Le cellule staminali sono cellule primitive che, per un limitato periodo di tempo, possiedono la capacità di trasformarsi in circa 200 diversi tipi cellulari, ad esempio neuroni, cellule del derma, cellule muscolari, cellule dell’osso o cellule del fegato. Successivamente, una volta che attuano la formazione dei tessuti e degli organi di interesse, perdono questa capacità. Le cellule staminali furono scoperte circa a metà dell’Ottocento dal biologo tedesco Ernst Haeckel. Successivamente, molti altri scienziati iniziarono ad usare questo termine per riferirsi ad alcune cellule capostipiti di una discendenza cellulare, ad esempio quelle del sangue.
Nel 1981, grazie al miglioramento delle tecniche di laboratorio, Martin Evans riuscì ad isolare le cellule staminali pluripotenti dagli embrioni di topo e farle crescere in coltura in laboratorio (Fig.1). A seguire, un altro importante ricercatore americano James Thomson riuscì a isolare per la prima volta delle cellule staminali da embrioni umani e a generare quindi delle linee cellulari da esse derivate, scoperta che suscitò una grande discussione sui media e nella popolazione civile creando polemiche sul fatto che tali risultati derivavano dalla distruzione di embrioni umani.
Nel 2007, sempre grazie all’impegno e allo studio di numerosi ricercatori, si è riusciti a mettere a punto un metodo di conversione delle cellule del derma in cellule molto simili alle staminali embrionali, dette cellule staminali pluripotenti indotte, smorzando quindi le discussioni etiche sull’argomento.
Caratteristiche principali delle cellule staminali
Le cellule staminali hanno due caratteristiche fondamentali:
– Autorinnovamento: sono in grado di rigenerarsi in modo illimitato grazie alla divisione cellulare che può essere simmetrica (nascono due cellule figlie entrambe staminali) o asimmetrica (nasce una cellula staminale e attua una differenziazione per diventare una cellula somatica).
– Specializzazione: sono capaci di differenziarsi in tutti, o quasi, i tipi cellulari dell’organismo. Esistono tre gradi di specializzazione: la totipotenza, ossia il livello massimo, grazie alla quale una cellula staminale può originare un intero organismo; la pluripotenza, o multipotenza, in cui la cellula può specializzarsi solo in alcuni tipi di cellule dell’organismo; infine la unipotenza per cui la cellula può trasformarsi in una sola specie cellulare che compone uno specifico tessuto.
I tipi di cellule staminali
Le cellule staminali si possono classificare in base alla loro provenienza in:
- Cellule staminali embrionali: sono pluripotenti, in grado quindi di generare tutte le cellule dell’organismo. Le cellule staminali embrionali vengono prelevate durante la fase di blastocisti, presenti pochi giorni dopo la fecondazione. Le cellule vengono successivamente messe in coltura e, grazie all’ambiente idoneo ricco di sostanze nutritive e di crescita, in pochi giorni si ottengono nuove colonie.
La loro applicazione pratica è ancora limitata, sia per la difficoltà tecnica di estrazione e di induzione del differenziamento cellulare, sia per problematiche di tipo etico. Sono comunque considerate una risorsa molto preziosa in ambito della ricerca medica in quanto sono in grado di riparare tessuti e organi danneggiati e intervenire nei confronti di specifiche patologie.
- Cellule staminali adulte: sono cellule in parte già specializzate ma non ancora del tutto differenziate. La caratteristica principale di questo tipo di cellule è quella di rinnovarsi o differenziarsi nel tipo cellulare di quel determinato tessuto in cui si trovano. Per questo motivo, risultano essere estremamente utili nella rigenerazione di eventuali danni in un tessuto specifico. Si trovano in gran parte dei tessuti e degli organi del corpo ma, in particolare, sono state trovate all’interno del midollo osseo, nel cervello e nell’intestino. Il margine di funzionalità delle cellule staminali adulte può risultare inferiore rispetto a quelle embrionali ma rimane comunque un’importante applicazione in campo medico in quanto le cellule possono essere estratte da un individuo adulto e reimpiantate nella stessa persona senza causare problemi di incompatibilità.
Rimangono in ogni caso problematiche legate alla loro identificazione e conseguente isolamento, oltre che all’individuazione del metodo più idoneo di coltivazione in vitro e differenziamento verso i vari tipi cellulari.
- Cellule staminali amniotiche: presenti nel liquido amniotico o nel cordone embrionale. La ricerca, nonostante sia alle prime fasi, sostiene che queste cellule abbiano un grande potenziale in quanto possono essere estratte dai residui di liquido non utilizzato dopo l’amniocentesi. Sono cellule attive e totipotenti e possono essere utilizzate in modo autologo, ossia sullo stesso organismo da cui sono state prelevate.
Le cellule staminali e il loro impiego terapeutico
Una terapia eseguita con l’impiego delle cellule staminali è un intervento medico mirato alla riparazione di un danno a carico di un organo che utilizza cellule staminali adulte. Il danno può coinvolgere un tessuto, un organo, o un gruppo specifico di cellule. La conoscenza sempre più approfondita della biologia delle cellule staminali potrà potenzialmente rivoluzionare la cura di molte malattie tra cui quelle neurodegenerative, le malattie cardiovascolari e i tumori oltre che essere utilizzate per la riparazione di danni d’organo tramite la medicina rigenerativa. Ad oggi, sono ancora poche le terapie cellulari e tissutali autorizzate in Europa ma si stanno facendo grandi progressi per la messa a punto di innovativi trattamenti per le gravi ustioni, alcune malattie rare e i tumori.
Le malattie che vengono curate attraverso l’utilizzo delle cellule staminali
- Trapianto di cellule staminali nel sangue: le cellule vengono prelevate direttamente dal sangue o dal midollo di un donatore e vengono successivamente trasferite in un paziente bisognoso (trapianto allogenico), oppure nello stesso individuo da cui sono state prelevate (trapianto autologo) dopo aver eliminato, tramite chemioterapia, le cellule midollari malate del paziente affetto da eventuali tumori del sangue (leucemie o linfomi).
- Cellule staminali corneali: vengono utilizzate per permettere la rigenerazione dell’epitelio della cornea (tessuto viscoso che ricopre la parte anteriore dell’occhio). Sono normalmente prelevate dall’occhio sano e successivamente trasferite nell’occhio malato. Recentemente a Milano, all’ospedale San Raffaele, è stato eseguito il primo trapianto di epitelio con cellule staminali corneali autologhe per ricostruire la superficie oculare di un giovane paziente.
- Cellule staminali del derma: grazie alla capacità delle cellule staminali di rigenerare cute nuova anche su dei supporti trapiantabili, sono attualmente utilizzate per curare pazienti con gravi ustioni. Per poter rendere possibile questa tecnica, è necessario prelevare pochi millimetri di pelle – solitamente la zona interessata è quella delle ascelle – e, successivamente, reimpiantare il derma prelevato nella zona lesa.
Il ruolo delle cellule tumorali e gli obbiettivi della ricerca medica
Le cellule staminali tumorali sono delle cellule solitamente presenti in quantità ridotta all’interno di un tumore (circa 1-2%) e possiedono tre caratteristiche principali:
- Sono fondamentali per la crescita del tumore in quanto incrementano quest’ultimo attraverso il meccanismo di autorinnovamento.
- Sono molto resistenti, sopravvivono, infatti, alla maggior parte delle terapie antitumorali, tra cui la chemioterapia.
- Sono responsabili della migrazione delle cellule tumorali a distanza e della formazione della metastasi, cioè dell’avanzamento del tumore in tutto il corpo.
È stato rilevato che le cellule staminali tumorali derivano da altre cellule progenitrici. Queste cellule sono le prime discendenti e sono in grado di replicarsi molto rapidamente ma, al contrario delle cellule staminali, hanno un’emivita breve.
I tumori più comuni in cui si possono identificare cellule staminali tumorali sono quelli all’intestino, all’encefalo/cervicale, alla prostata, alla tiroide, ai polmoni, allo stomaco, al seno, al rene, all’ovaio e alla vescica. È possibile riscontrare questo tipo di cellule anche nel campo delle neoplasie ematologiche, in particolare nella leucemia mieloide cronica, nel mieloma multiplo e nella leucemia linfatica acuta.
Per la loro esiguità numerica e le proprietà biologiche sono difficili da isolare. Si è comunque potuta verificare una scarsa sensibilità ai farmaci antineoplastici classici e la loro capacità di sopravvivere e autorigenerarsi dando vita ad altre cellule tumorali responsabili della progressione tumorale.
In ogni caso, lo sviluppo futuro della ricerca sulle cellule staminali tumorali prevede tre obiettivi:
- La stabilizzazione delle colture in vitro delle cellule staminali tumorali.
- La definizione delle loro caratteristiche, ossia l’identificazione delle proteine di superficie specifiche, dette marcatori delle cellule staminali tumorali.
- La messa a punto di modelli sperimentali per definire la sensibilità a terapie oncologiche mirate.
Autore: Sofia Nolè
Classe III^A
Scuola secondaria di I grado – Istituto Orsoline di San Carlo, Milano
Progetto divulgazione scientifica AIB&OSC
Docente responsabile: Elisa Mapelli Mozzi
Bibliografia
Kim. D (et. al), 2009. Generation of human induced pluripotent stem cells by direct delivery of reprogramming proteins. Cell Stem Cell.
Hall B. (et. al), 2007. Mesenchymal Stem Cells in Cancer: Tumor-Associated Fibroblasts and Cell-Based Delivery Vehicles. International Journal of Hematology, 86, 8-16.
Dean. M, Fojo T., Bates S., 2005. Tumour stem cells and drug resistance. Tumour stem cells and drug resistance. Nature Reviews Cancer, 5, 275-284.
AIB - Associazione Italiana Biotech 