Le cellule staminali sono un argomento sempre attuale: spesso sono citate dai mass media come frontiera dalle biotecnologie, tuttavia non è sempre chiaro che tipo di cellule siano, quale sia la loro provenienza e soprattutto perché siano così studiate. Diventano quindi un argomento interessante per gli studenti, attraverso il quale è possibile toccare diversi temi in una sola lezione: con il ripasso della biologia cellulare si aprono occasioni per parlare di ingegneria genetica e introdurre temi di bioetica. L’importante è aprire il sipario con delicatezza e semplicità.
Come sempre, prima di addentrarci, elenchiamo le possibili interconnessioni:
- biologia cellulare
- sviluppo embrionale
- differenziamento cellulare
- biotecnologie
- ingegneria genetica
- colture cellulari
- innovazioni in ambito medico e farmacologico
Definiamo le cellule staminali
Le staminali sono cellule non specializzate, capaci di autoreplicarsi e di generare cellule differenziate sia durante lo sviluppo embrionale, sia nell’individuo adulto. Sono necessarie per mantenere l’omeostasi cellulare durante la crescita e lo sviluppo dell’organismo e per assicurare la rigenerazione dei tessuti adulti.
Staminali nel dettaglio
Dire cellula staminale però non basta per poterla identificare correttamente; la prima distinzione fondamentale suddivide le cellule staminali in due categorie:
- le embrionali, che hanno la capacità di moltiplicarsi indefinitamente e di dare origine a tutti i tipi cellulari, più conosciute come pluripotenti e multipotenti, se sono in grado rispettivamente di formare tutte le cellule di un organismo o differenziarsi in tessuti e organi adulti secondo destini ben precisi;
- le staminali adulte o somatiche, che sono presenti in un organismo già adulto in alcuni specifici tessuti e possono dare origine solo a specifiche linee cellulari, poichè già parzialmente differenziate.
Dalle staminali alla medicina rigenerativa
Ormai sempre più spesso si sente parlare di terapia cellulare, ossia un tipo di approccio farmacologico basato non tanto su una singola molecola, ma ci si riferisce a tutta una serie di tecniche basate sull’impiego di cellule staminali che favoriscono la sostituzione di tessuti o organi gravemente danneggiati. La terapia cellulare è una tecnica biotecnologica, sviluppata negli ultimi anni, su cui si fonda una nuova branca della medicina: la medicina rigenerativa, che ha l’obiettivo di rigenerare cellule e tessuti compromessi. Dal punto di vista medico – farmacologico, le cellule staminali possono funzionare in due modi:
- colonizzare fisicamente il tessuto danneggiato con il successivo differenziamento nel tipo cellulare specializzato per sostenere la struttura e funzionalità del tessuto,
- rilasciare molecole che innescano meccanismi molecolari e cellulari che si traducono in un vero e proprio effetto farmacologico sul tessuto danneggiato.
Ad oggi il numero di farmaci e terapie che si fondano su questo principio è ancora piuttosto esiguo per una serie di difficoltà. Alcune dipendono dalla natura stessa delle cellule staminali: sono cellule progenitrici piuttosto rare nell’organismo e difficili da isolare; inoltre non è semplice neanche “indirizzare” le staminali verso la tipologia di differenziamento cellulare desiderato. Sono ancora poche le terapie cellulari e tessutali approvate, ma si stanno facendo enormi progressi in diversi campi tra cui: la rigenerazione di tessuti come quello cardiaco e renale, che potrebbero portare alla risoluzioni di gravi e diffuse patologie come infarti e insufficienza renale. Gli sforzi procedono anche in direzione della rigenerazione della pelle per la cura delle ustioni oppure della cartilagine articolare per sanare la degenerazione artrosica. Non dimentichiamo che la prima vera e propria terapia cellulare in ambito medico è stata il trapianto di midollo osseo per la cura dei tumori del sangue.
Le nuove applicazioni in campo medico delle cellule staminali: le cellule iPS
Dal 2006 è stata messa appunto una tecnica fortemente innovativa che induce la regressione di cellule somatiche a cellule staminali non differenziate: le “cellule staminali pluripotenti indotte” (iPSC). Sono cellule ottenute per riprogrammazione genetica che permette loro di generare uno dei 200 tipologie cellulari presenti nell’organismo umano. Le IPs sono staminali che non esistono in natura, vengono ingegnerizzate in laboratorio per inserimento di 4 geni detti, “Yamanaka factors”, dal nome dello scopritore Shinya Yamanaka, premio Nobel per la fisiologia e la medicina nel 2012. A differenza delle cellule staminali embrionali che sono prodotte da un individuo donatore, le iPS derivano dallo stesso individuo che è affetto da una precisa patologia; in teoria, anche se questo aspetto non è stato ancora confermato, dovrebbero essere tollerate dall’organismo senza scatenare la risposta immunitaria e risolverebbero inoltre problemi etici relativamente allo studio e all’applicazioni farmacologiche di cellule staminali embrionali.
Le potenzialità di questa tecnica sono enormi a livello di applicazioni farmacologiche e terapeutiche, perché risolvono il problema del difficile isolamento e mantenimento in coltura delle staminali somatiche, presenti in piccole quantità solo in alcuni tessuti. In un futuro, per il momento ancora lontano, le IPCS potranno essere applicate con sicurezza nella terapia clinica dei pazienti; la ricerca infatti richiede ancora anni di studio per comprendere a fondo il comportamento delle iPS a livello dei singoli tessuti.
ATTIVITA’
- Il tema del ringiovanimento delle cellule può essere affrontato secondo molti aspetti; abbiamo appena considerato la possibile riprogrammazione secondo Yamanaka. Illustra per quale motivo vengono inseriti nell’immagine qui sopra anche i termini epigenetica, metilazione e istoni.
- A quale stadio dello sviluppo embrionale le cellule staminali si definiscono totipotenti?
- Visita questo sito Organoidi: mini-organi a cavallo tra in-vitro, in-vivo e l’uomo (microbiologiaitalia.it) e descrivi il rapporto tra cellule staminali e organoidi
