Cellule staminali: tipi, applicazioni e dove sono
Le cellule staminali sono un tipo di cellule che si trovano naturalmente in tutti gli esseri viventi pluricellulari e sono caratterizzate dalla proprietà di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula e di dividersi per produrre più cellule staminali.
Le cellule staminali sono importanti sin dalla nascita, poiché, entro pochi giorni dall'associazione, i due gameti iniziano a dividersi e a moltiplicarsi creando cellule staminali specializzate che daranno origine ai diversi organi e tessuti del corpo dell'embrione.
L'importanza delle cellule staminali sta nel loro incredibile potenziale di sviluppare e formare quasi ogni tipo di cellula. Questa abilità può essere usata per riparare e rifornire le cellule danneggiate o distrutte.
Attualmente, viene studiata l'applicazione clinica delle cellule staminali in più malattie come il morbo di Parkinson, l'Alzheimer o alcune condizioni congenite. Inoltre, ci sono già prodotti basati su cellule staminali che hanno iniziato ad essere utilizzate a livello internazionale nella medicina ortopedica.
Le cellule staminali continuano ad esistere negli individui adulti, sebbene in quantità minori e con meno potenziale rispetto allo stadio embrionale. Queste cellule staminali sono presenti in alcune strutture come il midollo osseo, i muscoli e il cervello, e grazie a loro le cellule danneggiate possono essere sostituite e gli organi continuano a funzionare normalmente.
In generale, si può dire che le cellule staminali hanno tre proprietà principali che le differenziano dal resto delle cellule:
- Possono riprodursi per lunghi periodi di tempo.
- Non sono specializzati
- Possono specializzarsi in qualunque tipo di cellula.
Queste proprietà li rendono potenzialmente utili per il trattamento di alcune malattie causate dall'usura o dalla degenerazione di alcune cellule come le malattie neurodegenerative.
Queste incredibili proprietà delle cellule staminali sono state studiate per la prima volta solo 35 anni fa, nel 1981, quando un gruppo di ricercatori ha scoperto che era possibile estrarre cellule staminali da un embrione di topo.
Non è stato fino al 1998 quando gli studi con i topi potevano essere estrapolati agli esseri umani, quando le prime cellule staminali embrionali umane sono state estratte e coltivate in vitro per studiarne il funzionamento e le proprietà. Queste cellule staminali sono chiamate cellule staminali embrionali.
Nel 2006 un'altra pietra miliare si è verificata nella storia dello studio delle cellule staminali, un gruppo di ricercatori ha scoperto come alcune cellule adulte potrebbero essere riprogrammate geneticamente per dare origine a cellule staminali che possono essere specializzate in alcuni tipi di cellule. Questo tipo di cellule staminali è chiamato 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 conoscerli meglio e poterli utilizzare nella creazione di nuove terapie e nello studio dello sviluppo normativo umano.
Tipi di cellule staminali
Le cellule staminali possono essere categorizzate in generale, in base al loro livello di maturazione nelle cellule staminali embrionali, fetali, adulte e nelle cellule staminali pluripotenti indotte.
Inoltre, non tutte le cellule staminali hanno lo stesso potenziale di differenziazione in qualsiasi tipo di cellula. A seconda del tipo di cellule in cui è possibile differenziare le cellule staminali può essere:
- Totipotente (o onnipotente), se possono essere differenziati 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, anche se non è ancora stato possibile sviluppare e creare tutti i tipi di cellule staminali embrionali di cellule.
- Pluripotenti, sono il prossimo passo delle cellule staminali totipotenti e possono essere differenziati in quasi tutti i tipi di cellule. Le colture cellulari embrionali e le cellule staminali indotte sono pluripotenti.
- Multipotente, se possono essere differenziati in un'ampia varietà di celle, ma solo quelli che appartengono a un gruppo di celle correlate. Ad esempio, le cellule multipotenti del cuore possono essere differenziate solo nei tessuti che formano detto organo. Queste cellule possono essere estratte dai feti.
- Oligopotentes, se possono essere differenziati in diversi tipi di cellule, ad esempio, per formare lo stesso tessuto. Le cellule staminali adulte sono oligopotenti.
- Unipotente, se possono differenziarsi in un solo tipo di cellule. Queste cellule staminali differiscono dalle normali cellule adulte in quanto mantengono la loro proprietà riproduttiva per un lungo periodo di tempo (prima di differenziarsi). Questo tipo di cellule staminali può essere trovato, ad esempio, in alcuni muscoli.
Cellule staminali embrionali
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 naturalmente. E, in teoria, sono totipotenti, cioè possono dare origine a qualsiasi tipo di cellule, anche se in laboratorio al momento solo alcuni tipi di cellule possono essere coltivati.
Una volta rimosse le cellule staminali, viene eseguita una coltura in cui le cellule e il materiale nutritivo (terreno di coltura) vengono introdotti in una capsula di laboratorio. Nella coltura le cellule crescono e iniziano a dividersi creando uno strato sottile che si estende su tutta la superficie della piastra.
Le colture di cellule staminali non sono efficaci al 100%, ci sono momenti in cui le cellule non crescono o si dividono. Ma quando il raccolto è stato efficace, vengono presi gruppi di cellule staminali e vengono create nuove popolazioni che continueranno a dividersi e cominciano a differenziarsi. Le cellule staminali possono essere congelate e conservate in qualsiasi momento durante il processo.
Durante la coltura, le cellule staminali possono essere raggruppate e specializzate spontaneamente in qualsiasi tipo di tessuto (muscolare, nervoso ...). Essere in grado di specializzarsi è un segno che le cellule sono conservate in buone condizioni, ma idealmente il processo di specializzazione è controllato dai ricercatori per creare specifiche popolazioni cellulari.
Per controllare la differenziazione delle cellule staminali embrionali, i ricercatori modulano la composizione chimica del mezzo di coltura, il quadrato o le cellule stesse inserendo specifici geni.
Attraverso studi multipli, sono stati creati protocolli che indicano quali parametri devono essere modificati e come farlo per creare colture cellulari specifiche.
Al momento i trapianti di cellule staminali embrionali non vengono eseguiti negli esseri umani perché in alcuni studi con animali è stato osservato che possono portare allo sviluppo di tumori. Anche così, la ricerca continua e sono molto promettenti per i trattamenti futuri.
Cellule staminali fetali
Come suggerisce il nome, le cellule staminali fetali sono ottenute 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, a diversi tessuti simili per formare lo stesso organo.
Cellule staminali adulte
In alcuni tessuti adulti, come la pelle, i muscoli, l'intestino e il midollo osseo, ci sono cellule staminali adulte che possono proliferare e differenziarsi in cellule nello stesso tessuto per sostituire cellule morte o danneggiate, quindi sono oligopetenti. Le cellule staminali adulte possono anche essere trovate nel sangue del cordone ombelicale.
Ad esempio, nel midollo osseo ci sono cellule staminali del sangue che maturano nei globuli rossi maturi (globuli rossi, globuli bianchi o piastrine).
La ricerca con questo tipo di cellule è molto avanzata e trapianti di cellule staminali adulte provenienti dal midollo osseo o dal sangue del cordone ombelicale sono attualmente eseguiti per trattare malattie del sangue come sindromi mielodisplastiche e mieloproliferative.
Il potenziale terapeutico di altre cellule staminali adulte come le cellule mesenchimali, che producono ossa, cartilagine e cellule adipose per il trattamento di malattie come l'artrite, è attualmente oggetto di studio.
Cellule staminali pluripotenti indotte
Cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) sono già cellule adulte specializzate (ad es. Cellule della pelle) che sono state riprogrammate geneticamente in vitro per avere le proprietà delle cellule staminali embrionali.
Per riprogrammare le cellule adulte, vengono estratte dagli adulti e cresciute su una piastra, dove i virus creati in laboratorio vengono inseriti con geni specifici in modo che si integrino con le cellule e modifichino le loro informazioni genetiche.
Sebbene le cellule iPS e le cellule embrionali condividano molte caratteristiche non sono completamente uguali, queste differenze sono attualmente allo 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 trovati negli studi clinici e nel prossimo futuro dovrebbero essere utili per il trapianto.
Attualmente, i trapianti di cellule iPS non vengono eseguiti perché alcuni studi con animali hanno dato luogo a formazioni cancerose, probabilmente a causa della tecnica usata per riprogrammare le cellule.
Trattamenti con cellule staminali
Attualmente, l'uso clinico delle cellule staminali più studiate e utilizzate nella pratica è il trapianto di cellule staminali del sangue (ematopoietiche) dal midollo osseo o dal cordone ombelicale. Sono usati per trattare i problemi del sangue e del sistema immunitario, nonché per rinnovare le cellule danneggiate dopo il trattamento con chemioterapia o radioterapia.
Ogni anno più di 26.000 persone sono trattate in Europa con un trapianto di cellule staminali ematopoietiche ogni anno. Le malattie che possono attualmente essere trattate con un trapianto sono:
- Leucemie e linforme, come ad esempio:
- 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, quali:
- Grave anemia aplastica.
- Anemia di Fanconi
- Emoglobinuria parossistica notturna.
- Aplasia di globuli rossi puri.
- Trombocitopenia congenita / amegacariocitosi.
- Sindrome mieloproliferativa e mielodisplastica.
- Mieloma multiplo
- Malattie ereditarie del sistema immunitario, quali:
- Grave immunodeficienza combinata.
- Sindrome di Wiskott-Aldrich.
- Emoglobinopatie (malattie dei globuli rossi) come:
- Beta talassemia major.
- Anemia falciforme
- Malattie metaboliche ereditarie, quali:
- Malattia di Krabbe
- Sindrome di Hurler.
- Adrenoleucodistrofia.
- Leucodistrofia metacromatica.
- Altre condizioni e cancri.
Un'altra delle applicazioni dei trapianti di cellule staminali sono gli innesti cutanei. Questa applicazione è forse la più vecchia da quando è stata utilizzata prima di capire davvero come funzionavano le cellule staminali.
Gli innesti cutanei vengono solitamente eseguiti solo in casi estremi in cui la persona ha danneggiato ampie aree della pelle, ad esempio da una grave ustione.
Il primo trapianto di pelle è stato eseguito nel 1970 e da allora la tecnica è stata perfezionata, anche se c'è ancora molta strada da fare, dal momento che attualmente la pelle trapiantata non è in grado di sviluppare capelli fulculos o ghiandole sudoripare.
L'ultima applicazione delle cellule staminali approvata in Europa è stata Holoclar, un trattamento per riparare il danno che la cornea può aver subito, sia che si tratti di ferite o ustioni.
La procedura consiste nel rimuovere una piccola porzione di cellule limbali in buone condizioni, responsabile della riparazione della cornea e coltivarle in laboratorio fino a formare un sottile strato corneo che può essere trapiantato nell'occhio del paziente.
Altre possibili applicazioni di cellule staminali sono state studiate in studi clinici. Le principali applicazioni che sono in ricerca sono la rigenerazione di tessuti e organi, il trattamento delle malattie cardiovascolari e il trattamento delle malattie cerebrali.
L'uso di cellule staminali per la rigenerazione di tessuti e organi è forse la loro applicazione più studiata. Se gli organi o i tessuti sono 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.
Anche i risultati ottenuti nella 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 su parti di cellule staminali umane impiantate nei topi e funzionanti correttamente. Attualmente la ricerca è in corso e stanno cercando di applicarla senza rischi per l'uomo.
L'uso di cellule staminali per il trattamento di malattie cerebrali come il morbo di Parkinson o l'Alzheimer viene studiato utilizzando cellule staminali embrionali a causa del loro potenziale di differenziazione. I risultati sembrano promettenti, anche se gli studi sono ancora in una fase molto precoce.
Lo studio delle cellule staminali non è fatto solo per trattare le malattie, ma è anche studiato per conoscere il normale sviluppo di cellule sane e per comprendere meglio alcuni processi come la divisione cellulare e la differenziazione.
