CELLULE STAMINALI: TIPOLOGIE, APPLICAZIONI E DOVE SI TROVANO - NEUROPSICOLOGIA - 2024

Le cellule staminali sono un tipo di cellula che si trova naturalmente in tutti gli esseri viventi multicellulari. Sono caratterizzati dalla proprietà di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula e di dividersi per produrre più cellule staminali.

Questo tipo di cellula è molto importante da prima della nascita, poiché pochi giorni dopo l'unione i due gameti iniziano a dividersi e moltiplicarsi creando cellule staminali che si specializzeranno e daranno origine ai diversi organi e tessuti del corpo dell'embrione.

Illustrazione delle cellule staminali

L'importanza delle cellule staminali risiede nel loro incredibile potenziale di sviluppare e formare quasi ogni tipo di cellula. Questa capacità può essere utilizzata per riparare e ricostituire le cellule danneggiate o distrutte.

Attualmente, l'applicazione clinica delle cellule staminali è studiata in molteplici malattie come il Parkinson, l'Alzheimer o alcune condizioni congenite. Inoltre, ci sono già prodotti a base di cellule staminali che hanno iniziato ad essere utilizzati a livello internazionale nella medicina ortopedica.

Ci sono cellule staminali negli adulti o solo nei bambini?

Le cellule staminali esistono ancora negli individui adulti, anche se in quantità minore e con un potenziale minore rispetto allo stadio embrionale.

Queste cellule staminali sono presenti in alcune strutture come il midollo osseo, i muscoli e il cervello; Grazie a loro, le cellule danneggiate possono essere sostituite e gli organi possono continuare a funzionare normalmente.

Quali differenze hanno con altri tipi di cellule?

In generale, si potrebbe dire che le cellule staminali hanno tre proprietà principali che le differenziano dalle altre cellule:

• Possono riprodursi per lunghi periodi di tempo.
• Non sono specializzati.
• Possono specializzarsi in qualsiasi tipo di cellula.

Queste proprietà le rendono potenzialmente benefiche per curare alcune malattie causate dall'usura o dalla degenerazione di alcune cellule come le malattie neurodegenrative.

Queste incredibili proprietà delle cellule staminali furono studiate per la prima volta solo 35 anni fa, nel 1981, quando un gruppo di ricercatori scoprì che era possibile estrarre cellule staminali da un embrione di topo.

Non è stato fino al 1998 quando gli studi effettuati con i topi potevano essere estrapolati all'uomo, quando le prime cellule staminali furono estratte da embrioni umani e coltivate in vitro per studiarne la funzione e le proprietà. Queste cellule staminali sono chiamate cellule staminali embrionali.

Nel 2006, si è verificata un'altra pietra miliare nella storia dello studio sulle cellule staminali, un gruppo di ricercatori ha scoperto come alcune cellule adulte potrebbero essere geneticamente riprogrammate per dare origine a cellule staminali che possono specializzarsi in alcuni tipi di cellule. Questo tipo di cellula staminale è chiamata cellula staminale pluripotente indotta (iPS).

Sebbene in questi 35 anni siano stati fatti molti progressi nella ricerca sulle cellule staminali, sono ancora necessari ulteriori studi per comprenderle meglio e per poterle utilizzare nella creazione di nuove terapie e nello studio dello sviluppo normativo umano.

Tipi di cellule staminali

Le cellule staminali possono essere ampiamente classificate in base al loro livello di maturazione in cellule staminali embrionali, fetali, adulte indotte e cellule staminali pluripotenti indotte.

Inoltre, non tutte le cellule staminali hanno lo stesso potenziale di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula. A seconda del tipo di cellule in cui le cellule staminali possono essere differenziate, possono essere:

Totipotente (o onnipotente)

Morula, cellula totipotente. Fonte: Pidalka44 Possono differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula. Queste cellule possono essere trovate solo nella morula (l'insieme di cellule che si verifica dopo l'unione dei due gameti) e, teoricamente, negli embrioni, sebbene non sia stato ancora raggiunto che le cellule staminali embrionali si sviluppino e creino tutti i tipi di cellule.

Pluripotente

Colonia di cellule staminali embrionali umane. Fonte: dominio pubblico

Sono il passo successivo per le cellule staminali totipotenti e possono differenziarsi in quasi tutti i tipi di cellule. Le colture cellulari embrionali e le cellule staminali indotte sono pluripotenti.

multipotenti

Micrografia confocale di cellule precursori neurali GFP-positive (verde) nel bulbo olfattivo di ratto. Fonte: Oleg Tsupykov Possono differenziarsi in un'ampia varietà di cellule, ma solo quelle che appartengono a un gruppo di cellule correlate. Ad esempio, le cellule multipotenti nel cuore possono differenziarsi solo in tessuti che compongono il cuore. Queste cellule possono essere raccolte dai feti.

oligopotenti

Cellule dendritiche mieloidi immature (oligopotenti) Fonte: Josef Neumüller, Sylvia Emanuela Neumüller-Guber, Johannes Huber, Adolf Ellinger e Thomas Wagner Possono differenziarsi in diversi tipi di cellule, ad esempio per formare lo stesso tessuto. Le cellule staminali adulte sono oligopotenti.

unipotenti

Tipo di ematociti di epatolasti fetali (cellule staminali unipotenti). Fonte: Dipartimento di istologia, Università medica dell'Università Jagellonica Possono differenziarsi solo in un tipo di cellula. Queste cellule staminali differiscono dalle normali cellule adulte in quanto mantengono le loro proprietà riproduttive per un lungo periodo di tempo (prima di differenziarsi). Questo tipo di cellule staminali si possono trovare ad esempio in alcuni muscoli.

Cellule staminali embrionali

Cellule staminali embrionali di un topo. Fonte: National Science Foundation

Le cellule staminali embrionali vengono estratte dagli embrioni. La maggior parte proviene da gameti che sono stati fecondati in vitro e non da donne in gravidanza naturale. In teoria sono totipotenti, cioè possono dare origine a qualsiasi tipo di cellula, anche se al momento solo alcuni tipi di cellule possono essere coltivate in laboratorio.

Una volta estratte le cellule staminali, viene eseguita una coltura in cui le cellule e il materiale nutritivo (terreno di coltura) vengono introdotti in un piatto da laboratorio. In coltura le cellule crescono e iniziano a dividersi creando uno strato sottile che si estende su tutta la superficie della piastra.

Cellule staminali fetali

Cellule staminali fetali. Fonte: Teixeira, J., Rueda, BR e Pru, JK, Uterine Stem cells (30 settembre 2008), StemBook, ed. The Stem Cell Research Community, StemBook, doi / 10.3824 / stembook.1.16.1, http://www.stembook.org.

Le cellule staminali fetali si ottengono dai feti (dalla 10a settimana di gestazione). Queste cellule possono essere trovate nella maggior parte dei tessuti del feto.

Queste cellule staminali sono multipotenti, cioè possono differenziarsi in alcuni tipi di cellule che sono correlate, ad esempio, in diversi tessuti simili per formare lo stesso organo.

Cellule staminali adulte

Micrografia di una cellula staminale adulta che mostra le tipiche caratteristiche ultrastrutturali. Fonte: Robert M. Hunt, Creative Commons Attribution

In alcuni tessuti adulti, come pelle, muscoli, intestino e midollo osseo, ci sono cellule staminali adulte che possono proliferare e differenziarsi in cellule dello stesso tessuto per sostituire cellule morte o danneggiate, quindi sono oligopoenti. Le cellule staminali adulte possono essere trovate anche nel sangue del cordone ombelicale.

Ad esempio, nel midollo osseo ci sono cellule staminali del sangue che maturano in globuli maturi (globuli rossi, globuli bianchi o piastrine).

La ricerca con questi tipi di cellule è a buon punto e sono attualmente in corso trapianti di cellule staminali adulte dal midollo osseo o dal sangue del cordone ombelicale per trattare malattie del sangue come le sindromi mielodisplastiche e mieloproliferative.

Il potenziale terapeutico di altre cellule staminali adulte come le cellule mesenchimali, che producono cellule da ossa, cartilagine e grasso, è attualmente allo studio per curare malattie come l'artrite.

Cellule staminali pluripotenti indotte

Cellule staminali pluripotenti indotte. Fonte: Laboratorio Gepstein

Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) sono cellule adulte già specializzate (ad esempio dalla pelle) che sono state geneticamente riprogrammate in vitro per avere le proprietà delle cellule staminali embrionali.

Per riprogrammare le cellule adulte, vengono prelevate dagli adulti e messe in coltura su un piatto, dove vengono inseriti virus creati in laboratorio con geni specifici per integrarsi con le cellule e modificare le loro informazioni genetiche.

Sebbene le cellule iPS e le cellule embrionali condividano molte caratteristiche, non sono completamente le stesse, queste differenze sono attualmente in fase di studio, così come nuove procedure per creare iPS.

Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche, le cellule iPS vengono già utilizzate per testare l'effetto di alcuni farmaci che sono in sperimentazione clinica e dovrebbero essere utili per il trapianto nel prossimo futuro.

I trapianti di cellule IPS non vengono attualmente eseguiti perché alcuni studi sugli animali hanno portato a formazioni cancerose, probabilmente a causa della tecnica utilizzata per riprogrammare le cellule.

Colture di cellule staminali

Blastocisti, internamente ha cellule staminali. Fonte: Gnzlndrs

Le colture di cellule staminali non sono efficaci al 100%, a volte le cellule non crescono o non si dividono. Ma, quando la coltura è stata efficace, vengono prelevati gruppi di cellule staminali e vengono create nuove popolazioni che continueranno a dividersi e inizieranno a differenziarsi. Le cellule staminali possono essere congelate e conservate in qualsiasi momento del processo.

Durante la coltivazione, le cellule staminali possono raggrupparsi spontaneamente e specializzarsi in qualsiasi tipo di tessuto (muscolare, nervoso …). Che siano in grado di specializzarsi è un segno che le cellule sono mantenute in buone condizioni, ma idealmente il processo di specializzazione è controllato dai ricercatori per creare popolazioni cellulari specifiche.

Per controllare la differenziazione delle cellule staminali embrionali, i ricercatori modulano la composizione chimica del terreno di coltura, il quadrato o le cellule stesse inserendovi geni specifici.

Attraverso molteplici studi, sono stati creati protocolli che indicano quali parametri devono essere modificati e come farlo per creare colture cellulari specifiche.

Al momento non vengono effettuati trapianti di cellule staminali embrionali nell'uomo perché in alcuni studi su animali è stato osservato che possono portare allo sviluppo di tumori. La ricerca è ancora in corso e sono grandi promesse per i trattamenti futuri.

Trattamenti con cellule staminali

Attualmente, l'uso clinico delle cellule staminali più studiato ed utilizzato nella pratica è il trapianto di cellule staminali del sangue (ematopoietiche) dal midollo osseo o dal cordone ombelicale. Sono usati per trattare problemi del sistema immunitario e del sangue, nonché per rinnovare le cellule danneggiate dopo il trattamento chemioterapico o radioterapico.

Ogni anno più di 26.000 persone vengono curate in Europa con un trapianto di cellule staminali ematopoietiche ogni anno. Le malattie attualmente curabili con un trapianto sono:

Leucemie e linfomi

• Leucemia mieloide acuta.
• Leucemia linfoblastica acuta.
• Leucemia mieloide cronica.
• Leucemia linfoblastica cronica.
• Leucemia mielomonocitica giovanile.
• Linfoma di Hodgkin.
• Linfoma non-Hodgkin.

Malattie legate al midollo osseo

• Grave anemia aplastica.
• Anemia di Fanconi.
• Emoglobinuria parossistica notturna.
• Aplasia pura dei globuli rossi.
• Trombocitopenia congenita / amegacariocitosi.
• Sindrome mieloproliferativa e mielodisplastica.
• Mieloma multiplo.

Malattie ereditarie del sistema immunitario

• Grave immunodeficienza combinata.
• Sindrome di Wiskott-Aldrich.

Emoglobinopatie (malattie dei globuli rossi)

• Beta talassemia major.
• Anemia falciforme

Malattie metaboliche ereditarie

• Malattia di Krabbe.
• Sindrome di Hurler.
• Adrenoleucodistrofia.
• Leucodistrofia metacromatica.

Altre app

Un'altra applicazione dei trapianti di cellule staminali sono gli innesti cutanei. Questa applicazione è forse la più antica poiché è stata utilizzata da prima di capire davvero come funzionassero le cellule staminali.

Gli innesti cutanei vengono solitamente eseguiti solo in casi estremi in cui la persona presenta ampie aree della pelle danneggiate, ad esempio da una grave ustione.

Il primo innesto cutaneo è stato effettuato nel 1970 e da allora la tecnica è stata affinata, anche se c'è ancora molta strada da fare, poiché attualmente la pelle innestata non è in grado di sviluppare fullicoli piliferi o ghiandole sudoripare.

Holoclar

L'ultima applicazione di cellule staminali approvata in Europa è stata Holoclar, un trattamento per riparare i danni che la cornea può aver subito, siano essi ferite o ustioni.

La procedura consiste nell'estrarre una piccola porzione di cellule limbari in buone condizioni, responsabili della riparazione della cornea, e coltivarle in laboratorio fino a formare un sottile strato corneale che può essere trapiantato nell'occhio del paziente.

Rigenerazione dei tessuti

Altre possibili applicazioni delle cellule staminali sono allo studio in sperimentazioni cliniche. Le principali applicazioni che si trovano nella ricerca sono la rigenerazione di tessuti e organi, il trattamento delle lesioni, il trattamento delle malattie cardiovascolari e il trattamento delle malattie cerebrali.

L'utilizzo delle cellule staminali per la rigenerazione di tessuti e organi è forse la sua applicazione più studiata. Se organi o tessuti vengono creati da cellule staminali, possono essere trapiantati a persone che ne hanno bisogno, infatti, il primo rene con cellule staminali è già stato creato ei risultati sono promettenti.

Malattia cardiovascolare

Anche i risultati della ricerca sull'uso delle cellule staminali nel trattamento delle malattie cardiovascolari sono molto incoraggianti.

Nel 2013, un gruppo di ricercatori del Massachusetts General Hospital (Stati Uniti) ha creato vasi sanguigni da parti di cellule staminali umane che sono state impiantate nei topi e hanno funzionato correttamente. Attualmente la ricerca è in corso e stanno cercando di applicarla in modo sicuro agli esseri umani.

Malattie cerebrali

L'uso di cellule staminali per il trattamento di malattie cerebrali come il Parkinson o l'Alzheimer è allo studio utilizzando cellule staminali embrionali per il loro potenziale di differenziazione. I risultati sembrano promettenti, sebbene gli studi siano ancora in una fase iniziale.

Lo studio delle cellule staminali non viene fatto solo per curare le malattie, ma sono anche studiate per comprendere il normale sviluppo di cellule sane e per comprendere meglio alcuni processi come la divisione e il differenziamento cellulare.

Riferimenti

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