TEXT BY Mariarosaria Miloso PhD – Associate Professor of Anatomy Department of Medicine and Surgery University of Milano-Bicocca
Le cellule staminali e il futuro della medicina
Le cellule staminali svolgono un ruolo fondamentale nella ricerca scientifica, nello studio dello sviluppo umano, nella modellizzazione delle malattie, nella medicina rigenerativa e nella scoperta di nuovi farmaci. La rivista Time ha incluso le cellule staminali tra le 12 innovazioni destinate a trasformare la salute e la medicina nel corso degli anni Venti del Duemila.
Le cellule staminali sono cellule non differenziate, capaci di auto-rinnovarsi e di differenziarsi in tipi cellulari specializzati con funzioni specifiche.
L’auto-rinnovamento è la capacità delle cellule staminali di dividersi per mitosi per l’intera durata della vita di un organismo. La mitosi può essere di due tipi: simmetrica o asimmetrica. Nella mitosi simmetrica, una cellula staminale si divide in due cellule figlie identiche, entrambe dotate di capacità di auto-rinnovamento. Nella mitosi asimmetrica, la cellula staminale si divide in una cellula staminale che conserva la capacità di auto-rinnovamento e in una cellula progenitrice destinata a differenziarsi.
Le cellule staminali si classificano, in base alla loro potenza differenziativa, in totipotenti, pluripotenti, multipotenti o unipotenti.
Le cellule staminali totipotenti sono in grado di differenziarsi in tipi cellulari sia embrionali che extra-embrionali, e possono formare un organismo completo e vitale. La cellula staminale totipotente per eccellenza è lo zigote, che si forma dalla fusione di uno spermatozoo con un ovulo. Anche le cellule prodotte dalle prime divisioni dell’uovo fecondato sono considerate totipotenti.
Le cellule staminali pluripotenti, come le cellule staminali embrionali, derivano dalla massa cellulare interna della blastocisti. Sono in grado di generare tutti i principali tipi cellulari del corpo adulto, ma non i tessuti extra-embrionali, come la placenta o le membrane extra-embrionali.
Le cellule staminali multipotenti sono cellule staminali adulte in grado di differenziarsi in un numero limitato di tipi cellulari specializzati all’interno di un tessuto o organo specifico.
Le cellule staminali unipotenti sono cellule staminali adulte capaci di produrre un solo tipo cellulare specifico.
Le cellule staminali possono essere classificate non soltanto in base alla loro potenza differenziativa, ma anche in ragione della loro origine:
– Cellule staminali embrionali (totipotenti o pluripotenti): sono le cellule che edificano l’intero organismo. Possono dare origine a qualsiasi tipo di cellula. Le cellule staminali embrionali sono in grado di differenziarsi in oltre 200 diversi tipi cellulari che costituiscono il corpo umano.
– Cellule staminali adulte (multipotenti o unipotenti): sono localizzate in nicchie specifiche dell’organismo e svolgono la funzione di sostituire e riparare le cellule danneggiate nei tessuti.
Le cellule staminali embrionali (ESCs) possiedono il maggiore potenziale differenziativo, ma il loro impiego solleva alcune criticità. Le ESCs sono derivate da embrioni umani, e la loro estrazione comporta rilevanti questioni etiche legate alla distruzione degli embrioni stessi. Esse presentano inoltre instabilità genetica, un aumentato rischio di formazione tumorale e un significativo rischio di rigetto in caso di trapianto.
Le cellule staminali adulte (ASCs) presentano vantaggi significativi rispetto alle ESCs. Il loro utilizzo non implica problemi etici, comporta un basso rischio di rigetto immunologico e un ridotto rischio di formazione di tumori. Le ASCs sono generalmente più facili da isolare e coltivare in laboratorio. Esse secernono fattori di crescita e citochine che promuovono la guarigione dei tessuti, riducono l’infiammazione cronica e favoriscono la rigenerazione tissutale. Le ASCs risiedono in microambienti specializzati denominati nicchie, che forniscono segnali chimici e fisici specifici per mantenere lo stato di staminalità, controllare la proliferazione, regolare la differenziazione e proteggere le cellule dal danno. In queste nicchie sono presenti cellule che, producendo fattori specifici, agiscono direttamente sulle cellule staminali, insieme a un’impalcatura strutturale — composta, ad esempio, da laminina e collagene — che àncora le cellule, fornisce segnali meccanici e mantiene livelli specifici di ossigeno e pH. Le ASCs comprendono le cellule staminali mesenchimali e le cellule staminali ematopoietiche, residenti nel midollo osseo; le cellule staminali adipose, presenti nel tessuto adiposo; le cellule staminali neurali, localizzate in aree specifiche del cervello; le cellule staminali dentali (suddivise in diverse tipologie), che risiedono nei denti. Nuove sedi di cellule staminali adulte vengono continuamente scoperte, rendendo questo un campo in costante evoluzione.
Nel 2006, il Prof. Yamanaka e il Prof. Gurdon hanno ricevuto il Premio Nobel per la scoperta delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs). Il Prof. Yamanaka ha dimostrato che è possibile “riprogrammare” cellule adulte specializzate — come le cellule cutanee o le cellule del sangue — per riportarle a uno stato pluripotente di tipo embrionale, rendendole capaci di trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo. La tecnologia si basa sull’introduzione, mediante vettori specifici, dei principali fattori di trascrizione Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc e Nanog. Le iPSCs non pongono problemi etici e, analogamente alle ESCs, possono dare origine a diversi tipi cellulari. Tuttavia, il loro utilizzo comporta un aumentato rischio di mutazioni durante la riprogrammazione, una potenziale formazione di tumori, una variabile efficienza differenziativa e la persistenza di effetti legati alla memoria epigenetica. È stato recentemente dimostrato che le ASCs rilasciano esosomi nell’ambiente circostante. Gli esosomi sono vescicole extracellulari di dimensioni molto ridotte, prodotte dalle cellule, che trasportano proteine, lipidi e acidi nucleici (mRNA, miRNA). Svolgono un ruolo di primaria importanza nella comunicazione intercellulare e nella rigenerazione tissutale. Sebbene le cellule staminali rappresentino un significativo progresso nella medicina rigenerativa e nel trattamento di numerose patologie — in particolare leucemie, linfomi, patologie ortopediche e degenerazione maculare — è fondamentale considerare una categoria di cellule staminali direttamente coinvolta nell’oncogenesi: le cellule staminali tumorali (Cancer Stem Cells, CSCs). Queste cellule costituiscono una piccola sottopopolazione all’interno di una massa tumorale e sono dotate della capacità di auto-rinnovarsi, di iniziare e sostenere la crescita del tumore, di guidarne la progressione e di favorire la metastatizzazione. Sono inoltre responsabili del fallimento terapeutico, in quanto risultano resistenti alla chemioterapia e alle radiazioni. In conclusione, il presente articolo ha descritto le diverse tipologie di cellule staminali, che rappresentano un’opzione terapeutica di straordinaria rilevanza per numerose patologie, comprese le malattie neurodegenerative. Numerosi studi clinici registrati su ClinicalTrials.gov impiegano le cellule staminali come approccio terapeutico, e i risultati sono attesi con grande interesse dalla comunità scientifica. Possono le cellule staminali rappresentare una grande opportunità per la medicina del futuro, persino per patologie oggi considerate incurabili? Senza dubbio, e i progressi della ricerca in questo campo continuano a ispirare ricercatori in tutto il mondo.
