Biotecnologia PRAXIS VETERINARIA ANIMALI DA COMPAGNIA Terapia rigenerativa con cellule mesenchimali staminali in Medicina Veterinaria - I parte MAURIZIO DEL BUE DVM, Parma E-mail: [email protected] RIASSUNTO Le Cellule Staminali Mesenchimali (MSC, Mesenchymal Stem cells) adulte definite preferibilmente Cellule Stromali Multipotenti (MSC), sono un gruppo di cellule fenotipicamente molto simili ai fibroblasti che presentano con capacità replicativa e differenziativa di vario grado. Le conoscenze sulle attività di queste cellule sono progredite negli ultimi tempi, ma la loro capacità terapeutica non può essere ancora annoverata nell’ambito della medicina dell’evidenza, perché non supportata da numeri sufficienti. In questa prima parte dell’articolo è trattata sinteticamente l’attività biologica delle MSCs e del Plasma Ricco di Piastrine (PRP= Platelet Rich Plasma). (English summary p. 14) PAROLE CHIAVE: cellule mesenchimali staminali, plasma ricco di piastrine, terapia rigenerativa, animali. Le attività biologiche delle cellule staminali mesenchimali adulte, associate o meno ai concentrati piastrinici, ampiamente studiate e verificate in laboratorio, da qualche tempo trovano anche applicazioni cliniche, ma la definitiva validazione della loro efficacia si potrà avere solamente con l’acquisizione di casistiche numericamente importanti. nche in Medicina veterinaria, così come in Medicina umana, le cellule staminali talvolta vengono proposte come terapia per “guarigioni miracolose”. Pare utile, quindi, fare un po' di chiarezza e fare il punto sullo stato dell’arte. Sono ormai passati diversi anni da quando, anche sugli animali, si cominciò a utilizzare questa terapia, che offre prospettive di grande interesse applicativo. Oggi, finalmente, abbiamo alcune certezze che si basano sui casi clinici trattati e possiamo proporre la terapia cellulare con sufficienti margini di certezza sulla sua efficacia. A fianco di queste conoscenze, però, ci sono ancora moltissimi lati oscuri che obbligano a considerare la terapia cellulare ancora un trattamento sperimentale. Con questo articolo desideriamo cercare di fare chiarezza per evitare sia falsi allarmismi sul concetto di terapia sperimentale, sia eccessive aspettative sulla reale efficacia terapeutica. Le attuali conoscenze sulle capacità biologiche delle cellule staminali mesenchimali sono ampiamente studiate e sperimentate, e quotidianamente emergono altre potenzialità biologiche, sia dirette sia indotte, di queste cellule. In ambito veterinario sono già diversi anni che queste terapie vengono impiegate in campo clinico con risultati spesso molto positivi. Il concetto di terapia sperimentale va inteso nel senso che la terapia non può essere ancora annoverata nell’ambito della medicina dell’evidenza, perché non supportata da numeri sufficienti. In altre parole, la casistica attualmente disponibile non è sufficientemente numerosa da potere essere oggetto di valutazioni statistiche affidabili. In questo senso la terapia va considerata sperimentale, ossia non ancora suffragata da risultati statisticamente validi. Per contro, va assolutamente palesato che, ad oggi, i risultati terapeutici positivi ci sono, ma sono limitati ad alcune patologie attentamente selezionate e non si deve eccedere in valutazioni trionfalistiche nei confronti di un metodo che, anche se potenzialmente eccezionale, deve ancora essere sottoposto a considerazioni di vario tipo. A VOL. XXXIV - N. 2/2013 7 PRAXIS VETERINARIA Biotecnologia ANIMALI DA COMPAGNIA LA BIOINGEGNERIA È una branca scientifica che utilizza le conoscenze dell’ingegneria (non solo chimica, ma anche meccanica, informatica, elettronica) attraverso la creazione di modelli che consentono il potenziamento dei meccanismi biologici naturali. Limitandoci ai più semplici processi di bioingegneria, senza addentrarci in questioni più complesse che riguardano le biotecnologie molecolari e l’ingegneria genetica, oggi anche sugli animali è possibile utilizzare queste moderne terapie. CELLULE STAMINALI MESENCHIMALI Per definizione, la cellula staminale mesenchimale (MSC, Mesenchymal Stem cells) adulta è una cellula con due caratteristiche principali: la capacità replicativa e quella differenziativa. Ovvero, la mesenchimale è una cellula dalla quale originano due cellule figlie: una che si differenzia in un determinato fenotipo cellulare in base a una serie di fattori che ne condizionano la direzione; l’altra che si replica, dando origine a una cellula identica alla cellula madre, che a sua volta si divide in altre due cellule simili alle prime, e così via. In questo modo la cellula mantiene nel tempo la sua staminalità, cioè la capacità di replicarsi e di differenziarsi. In realtà, le cose sono ben più complesse, tanto che i fenomeni che riguardano queste cellule non sono ancora totalmente chiariti. A ben considerare, in una popolazione di cellule staminali coesistono differenti ceppi cellulari: sono tutte cellule con caratteristiche analoghe, ma con grado di staminalità non omogeneo, per cui in una popolazione esistono cellule con più spiccata attività replicativa rispetto ad altre con più spiccata attività differenziativa. Questo fa pensare che la definizione di Cellula Staminale Mesenchimale (MSC) sia inadeguata a queste popolazioni, pertanto oggi tendenzial- 8 VOL. XXXIV - N. 2/2013 mente si preferisce definirle in modo più ampio come Cellule Stromali Multipotenti (sempre comunque con lo stesso acronimo MSC: Multipotent Stromal Cells), cioè un gruppo di cellule fenotipicamente molto simili ai fibroblasti, in grado di formare colonie (CFU), con capacità replicativa e differenziativa di vario grado. Le conoscenze sulle attività di queste cellule sono ulteriormente progredite negli ultimi tempi, infatti, la definizione fin qui data di cellula staminale (o stromale) è ampiamente incompleta e non racchiude tutte le funzioni biologiche di queste cellule, perché, a fianco delle classiche e ben conosciute attività replicative e differenziative, esse hanno altre importanti funzioni biologiche: - liberano numerose cellule paracrine; - hanno elevate potenzialità immunomodulatorie; - hanno spiccata capacità di homing, ossia di dirigersi spontaneamente là dove c’è un danno da riparare. È chiaro che queste caratteristiche stravolgono ed esaltano le potenzialità di queste cellule che quindi assumono un ruolo importantissimo nel modulare l’attività delle cellule e dei tessuti circostanti non tanto e non solo direttamente, ma attraverso altri meccanismi cellulari. Questo fa capire in buona parte come gli effetti terapeutici di queste cellule non dipendano solamente dalla loro attività diretta, ma soprattutto da come interagiscono con le cellule e i tessuti circostanti. Pertanto, si può ipotizzare che la loro sopravvivenza nei tessuti non sia così importante, come si pensava un tempo, per attivare la rigenerazione dei tessuti, ma che abbia solamente un ruolo iniziale di stimolo per l’attivazione di una serie complessa di fenomeni di proliferazione, differenziazione, apoptosi, chemiotassi, angiogenesi che sarebbero gli artefici degli effetti terapeutici. Le caratteristiche che abbiamo appena elencato evidenziano due attività in particolare, che vale la pena focalizzare: a) la assenza di risposta immunitaria; b) la loro attività antiinfiammatoria, esplicata probabilmente non in maniera diretta, ma attraverso i meccanismi indotti. Attività immunosoppressiva Da quando è stata dimostrata questa attività, si sono moltiplicati gli studi in questo ambito e oggi possiamo affermare che le MSCs possiedono queste caratteristiche. Ne consegue una valutazione pratica importantissima: se noi utilizziamo cellule prelevate da un soggetto diverso, non abbiamo nessuna reazione immunitaria come, ad esempio, un rigetto. Ovvio che questo è un aspetto di grande interesse pratico, in quanto, almeno teoricamente, è possibile creare una banca di cellule da donatori per avere il materiale per il trapianto sempre disponibile alle necessità. Questo obbliga a una serie di controlli sulla qualità del materiale biologico conservato, che non si limitano alla buona conservazione e alla sterilità del prodotto, ma anche e soprattutto alla garanzia che queste cellule siano esenti da malattie trasmissibili; in altre parole, occorre garantire che il donatore sia sano sotto tutti i punti di vista, sia quello biologico che quello genetico. Caratteristiche antinfiammatorie Sono state appurate in tempi abbastanza recenti e aprono interessanti prospettive cliniche, soprattutto per il loro utilizzo intrarticolare che potrebbe sommare, oltre alla naturale tendenza a differenziarsi in condrociti, la capacità di homing e l’attività antiflogistica. Caratteristiche, queste, molto interessanti per il trattamento topico delle artropatie degenerative. In conclusione, quello che oggi si ipotizza è che le MSCs svolgano un ruolo determinante nella rigenerazione dei tessuti, ma che siano solamente lo stimolo iniziale per l’attiva- Biotecnologia PRAXIS VETERINARIA ANIMALI DA COMPAGNIA zione di una serie di eventi a cascata che sono quelli che esaltano le potenzialità fisiologiche tissutali. PLASMA RICCO DI PIASTRINE Un altro campo della bioingegneria riguarda il plasma contenente le piastrine concentrate. a Dalla fisiologia, sappiamo che le piastrine sono elementi corpuscolati del sangue, privi di nucleo, che contengono dei granuli, in particolare i “granuli alfa” e i “ granuli densi”. Le piastrine sono deputate soprattutto all’emostasi: infatti, in presenza di un danno vascolare, esse si aggregano nella zona lesionata e formano il coagulo, contribuendo ad arrestare l’emorragia. I fenomeni sono ben conosciuti nei meccanismi della coagulazione. In partenza da queste conoscenze della fisiologia della coagulazione, si è dedotto che, concentrando le piastrine e applicandole nella sede della lesione si sarebbero potenziati i processi di riparazione tissutale. Il PRP (Platelet Rich Plasma), appunto, è un concentrato delle piastrine del plasma. Il procedimento per ottenere il PRP è anche abbastanza semplice e ben si adatta alle esigenze pratiche del mondo veterinario. Partendo da un prelievo di sangue venoso, il campione viene sottoposto a una serie di centrifugazioni: la prima è finalizzata a separare il plasma dalle emazie,; la seconda, ese- guita sul surnatante, cioè sul plasma, ha lo scopo di creare due frazioni plasmatiche: una sedimentata, contenente la massima concentrazione di piastrine (CP=concentrato piastrinico) e una superiore con un numero di piastrine molto inferiore, quelle più piccole o più vecchie, in una parola quelle più leggere. Questa frazione viene definita Plasma Povero di Piastrine (PPP). Benché entrambe le frazioni plasmatiche contengano piastrine, ovviamente il PC è quello con una maggiore concentrazione, ma, trattandosi di un pellet, deve essere risospeso in un volume di PPP idoneo alle dimensioni delle lesione da trattare (foto 1). Affinché si formi il coagulo (gel piastrinico), occorre che le piastrine vengano “attivate” e in natura ciò accade con l’intervento in loco della trombina e di ioni di Calcio (foto 2). Questi due “attivatori” provocano l’aggregazione piastrinica e la loro degranulazione, con liberazione delle sostanze contenute all’interno dei granuli, in particolare i fattori di crescita (GF=Growth Factors) e le citochine, che stimolano la ripara- b Foto 1. Concentrato piastrinico (a) prima centrifugata, (b) seconda centrifugata. Foto 2. Applicazione del gel piastrinico su una piaga. VOL. XXXIV - N. 2/2013 9 PRAXIS VETERINARIA Biotecnologia ANIMALI DA COMPAGNIA zione dei tessuti attraverso meccanismi complessi che portano alla formazione di nuovi vasi, all’attivazione delle staminali residenti nei tessuti, a chemiotassi, a stimolazione dei fibroblasti e a numerose altre attività cellulari. Pertanto, se noi prepariamo il PRP e lo attiviamo con qualche goccia di calcio e con un po’ di trombina o di una sostanza trombino-simile, provochiamo la reazione chimica che fa degranulare le piastrine, con formazione del Gel e liberazione dei fattori di crescita in esse contenuti. Questo PRP attivato, applicato sulla lesione, potenzia i normali processi riparativi dei tessuti. Non può non sfuggire che le caratteristiche biologiche delle MSCs e del PRP sono tali per cui una associazione dei due favorisce un potenziamento dei processi riparativi e di quelli rigenerativi. Aggiungasi che le cellule, essendo in forma solida, per essere somministrate necessitano comunque di un veicolo e il PRP, nelle sue forme e per le sue caratteristiche, è l’ideale supporto (scaffold) biologico. Alla luce di quanto sinteticamente su esposto è comprensibile come l’associazione MSCs e PRP possa oggi essere considerata uno strumento terapeutico molto valido in numerose patologie anche negli animali. APPLICAZIONI CLINICHE Da quanto fin qui esposto, emerge che le terapie rigenerative si possono attuare con MSCs, con PRP o con una loro associazione. Quando utilizzare le une, l’altro e l’associazione rimane una scelta clinica sulla base delle conoscenze della patogenesi delle malattie e delle competenze del clinico in relazione all’utilizzo di questi moderni strumenti terapeutici. Qui va evidenziato che, così come gli studi di laboratorio richiedono collaborazioni multidisciplinari, con la partecipazione di medici, veterinari, biologi, farmacologi,; 10 VOL. XXXIV - N. 2/2013 anche le applicazioni cliniche richiedono varie competenze, che coinvolgono il laboratorista, che deve preparare e maneggiare le cellule e il medico veterinario, che è colui che deve garantire non solo la correttezza del prelievo e dell’atto operatorio della somministrazione, ma anche la scelta del paziente idoneo a questo tipo di trattamento sulla base delle sue conoscenze in materia. Pertanto, anche se teoricamente chiunque è in grado di eseguire il trattamento, solo un team competente e affiatato può garantirne l’utilizzo corretto, efficace ed esente da rischi per l’animale. Oggi la pratica più agevole rimane l’utilizzo di cellule omologhe (definite anche allogeniche) in associazione al concentrato piastrinico nelle sue diverse preparazioni. A volte la clinica suggerirà l’uso del solo PRP, altre delle sole MSCs, altre ancora dell’associazione. La possibilità di disporre di una banca di cellule (cioè cellule derivate da tessuto di un donatore e conservate in azoto liquido) rende molto funzionale il tutto: se c’è un animale che richiede il trattamento, nell’arco di uno o due giorni può ricevere la terapia. Molto diverso se invece si decide di utilizzare le sue cellule: questo richiede un primo intervento per il prelievo del tessuto (midollo osseo o tessuto adiposo), la spedizione al laboratorio, la preparazione della singola dose e il reinvio delle cellule. Poi il secondo intervento per il trapianto, così come nell’altro caso. È evidente, pertanto, la maggiore fruibilità dell’impiego di cellule omologhe rispetto a quello con cellule autologhe. In campo veterinario le prime esperienze riguardarono il trattamento delle tendiniti del cavallo, per le quali oggi ormai può essere una terapia accettata. Tuttavia, troppo spesso si assiste ad usi impropri della terapia e talvolta a veri e propri abusi. Per questo motivo il Ministero della Salute, negli ultimi due anni, ha sentito l’esigenza di regolare l’impiego delle cellule staminali sugli animali, tracciando delle linee guida per il loro utilizzo corretto. Queste linee guida, di prossima pubblicazione, si prefiggono di evitare o ridurre al minimo l’utilizzo improprio, dannoso o fraudolento delle terapie cellulari. Pertanto, se oggi l’utilizzo di cellule omologhe è consentito, al momento della pubblicazione delle linee guida ministeriali sarà possibile utilizzare solamente cellule autologhe. Questa limitazione, a mio parere, creerà ostacoli, anche economici, allo sviluppo della terapia cellulare negli animali e con il rischio, sempre presente, di favorirne l’uso illecito, che è stato proprio l’obiettivo che ci si è prefissati con queste norme. È auspicabile che gli organi preposti, percepiscano queste esigenze e varino normative per l’utilizzo anche delle cellule omologhe. Ogni volta che si parla di terapie cellulari negli animali, la domanda più frequente è sempre la stessa: “in quali patologie sono indicate?” La risposta potrebbe essere: “in tutte le patologie nelle quale è richiesta una rigenerazione di un tessuto di origine mesenchimale”. Al momento attuale, tuttavia, si conosce l’efficacia solamente in una piccola parte di queste patologie. Possiamo suddividere sinteticamente le patologie responsive al trattamento con MSCs (in associazione o meno a PRP) in patologie a carico di: - tessuti molli: a) superficiali: ferite con grandi perdite di sostanza, piaghe, ulcere, fistole, ustioni; b) profonde: miositi, tendiniti, desmiti; - tessuti duri: a) ossa: fratture complesse, comminute, scheggiose, ritardi di consolidamento, pseudoartrosi; b) cartilagine: artropatie degenerative. Biotecnologia PRAXIS VETERINARIA ANIMALI DA COMPAGNIA Gli elenchi, soprattutto in campo medico, lasciano spazio a notevoli margini di imprecisione; infatti, al di là delle indicazioni generali, la scelta dei soggetti idonei al trattamento rimarrà sempre legata alla valutazione insindacabile del medico veterinario, che deciderà in base alle proprie competenze in materia e alle caratteristiche del soggetto e della specifica patologia. CONCLUSIONI Le numerose attività biologiche delle cellule staminali mesenchimali adulte, associate o meno ai concentrati piastrinici, sono ampiamente studiate e verificate in laboratorio. La loro applicazione clinica, invece, necessita ancora di una serie di verifiche che siano in grado di confermare che ciò che avviene in vitro si ripete costantemente anche sul paziente, stante la grande variabilità delle patologie traumatiche. Pertanto, il riscontro di risultati clinici, talvolta anche strabilianti, non è sufficiente, sotto il profilo scientifico, ad affermare che questi risultati dipendano dal trattamento eseguito. Per questo motivo, tutte le affermazioni che si possono fare attribuendo la guarigione a queste terapie, saranno sempre carenti dal punto di vista della dimostrazione scientifica, in quanto non è possibile, in casi clinici, avere controprove o gruppi di controllo, come avviene negli studi sperimentali. Pertanto, solamente il tempo, con l'acquisizione di casistiche numericamente importanti, potrà dare risposte certe. RINGRAZIAMENTI Quanto su esposto è una sintesi delle ricerche e dei risultati clinici ottenuti dalla collaborazione di numerose persone: Dott.ssa Virna Conti, Dott. Stefano Grolli, Dott.ssa Elisa Merli, Prof. Gaetano Donofrio, Prof. Roberto Ramoni dell’Università di Parma; Dott.ssa Sarah Riccò LP di Verona; Dott.ssa Maura Ferrari, Dott.ssa Sabrina Renzi dell’IZSLER di Brescia. BIBLIOGRAFIA 1. Arnhold SJ, Goletz I, Klein H, Stumpf G, Beluche LA, Rohde C, Addicks K, Litzke F. Isolation and characterization of bone marrowderived equine mesenchymal stem cells. Am J Vet Res. 2007;68:1095-105. 2. Asari S, Itakura S, Ferreri K, Liu CP, Kuroda Y, Kandeel F, Mullen Y (2009): Mesenchymal stem cells suppress B-cell terminal differentiation. Exp Hematol. 2009;37:604-615. 3. Bernardo ME, Locatelli F, Fibbe WE. Mesenchymal stromal cells. Ann N Y Acad Sci. 2009;1176:101-1017. 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