewal e pluripotenza).

Le cellule staminali adulte esistono nei tessuti di un adulto e, seppur spesso difficili da identificare correttamente, possono essere isolate da tali tessuti.

Successivamente al lavoro di Thompson molti altri laboratori nel mondo sono stati in grado di isolare cellule staminali embrionali umane e di altri organismi e stabilire nuove linee.

Problemi etici sulle cellule staminali

Alcuni credi religiosi considerano un oocita fertilizzato da uno sperma, cioè lo “zigote” e tutte le cellule che ne derivano durante le prime, successive divisioni cellulari avere la stessa dignità umana di un neonato o di un adulto. Questi dogmi religiosi hanno particolare rilevanza in relazione alla generazione di cellule staminali EMBRIONALI. Solo tali cellule staminali (e non quelle adulte) sono prelevate da embrioni di 4-5 giorni con conseguente distruzione dell'embrione, il quale non è più in grado di procedere con lo sviluppo e diventare un feto e poi nascere. Tali dogmi religiosi considerano pertanto la generazione delle cellule staminali embrionali equiparabile ad un omicidio o ad un aborto. Questi sono complessi e delicatissimi problemi etici che richiedono prima di tutto la definizione, a livello di coscienza personale, di qual è il momento nel complesso e lungo sviluppo embrionale umano in cui si vuole considerare l'interruzione di tale sviluppo equivalente ad un omicidio o aborto. Per aiutare a riflettere si voglia anche pensare ad un seme di una pianta che se messo nel terreno con la giusta umidità e nutrienti può diventare, sviluppando nel tempo, un enorme pianta. Mangiare quel seme equivale a uccidere una pianta? Un seme è una pianta? A questi quesiti solo la propria coscienza razionale o/e religiosa può dare una risposta personale.

Applicazioni mediche delle cellule staminali

Quando le cellule staminali sia embrionali che adulte vengono messe in particolari condizioni di crescita in laboratorio (“in vitro”) in presenza di particolari nutrienti e fattori di crescita esse possono diventare cellule differenziate di qualunque tipo. Le si può far diventare cellule dell'intestino, neuroni del cervello, neuroni motori (che danno l'impulso per il movimento dei muscoli) cellule del fegato e del pancreas, cellule del cuore, cellule della retina e della lente dell'occhio...solo per fare alcuni esempi. Moltissime solo le malattie che colpiscono organi come il cuore, il fegato, l'occhio, il cervello. In queste malattie o in caso di incidenti in cui questi organi e altri vengono danneggiati, alcune cellule dell'organo adulto non funzionano più oppure muoiono. Tali cellule potrebbero essere sostituite o la funzionalità dell'organo potrebbe essere migliorata con l'applicazione di cellule differenziate in laboratorio partendo dalle cellule staminali. L'attività di ricerca in questo settore ha fatto importanti passi avanti e alcune applicazioni su pazienti umani sono già in fase di test clinico negli USA. Tuttavia molto c'è ancora da scoprire e migliorare prima di poter sviluppare cure efficienti e sicure per la salute del paziente. Queste cellule offrono un enorme potenzialità terapeutica.

Inoltre le cellule differenziate derivate dalle cellule staminali rappresentano un utile substrato per testare l'efficacia o la tossicità di nuovi composti chimici o molecole anche naturali che potrebbero essere usati in futuro a scopo terapeutico.

Embrionali o adulte?

Molte, ma non tutte le potenzialità offerte dalle cellule staminali embrionali sono anche offerte dalle staminali adulte perché multipotenti. Tuttavia ci sono importantissimi settori in cui le staminali adulte non sono o sono di minore aiuto. Per esempio la comprensione a livello molecolare dello sviluppo embrionale umano è un settore in cui la scienza ha ancora conoscenze molto limitate. Tale sviluppo invece è di enorme importanza perché la comprensione di molti meccanismi molecolari normali che si verificano durante lo sviluppo embrionale può aiutarci a capire quali meccanismi molecolari vengono alterati durante una malattia che si sviluppa successivamente o nell'adulto. La cosiddetta “biologia dello sviluppo” ha un' importanza fondamentale in biologia e medicina a livello sia anatomico che ancor di più molecolare. In questi settore le cellule staminali embrionali offrono un mezzo di comprensione insostituibile (da quelle adulte) e preziosissimo.

Induced pluripotent Stem Cells (iPSC)

Nel 2006 e 2007 i laboratori di S.Yamanaka (Japan) and J. Thomson (USA) generarono “cellule staminali pluripotenti indotte” di topo (Yamanaka, 2006) e di uomo (Yamanaka e Thomson indipendentemente, 2007). Queste cellule vengono formate tramite l'inserimento di 4 geni specifici in cellule differenziate (quali fibroblasti o cheratinociti) prelevati da una persona adulta. Come conseguenza dell'espressione di quei specifici 4 geni tali cellule differenziate vengono “riprogrammate” e ridiventano indifferenziate e pluripotenti assumendo caratteristiche simili alle cellule staminali embrionali. Queste cellule riprogrammate vengono chiamate “cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC)” e possono essere ri-differenziate in vitro a formare vari altri tipi di cellule utilizzabili a scopi terapeutici. Queste cellule sono molto importanti perché non presentano problemi etici in quanto le cellule originarie sono prelevate da persone adulte senza alcun danno e perché tali cellule si comportano in modo simile (anche se non identico) alle cellule staminali embrionali. Inoltre si possono in teoria generare iPSC derivate da qualunque persona ne abbia bisogno risolvendo in parte il problema del rigetto nel caso che cellule differenziate derivate dalle iPSC siano ri-trapiantate nello stesso paziente.

Per la generazione delle iPSC e per gli iniziali esperimenti sulla riprogrammazione, Profs. Drs. S. Yamanaka and J. Gurdon hanno ricevuto quest'anno (2012) il premio Nobel in Medicina.

 

Isabella Mengarelli, Ph.D.

Dept. Experimental Cardiology

Academic Medical Center

Amsterdam

The Netherlands

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