USO DELLE CELLULE STAMINALI MESENCHIMALI ADULTE IN MEDICINA RIGENERATIVA DA SOLE OD IN ASSOCIAZIONE AI FATTORI DI CRESCITA: LE CERTEZZE E LE PROSPETTIVE Fabiano Svolacchia , M.D. Anzio ( RM ) L’utilizzo delle cellule staminali mesenchimali adulte rappresenta oggi uno dei settori della medicina di maggior interesse in medicina rigenerativa . Definiamo rigenerativa quella branca della medicina che ha come scopo quello di sostituire con cellule dello stesso tipo del tessuto danneggiato o modificato dal processo dell’ invecchiamento. L’obiettivo è quello di ripristinare la funzionalità di questi organi/tessuti . La Medicina rigenerativa identifica dunque l’insieme delle terapie che, nel perseguire l’obiettivo della rigenerazione, utilizzano o comunque sfruttano le potenzialità delle cellule staminali , sia stimolate localmente alla duplicazione e differenziazione , sia trasferite dopo opportuna selezione ed estrazione . Parliamo di terapie in cui le cellule stesse entrano a far parte integrante della evoluzione migliorativa e rigenerativa dei tessuti : le terapie cellulari. Le staminali hanno dimostrato una grande capacità di rigenerazione dei tessuti, di rimodulazione del sistema immunitario e posseggono, inoltre, una serie di altre qualità da cui l'organismo può trarre beneficio . Le recenti ricerche condotte sulle cellule staminali adulte hanno permesso di definire che queste cellule sono multipotenti, ossia possono replicarsi e se stimolate opportunamente, differenziarsi in specifiche e diverse popolazioni cellulari (ossee, cartilaginee, tendinee, muscolari etc) . Sono capaci di auto-replicarsi e di proliferare illimitatamente . Ma non è esatto parlare di cellule staminali e delle capacità rigenerative proprie di queste come se fosse una cosa unica . Prima nell'embrione e successivamente all'interno del nostro organismo adulto , molti tipi di cellule staminali svolgono funzioni continue di formazione e rigenerazione dei tessuti. Le cellule staminali mesenchimali adulte costituiscono un tipo di cellule che possono essere utilizzate in medicina rigenerativa . Queste cellule sono reperibili in molti tessuti del nostro organismo ed hanno la capacità una volta aumentate di numero e differenziate ( indirizzate ad uno specifico tessuto) di rigenerarlo in parte o interamente . Questo può accadere anche a distanza dal tessuto bersaglio. Le cellule mesenchimali adulte sono caratterizzate da una morfologia simile a quella dei fibroblasti e sono cellule multipotenti , in grado replicarsi . Queste caratteristiche hanno causato un crescente interesse verso quelle prospettive terapeutiche basate sulla capacità rigenerativa e riparativa di organi e tessuti, che le cellule staminali offrono . Alcuni studi hanno dimostrato che le MSC sono dotate di potere rigenerativo e che possono essere ottenute da diversi tessuti, come midollo osseo, sangue periferico, cordone ombelicale, tessuto adiposo e derma .Il midollo osseo contiene cellule staminali mesenchimali o stromali (MSC) e cellule staminali ematopoietiche (HSC ). Le MSC sono presenti nel midollo in quantità minore rispetto alle HSC e sono responsabili della genesi di tutte le cellule non emopoietiche che risiedono nel midollo osseo. Per molti anni il midollo osseo è stato considerato la principale fonte di cellule staminali mesenchimali in grado di rispondere a stimoli provenienti da lontano ed essere richiamate da tessuti danneggiati. Tuttavia, a causa dell’invasività delle procedure di prelievo e della progressiva riduzione con l’età del numero di cellule isolate e del loro potenziale differenziativo, i ricercatori si sono indirizzati verso la ricerca di nuove fonti di MSC. Recentemente è stato dimostrato che il sangue venoso periferico può essere considerato una fonte alternativa di cellule staminali mesenchimali . Grazie alle loro particolari caratteristiche le MSC possono essere considerate da utilizzare in medicina rigenerativa , in terapia cellulare ed in ingegneria dei tessuti da sole o in associazione con biomateriali che funzionino da impalcatura . L’elevato potenziale proliferativo in vitro, il trofismo, la capacità antinfiammatoria, la possibilità di disporre di cellule off-the-self ed in modo particolare la possibilità di differenziare e trans differenziare verso cellule specializzate, se impiantate nel giusto contesto e microambiente, fanno si che le MSC possano essere uno strumento per la rigenerazione e la riparazione di tessuti . Infatti la cellula staminale è una cellula capace di autorigenerarsi infinite volte , spesso per dare vita all’organismo a cui appartiene. Nelle opportune condizioni , in seguito a stimoli specifici queste cellule possono generare diversi citotipi differenziati nei tessuti che le ospitano. Le proprietà delle cellule staminali si possono riassumere in statiche e dinamiche . Le proprietà statiche sono : l’essere indifferenziate , avere capacità proliferativa , avere la possibilità di automantenimento , avere la possibilità di generare progenitrici differenziate. Dinamiche perché possono proliferare ed automantenersi e perché hanno flessibilità nella differenziazione Esistono quattro tipi di cellule staminali: embrionali, fetali, degli annessi embrionali ed adulte. Le cellule staminali embrionali sono cellule indifferenziate. Le cellule staminali fetali si trovano negli stadi tardivi dell'embrione e nel feto e sono le cellule che in utero provvedono all'accrescimento dei tessuti. Altre cellule con caratteristiche che vanno dalla multipotenza all'unipotenza si possono trovare negli annessi embrionali (cordone ombelicale, placenta, sacco amniotico). Le cellule staminali embrionali sono totipotenti, ossia possono differenziarsi in tutti i tessuti , fino allo stadio di morula a 8 blastomeri, dopodiché diventano pluripotenti, che sono in grado di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre foglietti embrionali ma non negli annessi embrionali. Sono pluripotenti le cellule della massa interna della blastocisti rivestita dal trofoblasto. Le cellule staminali multipotenti sono in grado di differenziare in un numero di tipi cellulari limitato al tessuto in cui risiedono; appartengono a questa classe le cellule ematopoietiche (HSC) e le cellule mesenchimali (MSC). Con "cellule staminali adulte" vengono indicate le cellule staminali derivate dai tessuti di organismi adulti, per distinguerle da quelle di origine embrionale. Le cellule staminali adulte sono cellule non differenziate in grado sia di autoreplicarsi , cioè dividersi in modo simmetrico dando origine a due cellule uguali alla cellula di partenza , sia sotto l'influenza di particolari stimoli, di differenziare , dando origine a cellule specializzate proprie del tessuto in cui sono localizzate o nel nostro caso , trasferite . Normalmente il differenziamento non avviene direttamente, ma attraverso la generazione di cellule con caratteristiche intermedie ed orientamento già ben definito che vengono chiamate progenitori/precursori o trans amplifying cells. Questo processo avviene per divisione asimmetrica o per divisione simmetrica seguita da un dedifferenziamento della cellula progenitrice in staminale: questo garantisce la presenza continua di un pool di staminali nella nicchia di appartenenza. Il ruolo principale delle cellule staminali è quello di garantire il fisiologico ricambio delle cellule "invecchiate" (tissue renewing) e di ripristinare le cellule eventualmente danneggiate o morte a seguito di traumi o malattie. In particolare le cellule staminali umane adulte non presentano i problemi etici e di sicurezza derivati dall'utilizzo di quelle embrio-fetali, in quanto non richiedono il sacrificio di un intero organismo e non sono tumorigeniche. Infatti le staminali adulte sono isolate da tessuti dell'organismo e possono essere usate in autologous setting eludendo il problema della risposta immunologica e del rigetto . Le MSC sono le cellule staminali adulte ad oggi più studiate in quanto presentano caratteristiche proprie, in aggiunta a quelle di staminali derivanti da altri tessuti/organi. Le cellule sono definite in funzione alle molecole di superficie, per lo più glicoproteine, espresse sulla loro membrana cellulare. Queste molecole sono usate comunemente come marker cellulari e sono dette “cluster di differenziazione” (CD). A oggi sono stati identificati più di 320 CD. Generalmente una combinazione di marker è in grado di caratterizzare un solo tipo cellulare, che viene quindi descritto come avente questi marker. La classificazione cellulare mediante l’uso di CD è stata applicata anche alle cellule staminali . Fenotipicamente le MSCs esprimono un certo numero di marcatori che, sfortunatamente però, non sono specifici per ciascuna MSC. Le MSCs adulte non esprimono i marcatori delle cellule ematopoietiche (CD45, CD34, CD14, CD11). Inoltre non esprimono le molecole co-stimolatorie CD80, CD86, CD40 o molecole di adesione CD31 (platelet/endothelial cell adhesion molecule [PECAM]-1), CD18 (leukocyte function-associated antigen-1 [LFA]-1), o CD56 (neuronal cell adhesion molecule-1). Possono esprimere i marker CD105 (SH2), CD73 (SH3/a), CD44, CD90 (Thy-1), CD71, Stro-1, molecole di adesione CD106 (vascular cell adhesion molecule [VCAM]-1), CD166 (activated leukocyte cell adhesion molecule [ALCAM]), molecole di adesione intracellulare (ICAM)-1 e CD29 . In particolar modo è stato osservato che le MSC sono: - facilmente isolabili grazie alla loro capacità adesiva; - facilmente separabili da altre tipologie cellulari grazie all'espressione di un set di marcatori di membrana specifici (CD44+, CD90+, CD105+166+73+, CD34-, CD45-31-14-); - facilmente espandibili in vitro in quanto presentano un elevato potenziale replicativo ; - in grado di espletare funzioni immunosuppressive e immunomodulatorie; - in grado di migrare spontaneamente nei tessuti di origine ed anche selettivamente in tessuti danneggiati (multiorgan homing capacity/ trofismo ). In sede di danno promuovono la rigenerazione del tessuto compromesso sia mediante differenziamento che secrezione paracrina di fattori anti infiammatori . Inoltre presentano una spiccata plasticità funzionale ed un potenziale differenziativo multilieneage . In tutti i tessuti esiste una presenza di cellule staminali per preservare l’omeostasi del tessuto stesso. Le cellule staminali mesenchimali sono già state isolate da diversi tessuti e testate per il differenziamento in diverse linee cellulari . Ovviamente vi sono delle differenze tra tessuto e tessuto e durante il prelievo per la estrazione è necessario preservare nei tessuti il pool presente per non impoverire il pool stesso . Le cellule che si prelevano e che vengono reimpiantate devono mantenere e possedere una alta capacità proliferativa , differenziativa e con la possibilità eventuale di interattività con biomateriali . E’ dimostrato che all’interno di un tessuto differenziato i progenitori mesenchimali hanno delle caratteristiche diverse rispetto dalle differenziate : hanno una dimensione ridotta con alta complessità citoplasmatica . La staminale infatti ha un controllo post trascrizionale , cioè trascrive tutti i geni , ma andrà a tradurre solo quelle proteine tipiche del tessuto di appartenenza . Queste sono in grado di neovascolarizzare e di trasformarsi verso il citotipo del tessuto in cui sono iniettate . Potenzialmente producono una serie di fattori autocrini ( che influiscono sulla cellula stessa ) e paracrini ( che influiscono su cellule vicine ) . Attraverso le integrine , che rappresentano la modalità di interconnettersi con le cellule vicine , riconoscono il tessuto in cui sono state impiantate e producono come nel tessuto . Come sopra detto esprimono determinati recettori di superficie . Il processo sistemico dell’invecchiamento produce delle variazioni cutanee , intrinseche delle cellule : minore capacità di smaltimento dei ROS , variazioni ormonali e delle caratteristiche della cute . L’utilizzo delle MSC riduce gli effetti delle aggressioni a livello cellulare. Oggi le metodiche di estrazione delle staminali per un utilizzo in medicina estetica , è divenuto di estrema attualità . Infatti un semplice prelievo di un frustolo di tessuto di 1 mm , viene inserito in un macchinario che lo disgrega . Disgregandolo rilascia una sospensione di staminali attive . Questa sospensione contiene da 50.00 ad 80.000 cellule multipotenti ( MSC ) in grado di differenziarsi una volta inserite nel tessuto che intendiamo rigenerare mediante un apporto di MSC . Recentemente , come sopra ricordato , è stato dimostrato che il sangue venoso periferico può essere considerato una fonte alternativa al midollo osseo per l’isolamento di cellule staminali mesenchimali . Si pensa che le MSC riescano a evitare il processo differenziativo tipico delle cellule durante lo sviluppo embrionale e a colonizzare appropriate nicchie; queste ultime avrebbero la funzione sia di mantenere la potenzialità delle cellule nella vita adulta sia di limitarne i processi di differenziamento. Le indicazioni cliniche di questa metodica sono : rughe , atonia tissutale , cheloidi , cicatrici , smagliature , vitiligine , ustioni , piaghe , ecc. L’utilizzo , unito a fattori di crescita è potenzialmente in grado , oltre che di ottenere un alta replicazione dopo l’impianto anche di modificare aumentandola la produzione dei componenti fondamentali della matrice e dei prodotti di rigenerazione tipici del tessuto. Propongo l’utilizzo di concentrato piastrinico, sia nella sua forma liquida sia in quella gelatinosa, come matrice per l’applicazione di cellule staminali. Lo scopo è di ottenere, dalle piastrine debitamente attivate, la liberazione di diversi fattori di crescita necessari per la differenziazione delle cellule multipotenti in modo da accelerare la crescita e l’impianto delle cellule staminali . I fattori di crescita liberati dalle piastrine, infatti, hanno dimostrato di possedere la capacità di favorire la differenziazione delle cellule staminali verso il destino cellulare e di promuovere l’angiogenesi . L’utilizzo combinato di MSC e di PRP ha come importante vantaggio che entrambi i biomateriali sono due composti autologhi, non tossici e biodegradabili. La rigenerazione tissutale è un processo molto complesso che vede coinvolti numerosi meccanismi cellulari e molecolari. In condizioni fisiologiche, le cellule implicate producono una serie di molecole che consentono la rigenerazione tissutale e che, a loro volta, influenzano le cellule che intervengono in questo processo. Le piastrine sono frammenti citoplasmatici fondamentali poiché possiedono, oltre che di un ruolo nell’emostasi, proprietà proinfiammatorie, regolatrici e rigenerative mediate dall’interazione con alcune cellule ( neutrofili e cellule endoteliali) e dalla liberazione di fattori di crescita (GF), chemochine e altre molecole regolatrici. Le piastrine rilasciano numerosi GF e altre molecole coinvolte nella guarigione I GF principalmente secreti delle piastrine sono il Platelet-derived Growth Factor (PDGF), il Transforming Growth Factor β1 (TGF-β1), il Transformig Growth Factor β2 (TGF-β2), l’Epidermal Growth Factor (EGF), il Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), l’Insulin-like Growth Factor di tipo 1 (IGF-I) e l’Hepatocyte Growth Factor (HGF) . Questi peptidi inducono chemiotassi, proliferazione e differenziazione cellulare, neovascolarizzazione e sintesi di ECM che favoriscono la risoluzione della flogosi e del processo di rigenerazione tissutale. Il concentrato piastrinico o plasma arricchito di piastrine (PRP, Platelet Rich Plasma) è un prodotto ricavato dal sangue che si presenta come un concentrato autologo di piastrine sospese in un piccolo volume di plasma ed è pertanto considerato un emoderivato, secondo quanto definito dalla normativa vigente in materia . Il PRP, per essere definito tale, deve essere di origine autologa, in caso contrario la presenza di membrane cellulari di prodotti omologhi, che fungerebbero da elementi antigenici, scatenerebbe una reazione immunitaria. Contiene numerose molecole che rivestono un ruolo di fondamentale importanza nel processo di rigenerazione tissutale; alcune di queste molecole sono rappresentate dai fattori contenuti nei granuli α piastrinici mentre altre da proteine del sangue, come la fibrina, la fibronectina e la vitronectina . Il vantaggio dato dall’impiego del PRP è dovuto alla concentrazione soprafisiologica di fattori di crescita che è in grado di incrementare la velocità di riparazione delle ferite, di ridurre l’infiammazione associata al trauma e di ridurre al minimo la produzione di tessuto cicatriziale. Numerosi studi sperimentali e clinici, realizzati in questi anni sia in medicina umana che non , hanno permesso di investigare in modo approfondito l’efficacia del concentrato piastrinico e la possibilità di utilizzarlo routinariamente come supporto terapeutico per diverse patologie. Recentemente, l’impiego di PRP autologo per stimolare la rigenerazione tissutale, è aumentato in ambito chirurgico in medicina umana unito alle MSC .Per questo motivo è importante conoscere i processi responsabili della genesi delle piastrine (PLT), i meccanismi biochimici e cellulari coinvolti alla riparazione tissutale, i metodi impiegati per la preparazione e l’impiego clinico del PRP. L’inoculazione demica di MSC e PRP è sicura e non induce nell’ospite alcuna reazione di tipo immunitario o altri effetti collaterali locali o sistemici. Il trattamento dell’invecchiamento con MSC e PRP , l’associazione quindi di questi biomateriali determina un potenziamento del processo di guarigione inteso come miglioramento del derma e dell’epidermide per l’effetto sinergico che in grado di migliorare l’efficacia d’azione . BIBLIOGRAFIA Adamo S. 2002 Tessuti connettivi. Tessuto connettivo propriamente detto in “Istologia” di V. Monesi Piccin editore 2002 V edizione III ristampa 435-488 Anitua E. 1999 Plasma rich in Growth Factors: preliminary results of use in the preparation of future sites for implants. The International Journal of Oral & Maxillofacial Implants,; n°14; p 529-535. Anitua E, Andia I, Ardanza B, Nurden P, Nurden AT. 2004 Autologous platelets as a source of proteins for healing and tissue regeneration. Thromb Haemost, n°91; p 4-15. 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