Dossier

La ricerca sulle staminali: risultati, prospettive, prerequisiti - Parte I

Il punto della situazione

Le cellule staminali emopoietiche producono quotidianamente un numero enorme di cellule del sangue, come globuli rossi, macrofagi, linfociti e piastrine, attraverso un processo di differenziamento di tipo gerarchico.

Le cellule staminali emopoietiche sono identificate in modo stringente in base alla loro capacità di generare tutte le linee cellulari del sangue per un lungo periodo di tempo dopo il trapianto in un paziente privo del sistema ematopoietico. Il trapianto di queste cellule è stato applicato nell’uomo per la prima volta per terapie di sostituzione cellulare (1).

Centinaia di migliaia di pazienti sono stati trapiantati con successo con cellule staminali emopoietiche derivate da donatori di midollo osseo (il tessuto adulto in cui risiedono). Più di recente, le cellule del cordone ombelicale sono state utilizzate con successo per la terapia di sostituzione del sangue (1). La reazione di rigetto al trapianto è molto meno frequente nei pazienti in cui sono trapiantate le cellule che derivano dal cordone ombelicale, cellule che sono facilmente accessibili.

Ad ogni modo, il numero di cellule emopoietiche che possono essere ottenute da questi tessuti è molto limitato. Pertanto, dato che si tratta del sistema di differenziamento cellulare meglio caratterizzato e con rilevanza clinica, le staminali emopoietiche sono state oggetto di intensi studi nella ricerca di base.

Studi della citologia, della biologia molecolare e dello sviluppo hanno aumentato le nostre conoscenze nella comprensione del processo che porta alla formazione, mantenimento, espansione e differenziamento delle cellule staminali emopoietiche (2,3). Per esempio, il differenziamento delle cellule staminali emopoietiche in eritrociti (globuli rossi), granulociti, macrofagi e linfociti (globuli bianchi) è il risultato della stimolazione con i fattori di crescita. Questi fattori di crescita sono stati identificati e sono utilizzati routinariamente in clinica per stimolare l’emopoiesi (la produzione delle cellule del sangue) e per mobilizzare le cellule staminali emopoietiche nel circolo sanguigno.

Comunque, conosciamo molto poco dei fattori che permettono l’automantenimento. L’automantenimnto è il processo attraverso cui le cellule staminali emopoietiche si dividono per produrre due cellule figlie, di cui una si differenzia, per esempio in globulo bianco, mentre l’altra mantiene le potenzialità di cellula staminale. Al momento, non sono noti fattori di crescita, o combinazioni di questi, in grado di promuovere l’espansione delle cellule staminali emopoietiche (cioè, la produzione di due cellule staminali durante la divisione, invece che una staminale e una differenziata).

Dal momento che le cellule staminali emopoietiche risiedono normalmente in particolari sedi all’interno dell’organismo, lo studio delle cellule non emopoietiche che si trovano in queste zone è di grande interesse. Queste sono derivate dalle cellule staminali mesenchimali, che danno luogo agli osteociti (tessuto osseo), agli adipociti (grasso), ai condrociti (cartilagine), al muscolo liscio e alle cellule della vasculatura (vasi sanguigni). Queste cellule dello stroma permettono di fornire i segnali necessari per il mantenimento delle cellule staminali emopoietiche per tutta la lunghezza della vita. Si pensa che ci sia un numero definito di queste nicchie ambientali e che il numero di cellule staminali emopoietiche sia controllato dal numero di queste nicchie e dai fattori prodotti al loro interno.

Le cellule stromali del midollo osseo sono state coltivate ex vivo in laboratorio per studiare l’interazione molecolare tra le cellule staminali emopoietiche e l’ambiente circostante. La conoscenza della programmazione molecolare delle cellule staminali emopoietiche, come anche delle cellule stromali all’interno delle nicchie, è di grande importanza per il miglioramento delle terapie del sangue.

Lo sviluppo dell’ambiente e dei fattori adeguati è attualmente un punto caldo della ricerca del settore ematopoietico (2,3). Si pensa che le cellule staminali emopoietiche si generino solo durante lo sviluppo embrionale e che non siano più prodotte nell’adulto. Il trapianto di cellule a scopo di ricerca in modelli animali ha permesso di identificare la fonte da cui si originano le cellule staminali emopoietiche: i vasi sanguigni in via di sviluppo, come l’aorta dorsale e l’arteria ombelicale. Molti altri tessuti, tra cui il sacco vitellino e la placenta, potrebbero contribuire alla formazione delle cellule staminali emopoietiche presenti nell’adulto.

La formazione delle cellule staminali emopoietiche nell’embrione umano sembra essere molto simile a quella del topo (3). Durante le prime quattro settimane dal concepimento, le cellule staminali emopoietiche si trovano nell’aorta dorsale e più tardi nel sacco vitellino. Sembrano essere potenti quanto quelle del midollo osseo nell’adulto e del cordone ombelicale. La manipolazione molecolare dei programmi genetici ed epigenetici che dirigono la generazione e l’espansione delle cellule staminali emopoietiche nello sviluppo, rappresenta un ulteriore e importante scoperta nella regolazione di queste cellule e potrebbe portare al miglioramento delle terapie di sostituzione del sangue.

- Le cellule staminali emopoietiche producono tutte le cellule del sangue nell’adulto.

- Le cellule staminali emopoietiche sono prodotte in diversi siti nell’embrione e si pensa che contribuiscano alla formazione del sistema circolatorio dell’adulto.

- Le nicchie contenenti le cellule stromali supportano la crescita delle cellule staminali emopoietiche attraverso la produzione di fattori.

- Sono in fase di studio i programmi genetici ed epigenetici delle cellule staminali emopoietiche.

Suggerimenti