Cellule Staminali: Cosa Sono e a Cosa Servono

Ultima modifica 27.09.2019
INDICE
  1. Cosa Sono
  2. Proprietà
  3. A Cosa Servono
  4. Ricerca
  5. Controversie Legali

Cosa Sono

Cosa sono le cellule staminali?

Le staminali sono cellule che possono differenziarsi negli specifici tipi citologici e, per auto-rinnovarsi, sono in grado di produrre altre cellule staminali.

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Nei mammiferi ci sono due grandi tipi di cellule staminali:

  • Cellule staminali embrionali, isolate dalla massa cellulare interna delle blastocisti nello sviluppo embrionale precoce
  • Cellule staminali adulte, che si trovano in vari tessuti di mammiferi pienamente sviluppati.

Negli organismi adulti, cellule staminali e progenitrici agiscono come un sistema di riparazione, reintegrando i tessuti maturi.

In un embrione in via di sviluppo, le cellule staminali hanno il compito di differenziarsi in tutte le cellule specializzate – ectoderma, endoderma e mesoderma (cellule staminali pluripotenti indotte) – e di mantenere il normale ricambio degli organi rigenerativi, come sangue, pelle o tessuti intestinali.

Nell'uomo esistono ben tre fonti accessibili di cellule staminali che possono essere asportate e trapiantate in altri distretti dello stesso organismo (allogeniche): midollo osseo, tessuto adiposo e sangue. Il prelievo delle cellule staminali può anche avvenire dal sangue del cordone ombelicale del bambino subito dopo la nascita. Di tutte le terapie con cellule staminali, la raccolta allogenica comporta globalmente il minor indice di rischio.

Le cellule staminali adulte sono utilizzate in varie terapie mediche, ad esempio il trapianto di midollo osseo. Oggi possono anche venire artificialmente coltivate e trasformate (differenziate) in tipi citologici specializzati con caratteristiche adeguate a quelle di vari tessuti come muscoli o nervi. Sono state proposte come potenziali candidate anche le linee cellulari embrionali e le cellule staminali embrionali allogeniche generate attraverso il trasferimento o la differenziazione delle cellule somatiche.

La ricerca sulle cellule staminali è nata dalle scoperte di Ernest A. McCulloch e James E. Till, all'Università di Toronto, negli anni '60.

Proprietà

Proprietà delle cellule staminali

La definizione classica di cellula staminale richiede che possieda due proprietà:

  • Autorinnovamento: la capacità di attraversare numerosi cicli di divisione cellulare mantenendo lo stato indifferenziato
  • Pluripotenza: la capacità di differenziarsi in tipi di cellule specializzate. Nel senso più stretto, ciò richiede che le cellule staminali siano o totipotenti o pluripotenti – per essere in grado di dare origine a qualsiasi tipo di cellula matura, sebbene siano a volte indicate come cellule staminali anche le cellule progenitrici multipotenti o unipotenti. La funzione delle cellule staminali è regolata da un meccanismo di feedback.

Auto rinnovo delle cellule staminali

Il mantenimento della popolazione di cellule staminali è mantenuto da due meccanismi:

  1. Replicazione asimmetrica obbligata: una cellula staminale si divide in una cellula madre identica alla cellula staminale originale e un'altra cellula figlia invece differenziata. Quando una cellula staminale si auto-rinnova, subisce una divisione senza interrompere la condizione di non differenziamento. Questo auto-rinnovamento richiede un fine controllo del ciclo cellulare, nonché il mantenimento della multipotenza o della pluripotenza, che dipende dalla cellula staminale
  2. Differenziamento stocastico: quando una cellula staminale si sviluppa in due figlie differenziate, un'altra cellula staminale subisce la mitosi e produce due cellule staminali identiche all'originale.

In questo modo, il numero delle cellule staminali rimane costante.

Significato di pluripotenza delle cellule staminali

La pluripotenza specifica il potenziale di differenziazione della cellula staminale, ovvero il potenziale per differenziarsi in diversi tipi di cellule.

  • Le cellule staminali totipotenti (a.k.a. onnipotente) possono differenziarsi in tipi di cellule sia embrionali che extraembrionali. Queste cellule possono costruire un organismo completo e funzionale. Vengono prodotte dalla fusione di una cellula uovo e una spermatica. Anche le cellule prodotte dalle prime divisioni dell'uovo fecondato sono totipotenti
  • Le cellule staminali pluripotenti sono le discendenti delle cellule totipotenti e possono differenziarsi in quasi tutte le cellule, derivate da uno qualsiasi dei tre strati germinali
  • Le cellule staminali multipotenti possono differenziarsi solo nei tipi di cellule appartenenti alla famiglia strettamente correlata
  • Le cellule staminali oligopotenti possono differenziarsi solo in alcuni tipi di cellule, come le cellule staminali linfoidi o mieloidi
  • Le cellule unipotenti possono produrre solo un tipo di cellula, la propria, ma vantano la caratteristica di auto-rinnovamento che le distingue dalle cellule non-staminali (ad esempio le cellule progenitrici, che non possono auto-rinnovarsi).

Identificazione delle cellule staminali

In pratica, le cellule staminali vengono identificate in base alla capacità di rigenerare i tessuti. Ad esempio, il test di definizione per il midollo osseo – delle cellule staminali ematopoietiche (HSC) – è la capacità di trapiantare le cellule per salvare un individuo che ne è privo. Ciò dimostra che, nel lungo termine, queste cellule possono produrre continuamente nuove unità. Dovrebbe anche essere possibile isolare le cellule staminali da un individuo trapiantato a un altro privo, dimostrando che la cellula staminale è in grado di autorinnovarsi.

Le proprietà delle cellule staminali possono essere messe a nudo anche in vitro, utilizzando metodi come il "clonogenic assay", in cui le singole cellule sono valutate per la loro capacità di differenziare e autorinnovamento. Le staminali possono anche venire isolate riconoscendo i marcatori di superficie cellulare. Tuttavia, le condizioni di coltura in vitro possono alterare il comportamento delle cellule, rendendo difficile prevedere in che modo agiranno in vivo. Vi è tutt'ora un considerevole dibattito sul fatto che alcune popolazioni di cellule adulte siano o meno cellule staminali.

A Cosa Servono

A cosa servono le cellule staminali?

La terapia con cellule staminali consiste nell'uso di queste tipologie citologiche per trattare o prevenire una determinata malattia o condizione. Il trapianto di midollo osseo è una forma di terapia con cellule staminali che è stata usata per molti anni senza polemiche.

Vantaggi della terapia con cellule staminali

I trattamenti con cellule staminali possono ridurre i sintomi della malattia o della condizione trattata. Questo può consentire ai pazienti di ridurre l'assunzione di farmaci. Il trattamento con cellule staminali può anche fornire alla comunità nozioni avanzate e utili ad approfondire la comprensione delle cellule e di conseguenza anche i trattamenti futuri.

Svantaggi della terapia con cellule staminali

I trattamenti con cellule staminali possono richiedere l'immunosoppressione, a causa della necessità di applicare radiazioni prima del trapianto, con l'obbiettivo di rimuovere le cellule esistenti o perché il sistema immunitario del paziente potrebbe bersagliare le cellule impiantate. Un sistema utile a evitare quest'ultima possibilità consiste nell'utilizzare le cellule staminali dello stesso paziente da trattare.

Inoltre, la pluripotenza di alcune cellule staminali potrebbe rendere difficoltoso ottenere il tipo specifico di cellule richieste. Le complicazioni aumentano anche perché non tutte le cellule di una popolazione si differenziano in modo uniforme. Quelle indifferenziate possono creare tessuti diversi dall'obbiettivo.

Alcune cellule staminali possono dare luogo a veri e propri tumori dopo il trapianto; la pluripotenza è legata a queste alterazioni soprattutto in merito alle cellule staminali embrionali, fetali e pluripotenti indotte. Le cellule staminali fetali adeguate possono formare tumori nonostante la multipotenza.

Ricerca

Ricerca scientifica sulle cure con cellule staminali

Le malattie e le condizioni nelle quali viene tutt'ora studiato il trattamento con cellule staminali sono:

Sono in corso d'opera varie ricerche per lo sviluppo di cellule staminali e per la loro applicazione in trattamenti per: condizioni neurodegenerative, diabete, malattie cardiache e altre malattie. Sono per di più in corso varie ricerche per la produzione di organoidi che sfruttano le cellule staminali, il che consentirebbe un'ulteriore comprensione dello sviluppo umano, dell'organogenesi e della modellizzazione delle malattie umane.

Isolando e coltivando cellule staminali embrionali, grazie alla crescente capacità di utilizzare il trasferimento e le tecniche nucleari per creare cellule staminali pluripotenti indotte da quelle somatiche, sono state avanzate numerose polemiche riferite ad aborto e clonazione umana.

L'epatotossicità e il danno epatico indotto da certi principi attivi sono responsabili di un numero considerevole di fallimenti nello sviluppo di nuovi farmaci e del conseguente ritiro dal mercato, evidenziando la necessità di screening sulle cellule epatocitarie derivate dalle staminali, che sarebbero in grado di rilevare precocemente la tossicità del farmaco riducendo la sperimentazione avanzata.

Controversie Legali

Controversie legali sui brevetti delle cellule staminali

Alcuni dei brevetti fondamentali relativi alle cellule staminali embrionali umane sono di proprietà della "Wisconsin Alumni Research Foundation" (WARF) – numeri 5.843.780, 6.200.806 e 7.029.913, di proprietà di James A. Thomson. La WARF non applica questi brevetti nei confronti degli scienziati accademici, ma li impone contro le società a scopo di lucro.

Nel 2006 venne depositata dalla "Public Patent Foundation" la richiesta della "US Patent and Trademark Office" (USPTO) di riesaminare i tre brevetti del gruppo no-profit "Consumer Watchdog" (CW) (ex "Foundation for Taxpayer and Consumer Rights"). Nel processo di riesame, svolto in diversi step di discussione tra le parti, l'USPTO concordò inizialmente con il CW, respingendo tutte le affermazioni in tutti e tre i brevetti. In risposta, la WARF modificò le indicazioni per tutti e tre i brevetti; nel 2008, solo uno (7.029.913) risultava appellabile. La CW presentò quindi ricorso per la concessione del brevetto '913 al "Board of Patent Appeals and Interferences" (BPAI) dell'USPTO, che accolse l'appello ma, nel 2010, stabilì che non era brevettabile. Tuttavia, la WARF fu in grado di riaprire il procedimento. Nel gennaio 2013 vennero definitivamente autorizzate.

Nel luglio 2013, la CW annunciò che avrebbe impugnato la decisione di autorizzare le richieste di brevetto '913 alla "US Court of Appeals for the Federal Circuit" (CAFC). La CAFC contestò la legittimità del ricorso della CW; il caso non procedette fino alla risoluzione del problema.

Autore

Riccardo Borgacci
Laureato in Scienze motorie e in Dietistica, esercita in libera professione attività di tipo ambulatoriale come dietista e personal trainer