Le cellule staminali sono cellule primitive non specializzate dotate della singolare capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo. Molti ricercatori sostengono che le cellule staminali potranno potenzialmente rivoluzionare la medicina, permettendo ai medici di riparare specifici tessuti o di riprodurre organi.

Indice [nascondi] 1 Caratteristiche distintive 2 Ciclo vitale 3 Tipi 3.1 Cellule staminali da liquido amniotico 3.2 Cellule staminali ottenute da sangue del cordone ombelicale 3.3 Cellule staminali adulte 4 Eventi chiave della ricerca staminali 5 Banche di crioconservazione 5.1 Banche di conservazione delle cellule staminali da cordone ombelicale 5.2 Banche di cellule da liquido amniotico 6 Note 7 Voci correlate 8 Altri progetti 9 Collegamenti esterni

Caratteristiche distintive

Per poter essere definita come staminale una cellula deve soddisfare le seguenti proprietà:

• Autorinnovamento: capacità di compiere un numero illimitato di cicli replicativi mantenendo il medesimo stadio differenziativo
• Potenza: capacità di dare origine a una o più specie cellulari

Ciclo vitale

Sebbene le cellule staminali siano dotate di un potenziale replicativo illimitato, sono normalmente quiescenti (fase G₀ del ciclo cellulare) e solo di rado entrano in mitosi (fa eccezione lo sviluppo embrionale). Infatti la parte più consistente del "lavoro replicativo" che porta all'incremento numerico della progenie delle cellule staminali in funzione dell'accrescimento o della riparazione dei tessuti, viene svolto da cellule non staminali definite progenitori o transit amplifying cells (TAC), derivate direttamente dalle cellule staminali, ma parzialmente differenziate e prive della capacità di autorinnovamento. Questa strategia replicativa, che limita il numero di eventi replicativi a cui una cellula staminale va incontro, si fonda probabilmente su due importanti principi tra loro collegati:

• Stretto controllo del numero di cellule staminali: ogni cellula staminale occupa una propria nicchia biologica definita da un complesso network di segnali biochimici, che probabilmente forniscono anche alla cellula staminale le informazioni necessarie sul momento opportuno per replicarsi.
• Conservazione dell'integrità del genoma delle cellule staminali: un basso numero di replicazioni riduce il rischio di danni al DNA, cioè di mutazioni. Le mutazioni a carico delle cellule staminali sono estremamente nocive e pericolose, poiché:
  • vengono trasmesse a tutte le generazioni di cellule figlie derivate da quella cellula staminale. Al contrario una mutazione in una TAC si ripercuote solo su di una singola generazione di cellule, che eventualmente dopo un certo tempo verrà comunque sostituita.
  • possono indurre la cellula staminale a degenerare in senso neoplastico, diventando una cellula staminale tumorale^[1], cioè una tipologia di cellula probabilmente responsabile del continuo rifornimento di nuove cellule che caratterizza lo sviluppo e soprattutto le recidive dei tumori.

Tipi

In base alle potenzialità si possono distinguere quattro tipi di cellule staminali:

• Una singola cellula staminale totipotente può svilupparsi in un intero organismo e persino in tessuti extra-embrionali. I blastomeri posseggono questa proprietà.
• Le cellule staminali pluripotenti, possono specializzarsi in tutti i tipi di cellule che troviamo in un individuo adulto ma non in cellule che compongono i tessuti extra-embrionali.
• Le cellule staminali multipotenti sono in grado di specializzarsi unicamente in alcuni tipi di cellule.
• Le cellule staminali unipotenti possono generare solamente un tipo di cellula specializzata.

Le cellule staminali sono anche classificate secondo la sorgente di derivazione, come embrionali, fetali, amniotiche e adulte.

• Le cellule staminali adulte sono cellule non specializzate reperibili tra cellule specializzate di un tessuto specifico e sono prevalentemente multipotenti. Queste sono tuttora già utilizzate in cure per oltre cento malattie e patologie. Sono dette più propriamente somatiche (dal Greco σῶμα; sôma = corpo), perché non provengono necessariamente da adulti ma anche da bambini o dai cordoni ombelicali (sia dal sangue del cordone che dal tessuto del cordone stesso)
• Le cellule staminali embrionali sono ottenute a mezzo di coltura, ricavate dalle cellule interne di una blastocisti. La ricerca sulle cellule staminali embrionali è ancora ai primi stadi: fare ricerca con cellule umane di questo tipo è una questione controversa: l'utilizzo di cellule staminali embrionali ha sollevato un grosso dibattito di carattere etico. Difatti per poter ottenere una linea cellulare (o stirpe, o discendenza) di queste cellule si rende necessaria la distruzione di una blastocisti, un embrione non ancora cresciuto sopra le 150 cellule; tale embrione è ritenuto da alcuni un primitivo, od almeno potenziale, essere umano, la cui distruzione equivarrebbe all'uccisione di un essere umano già concepito. Il dibattito vede dunque contrapposti coloro che preferiscono adottare, proprio per la mancanza di certezze sul momento in cui possa individuarsi la nascita dell'"essere umano", una posizione prudente e contraria all'utilizzo degli embrioni umani per fini di ricerca, e coloro che condividono e sostengono la necessità di ricerca sulle cellule embrionali umane pur essa implicando la distruzione dell'embrione fermo restando che sarebbero utilizzati solo embrioni congelati che sarebbero poi distrutti per la perdita della loro efficacia. Questi embrioni sono le "rimanenze" di inseminazioni artificiali e circa il loro utilizzo in campo di ricerca la loro potenzialità potrebbe essere sfruttata per una ipotetica terapia di un maggior numero di patologie. Tutto ciò è già possibile negli U.S.A., grazie a finanziamenti soprattutto privati.

• Le cellule staminali amniotiche si trovano nel liquido amniotico che circonda il feto durante la gestazione. Le cellule staminali amniotiche hanno caratteristiche biologiche molto simili alle staminali embrionali, ma non hanno le controindicazioni di tipo etico legate alla distruzione dell'embrione. La ricerca su queste cellule è molto recente, ma sono molte le patologie per le quali è prevista l'applicazione sull'uomo: dalle malattie della retina, al diabete, alle malattie neurodegenerative, alla chirurgia ricostruttiva, alle malattie rare... ^{[2] [3] [4]}. Esistono, sia in Italia che all'estero, centri pubblici e banche private che conservano le cellule staminali amniotiche in vista di un utilizzo autologo ^[5].

• Le cellule staminali fetali con caratteristiche multipotenti, sono presenti nell'utero, nel corso dello sviluppo fetale, e vengono ottenute da feti abortiti spontaneamente o da interruzioni di gravidanza.

Cellule staminali da liquido amniotico

Le cellule staminali amniotiche possono essere ottenute dal campione residuo prelevato per l'effettuazione dell'esame di diagnosi prenatale facoltativa denominato "amniocentesi". Dal residuo del liquido non utilizzato per l'esame diagnostico si ricavano cellule staminali multipotenti e di grande vitalità, in grado di moltiplicarsi centinaia di volte e capaci di differenziarsi in vari tessuti adulti.

Rispetto alle embrionali, le staminali amniotiche non hanno suscitato problemi etici e - elemento fondamentale dal punto di vista medico - possono essere utilizzate ad uso autologo, cioè direttamente sull'individuo stesso. Questo fatto - che non è attuabile con quelle embrionali, poiché l'embrione da cui originano è stato distrutto - permette una assoluta compatibilità con il "proprietario", senza alcun problema di rigetto.

Il rigetto si può evitare anche con le cellule staminali adulte, ma queste ultime sono più "anziane", con minori capacità differenziative e meno dinamiche rispetto a quelle embrionali, fetali o amniotiche.

Numerosi istituzioni universitarie e centri di ricerca nel mondo sono impegnati a studiare le cellule amniotiche, la cui scoperta è molto recente e le cui potenzialità sono tuttora oggetto di continue scoperte. Ad oggi si ipotizza che queste cellule possano differenziarsi in molti tessuti come quelli cartilaginei, ossei, adiposi, neurali. Esiste una recente pubblicazione di un gruppo franco-italiano ha permesso di differenziare le staminali amniotiche in staminali emopoietiche. ^[6]

Società private propongono la conservazione a pagamento delle cellule staminali che potrebbero essere utilizzate per il proprietario stesso o per i parenti più stretti (in alcuni casi).

In sintesi, è possibile affermare che le cellule staminali presenti nel liquido amniotico siano in grado di differenziarsi in molti tipi di cellule adulte, conservando caratteristiche di "gioventù" uniche nel percorso biologico dell'individuo.

Riguardo al dibattito etico, l'uso delle cellule amniotiche non presenta controindicazioni e i principali quotidiani cattolici, da "L'Avvenire" all'autorevole "Osservatore Romano", quotidiano ufficiale della Chiesa Cattolica, si sono espressi favorevolmente ^[7].

Cellule staminali ottenute da sangue del cordone ombelicale

Il sangue residuo della placenta e del cordone ombelicale costituisce una fonte di cellule staminali emopoietiche adulte. Dal 1988 queste cellule staminali da cordone ombelicale sono impiegate per curare il morbo di Gunther, la sindrome di Hurler, la leucemia linfocitica acuta e molte altre patologie che interessano in particolare i bambini. Il sangue è raccolto dal cordone ombelicale - sia in caso di parto spontaneo che di taglio cesareo - facendo un prelievo (in circuito chiuso sterile) dalla vena ombelicale. Una volta raccolto, ne viene calcolato il volume e la quantità di globuli bianchi, che non devono essere inferiori, rispettivamente, a 60 ml e 800 milioni (la quantità dei bianchi minimi alla raccolta è spesso diversa da banca a banca, è però comunemente accettato il fatto che ad unità congelata non debbano essere inferiori a 800 milioni).

Questo sangue non viene analizzato direttamente per agenti infettivi, in quanto gli esami sierologici vengono effettuati sulla partoriente, al parto e a sei mesi dalla donazione. Viene eseguita però la caratterizzazione HLA per determinare se il ricevente sia compatibile o meno con il tessuto ricevuto. I risultati della tipizzazione HLA vengono pubblicati su dei database mondiali - per es. BMDW - accessibili da centri trapianto autorizzati per poter "avviare" una ricerca di tessuto compatibile con il proprio paziente. Il sangue da cordone subisce trattamenti ed è deprivato dei globuli rossi prima di essere conservato in azoto criogenico a una temperatura compresa tra -130 e -196° centigradi per un futuro utilizzo. Al momento del trapianto, il sangue viene scongelato, vengono filtrate le sostanze criopreservanti e somministrato al paziente per endovena o nella cresta iliaca.

Questo genere di terapia, in cui le cellule staminali sono ottenute da un donatore estraneo, è detta allogenica o eterologa. Quando le cellule sono ricavate dallo stesso paziente sul quale saranno utilizzate la conservazione è detta autologa e quando provengono da individui identici, è chiamata singenica. Il trasferimento xenogenico, quindi tra animali appartenenti a diverse specie, è molto poco sviluppato e si ritiene abbia scarse possibilità.

In Italia la conservazione per uso "personale", o più precisamente per uso intrafamiliare, è consentita solo nel caso in cui, al momento del parto, siano presenti nel neonato, nella fratria o nei genitori del neonato stesso, delle patologie che abbiano l'indicazione al trapianto con cellule staminali da sangue placentare. In questo caso si parla di conservazione dedicata (o più propriamente, di uso autologo e uso allogenico correlato) ed è sufficiente presentare un certificato medico degli specialisti che seguono la persona malata.

Per le conservazioni dedicate i criteri di selezione e di esclusione dell'unità dalla raccolta e dal congelamento sono meno rigidi rispetto alle comuni conservazioni.

In caso diverso è comunque consentito, previa autorizzazione delle autorità competenti (vedi Decreto ministeriale del 18 novembre 2009 pubblicato sulla G.U. del 31 dicembre 2009), raccogliere il sangue placentare e spedirlo all'estero a pagamento per la criopreservazione presso laboratori privati, pratica vietata in Italia.

Cellule staminali adulte

Cellule staminali sono presenti anche nell'individuo adulto.

Le cellule staminali adulte sono cellule non specializzate che si riproducono giornalmente per fornire alcune specifiche cellule: ad esempio 200 miliardi di globuli rossi sono generati ogni giorno nel corpo da cellule staminali emopoietiche. Fino a poco tempo fa si pensava che ognuna di queste cellule potesse produrre unicamente un tipo particolare di cellula: questo processo è chiamato differenziazione (vedi morfogenesi). Tuttavia negli ultimi anni si sono avute prove che le cellule staminali possono acquisire molte forme differenti: è noto che cellule staminali nello stroma del midollo osseo possono trasformarsi in cellule epatiche, neurali, muscolari, renali e follicolari. Caratteristiche molto simili o identiche si ritrovano anche nelle cellule staminali contenute nel tessuto adiposo, presenti in abbondanza e facilmente prelevabili con una semplice lipoaspirazione. il lipoaspirato può essere processato anche immediatamente e rappresenta oggi la fonte più promettente di cellule staminali adulte mesenchimali

Le cellule staminali adulte potrebbero anche essere più versatili. Ricercatori alla New York University School of Medicine hanno estratto cellule staminali dal midollo osseo di topi che loro dicono essere pluripotenti. Trasformare un tipo di cellula staminale in un altro si chiama transdifferenziazione.

Utili fonti di cellule staminali adulte sono in realtà localizzabili in tutti gli organi del corpo. Ricercatori alla McGill University di Montréal hanno ricavato cellule staminali dalla pelle capaci di specializzarsi in molti tipi di tessuto, compresi neuroni, cellule muscolari lisce e cellule adipose. Esse sono state trovate nel derma, lo strato più profondo della pelle: queste cellule staminali giocano un ruolo centrale nella rimarginazione di piccoli tagli. Si ritiene che anche i vasi sanguigni, la polpa dentaria, l'epitelio digestivo, la retina, il fegato ed anche il cervello contengano cellule staminali, utili per la rigenerazione dello stesso sistema nervoso centrale, cervello e midollo spinale. In Italia, attraverso il Registro Nazionale dei donatori di Midollo Osseo, "IBMDR", è possibile rintracciare un donatore volontario di cellule staminali adulte, per la cura varie malattie, tra cui la leucemia.

Eventi chiave della ricerca staminali

• 1909 - Alexander A. Maximow The lymphocyte as a stem cell, common to different blood elements in embryonic development and during the post-fetal life of mammals. Lecture with a demonstration, held at a special meeting of the Berlin Hematological Society on 1 June 1909 (Tradotto dal tedesco). Folia Haematologica 8.1909, 125-134 (L'originale in tedesco)
• 1960 - Joseph Altman e Gopal Das presentano prove di neurogenesi adulta e di attività da parte di cellule staminali nel cervello: quanto affermano contraddice il dogma di Cajal che escludeva la possibilità di formazione di nuovi neuroni
• 1963 - McCulloch e Till illustrano la presenza di cellule staminali autorinnovanti nel midollo osseo di topo
• 1968 - trapianto di midollo osseo tra due fratelli tratta con successo la SCID
• 1978 - vengono scoperte cellule staminali ematopoietiche nel cordone ombelicale umano
• 1981 - vengono derivate cellule embrionali staminali di topo dalla massa cellulare interna
• 1992 - cellule staminali neurali sono coltivate in vitro sotto forma di neurosfere
• 1992 Claudio Bordignon completa la prima procedura medica al mondo mirante alla terapia genica delle malattie ereditarie, usando cellule staminali come vettori per il materiale genetico.
• 1995 - Bill Clinton firma una legge che rende illegali fondi federali per la ricerca su cellule staminali ottenute con la distruzione dell'embrione
• 1997 - si dimostra che la leucemia origina da cellule staminali ematopoietiche: è la prima prova diretta dell'esistenza di un nesso tra cellule staminali e cancro
• 1998 - James Thomson e i suoi collaboratori derivano la prima linea di cellule staminali embrionali presso l'Università del Wisconsin-Madison.
• 2000 - vengono pubblicati numerosi studi sulla plasticità delle cellule staminali adulte
• 2003 - Songtao Shi dell'NIH scopre una nuova fonte di cellule staminali adulte nei denti da latte dei bambini
• 2004-2005 - Hwang Woo-Suk asserisce di avere creato numerose linee di cellule staminali embrionali umane da ovociti umani non fertilizzati. Si scopre che non era vero
• 19 luglio 2006 - George W. Bush firma il veto della legge che avrebbe permesso l'uso di fondi federali per la ricerca su cellule staminali ottenute dalla distruzione dell'embrione
• 7 gennaio 2007 - Un pool di scienziati, comprendenti l'italiano Paolo De Coppi, annuncia di aver scoperto cellule staminali nel liquido amniotico
• 8 aprile 2008 - i fibroblasti si trasformano in cellule staminali pluripotenti, in grado di curare nei topi di laboratorio il morbo di Parkinson. Il risultato, appena pubblicato sulla rivista scientifica Pnas (Proceedings of the national academy of sciences).
• Ottobre 2008 - Nasce in Lombardia la prima banca al mondo per la conservazione delle cellule staminali del liquido amniotico
• 9 marzo 2009 - Il presidente americano Barack Obama ha rimosso, con un ordine esecutivo, i limiti al finanziamento pubblico alla ricerca sulle cellule staminali embrionali
• 8 marzo 2010 - Il gruppo di ospedali americano Caritas Christy (il più grande del New England) sigla con Biocell Center un'intesa per la conservazione delle cellule staminali amniotiche prelevate nei propri centri

Banche di crioconservazione

Le "banche di conservazione delle cellule staminali" sono strutture con elevati standard di sicurezza, in cui le unità di cellule prelevate vengono stoccate in capienti contenitori di azoto criogenico fino al momento del loro eventuale utilizzo. Le cellule staminali possono essere conservate immerse in celle di azoto liquido o di vapori di azoto a -170 / -190 °C. La legislazione che regolamenta le Banche di cellule staminali varia da Paese a Paese, e si differenzia a seconda della fonte di prelievo delle cellule (amniocentesi, cordone ombelicale, sangue, denti....) e dell'uso previsto (autologo o eterologo): in Italia la legislazione vieta solo la conservazione delle cellule cordonali ad uso autologo presso banche private, pur consentendone la conservazione presso strutture estere. La conservazione autologa ha il vantaggio della totale assenza di fenomeni di rigetto in caso di autotrapianti di organi e tessuti, mentre lo svantaggio di tale pratica è rappresentato dal fatto che, in caso di leucemia, ad esempio, nel campione conservato siano presenti cellule tumorali leucemiche, così come nell'organismo malato del paziente: questo è il motivo per cui, principalmente, gli interventi effettuati nella pratica chirurgica sono a base di cellule staminali cordonali eterologhe, ottenute quindi da un donatore presumibilmente sano. La cellule vengono conservate perché si prevede che in futuro saranno un elemento di cura contro linfomi, leucemie e tumori, utile nella terapia genica e tissutale, nel trattamento di patologie ereditarie, ma per il momento, vengono utilizzate fondamentalmente in alternativa al trapianto di midollo osseo.^[8]

Nel nostro Paese infatti sono attive banche pubbliche di cellule cordonali e banche di cellule staminali di varia natura, tra cui le amniotiche.

Banche di conservazione delle cellule staminali da cordone ombelicale

In alcuni ospedali, è però possibile effettuare la donazione delle cellule staminali cordonali, le quali vengono conservate presso banche situate in strutture pubbliche (la più grande è la Milano Cord Blood Bank presso l'Ospedale Maggiore, ne esistono altre presso gli ospedali di Pavia, Verona, Padova, Torino, Bologna, Genova, Treviso, Firenze, Pisa, Pescara, Roma, Napoli, San Giovanni Rotondo, Reggio Calabria, Sciacca). Molti altri ospedali pubblici italiani, dove non esiste una struttura interna deputata alla conservazione dei campioni, fungono da centri di raccolta del sangue cordonale, che viene poi distribuito alle banche pubbliche.^[9]

In Italia esistono solo banche cordonali pubbliche: infatti il decreto ministeriale del 18 novembre 2009 recita che "è vietata l'istituzione di banche per la conservazione di sangue dal cordone ombelicale presso strutture sanitarie private o presso società private";^[10] Le banche pubbliche sono state istituite per conservare il sangue cordonale dei neonati per cui esiste un'elevata familiarità per alcune gravi patologie genetiche- si parla in questo caso di "conservazione autologa dedicata" - o per conservare il sangue cordonale che alcuni genitori decidono di donare affinché, in caso di compatibilità, possa essere trapiantato ad un bambino malato - si parla di "conservazione eterologa".

Nelle banche private, situate necessariamente in territorio estero, l'unità di sangue prelevata dal cordone ombelicale di un bambino viene invece conservata a suo nome - si parla di "conservazione autologa" - e diventa a tutti gli effetti una sua proprietà; il sangue rimane così congelato fino al momento in cui dovesse servire allo stesso bambino (trapianto autologo) o eventualmente a un suo familiare compatibile.

Banche di cellule da liquido amniotico

Si tratta di una tematica molto attuale, che vede soggetti privati e pubblici attivi anche sul territorio italiano, dove attualmente non esiste una legislazione sul tema, dal momento che le cellule amniotiche non sollevano dilemmi etici tra donazione e conservazione per il bambino.

Vista l'alta capacità moltiplicativa, le staminali da liquido amniotico si possono conservare per se stessi autorizzando al contempo la possibilità di utilizzo per altri soggetti compatibili.

Le cellule amniotiche non rientrano concettualmente nella linea legislativa del sangue e dei suoi derivati, pertanto la loro conservazione è consentita in tutto il mondo.

Le cellule vengono estratte da un campione prelevato durante l'amniocentesi, pratica a pagamento per le donne under 35, che implica un rischio generalizzato di aborto pari all'1% dei casi, successivamente amplificate ed espanse in laboratorio.

La speranza è che le numerose ricerche in corso aprano la possibilità di utilizzo delle cellule amniotiche nel trattamento e nella cura di numerose patologie, dalle malformazioni fetali a malattie degenerative e a disordini di tipo genetico, anche se lo stadio attuale della ricerca è ancora molto precoce.

Note

1. ^ Reya T, Morrison SJ, Clarke MF, Weissman IL, Stem cells, cancer, and cancer stem cells, Nature. 2001 Nov 1;414(6859):105-11
2. ^ «Feti curabili in utero». 04-02-2010. URL consultato il 05-02-2010.
3. ^ «Malattie rare». 04-02-2010. URL consultato il 05-02-2010.
4. ^ «Retinite pigmentosa». 04-02-2010. URL consultato il 05-02-2010.
5. ^ «Policlinico Tor Vergata". 04-02-2010. URL consultato il 05-02-2010.
6. ^ A. Ditadi, M. Cavazzana-Calvo et altri (2009). Human and murine amniotic fluid c-Kit+Lin- cells display hematopoietic activity. Blood 113 (17): 3853-3960. DOI:10.1192/blood-2008-10-102105.
7. ^ «Alla ricerca delle staminali buone». 04-02-2010. URL consultato il 05-02-2010.
8. ^ «Donazione cordone ombelicale». ADISCO.
9. ^ «Finanziamento ministeriale di 15 milioni di euro alle banche pubbliche del cordone». ADISCO, 18 03 2009.
10. ^ «Articolo Decreto 18 novembre 2009». AIDO, 18 11 2009.

11. Tremolada Carlo, Giancarlo Palmieri, Camillo Ricordi. Adipose transplantation and stem cells: Plastic surgery meets regenerative medicine. Cell Transplantation 2010 May 4. [Epub ahead of print]

Voci correlate

• Cellula staminale tumorale
• Biologia
• Placenta
• Cellula staminale amniotica
• Zigote

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene file multimediali su Cellula staminale
• Articolo su Wikinotizie: Le cellule staminali si trovano anche nel liquido amniotico 7 gennaio 2007

Collegamenti esterni

• Notizie sulle Cellule Staminali
• (EN) Nature Reports Stem Cells: Introductory material, research advances and debates concerning stem cell research.
• (EN) Scientific American Magazine (June 2004 Issue) The Stem Cell Challenge
• (EN) Scientific American Magazine (July 2006 Issue) Stem Cells: The Real Culprits in Cancer?
• (EN) Isolation of amniotic stem cell lines with potential for therapy