Vol. 3
Settembre 2010
N° 3
SICUREZZA NELL’USO DELLE CELLULE STAMINALI IN
MEDICINA RIGENERATIVA
Maurizio Ceccarelli (International Centre for Study and Research in Aesthetic and
Physiological Medicine – Roma)
J. Víctor García (Sociedad Española de Medicina y Cirugía Cosmética – Barcelona)
Premessa
Oggi, sempre più, si parla di cellule staminali e del loro possibile uso per rigenerare
tessuti od organi. Anche nell’ambito della medicina fisiologica, recentemente, sono
stati proposti dei trattamenti a base di cellule definite con il termine generico di
staminali (liposowing).
Crediamo opportuno, anche alla luce di eventuali problemi legislativi, fare un
chiarimento scientifico in questo settore. Infatti, la generalizzazione del termine
staminale può portare a comprendere terapie e trattamenti utili e privi di possibili
danni biologici tra trattamenti che devono essere, giustamente, regolati ed effettuati
in ambiente opportuno.
Gli atteggiamenti verso l'uso di cellule staminali a fini di ricerca o di cure mediche
variano da un paese all'altro. In Germania, per esempio, l'estrazione di cellule
staminali da un embrione umano è considerata illegale. In Gran Bretagna, invece, è
perfettamente legale, ma le leggi in materia sono rigorose. In molti paesi non esistono
ancora leggi esplicite atte a disciplinare la ricerca sulle cellule staminali umane.
Essendo l'utilizzo di embrioni una questione di grande controversia in termini etici, gli
scienziati di tutto il mondo cercano altre fonti di cellule staminali. Il tipo di cellule
staminali che si trova nel midollo osseo degli adulti sembra essere una possibilità. Oggi
la scoperta dell’alto numero di cellule staminali adulte presenti nel tessuto adiposo ha
portato in auge la conservazione di questo tipo di cellule.
Inoltre, gli scienziati hanno iniziato a manipolare queste cellule staminali adulte
affinché, invece di produrre soltanto un tipo di tessuti, possano dare origine ad altri
tipi di cellule.
Le cellule staminali
Le cellule staminali sono cellule primitive non specializzate dotate della singolare
capacità di trasformarsi in diversi altri tipi di cellule del corpo.
Per poter essere definita come staminale una cellula deve avere sia la capacità di
compiere un numero illimitato di cicli replicativi mantenendo il medesimo stadio
differenziativo, sia la capacità di dare origine a una o più specie cellulari.
In base alle potenzialità si possono distinguere quattro tipi di cellule staminali:
• Le cellule staminali totipotenti, capaci di svilupparsi in un intero organismo.
• Le cellule staminali pluripotenti, capaci di specializzarsi in tutti i tipi di cellule
che troviamo in un individuo.
• Le cellule staminali multipotenti capaci di specializzarsi unicamente in alcuni tipi
di cellule.
• Le cellule staminali unipotenti capaci di 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 pluripotenti indotte sono cellule staminali ottenute in laboratorio
per regressione di cellule adulte (quindi già determinate, ad esempio quelle cutanee)
ad uno stato staminale (quindi pluripotente), usando un pool di specifici geni, immessi
tramite un vettore virale; si suppone, quindi, che in futuro tali cellule possano essere
utilizzate per ottenere cellule adulte già definite, appartenenti a qualsiasi tessuto o
organo.
La parte più consistente del lavoro rigenerativo che porta alla riparazione e/o alla
proliferazione 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 sulla necessità di mantenere controllato il numero di
cellule staminali e conservare l'integrità del genoma delle cellule staminali riducendo il
rischio di danni al DNA, cioè di mutazioni. Le mutazioni a carico delle cellule staminali
sono estremamente nocive e pericolose, poiché: o 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
eventual mente dopo un certo tempo verrà comunque sostituita. o possono indurre la
cellula staminale a degenerare in senso neoplastico, diventando una cellula staminale
tumorale, cioè una tipologia di cellula probabilmente responsabile del continuo
rifornimento di nuove cellule che caratterizza lo sviluppo e soprattutto le recidive dei
tumori.
Le transit amplifying cells
Le cellule staminali adulte o transit amplifying cells sono cellule non specializzate che
si riproducono giornalmente per fornire alcune specifiche cellule: ad esempio i 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. Oggi 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.
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.
La differenziazione cellulare
Questo è il processo mediante il quale una cellula meno specializzata diventa più
specializzata. La differenziazione cellulare avviene durante lo sviluppo di un organismo
multicellulare ma anche comune nelle cellule staminali adulte durante la riparazione dei
tessuti e durante il turnover delle cellule normali. La differenziazione cambia
drasticamente le dimensioni di una cella, la forma, il potenziale di membrana , attività
metabolica e la risposta ai segnali.
I principali tipi di processi molecolari che controllano la differenziazione cellulare
coinvolgono i segnali cellulari. Molte delle molecole segnale che trasmettono le
informazioni da una cella all'altra sono chiamati fattori di crescita. Solitamente un
ligando prodotto da una cellula si lega ad un recettore di un altra cellula inducendo un
cambiamento conformazionale del recettore. Il recettore quindi catalizza una cascata
di reazioni di fosforilazione che attivano infine un fattore di trascrizione o le
proteine del citoscheletro, attivando il processo di differenziazione della cellula
bersaglio.
Altri meccanismi importanti rientrano nella categoria di divisioni cellulari
asimmetriche, divisioni che danno origine alle cellule figlie con distinti destini dello
sviluppo. La divisione asimmetrica è un passaggio fondamentale per lo sviluppo
dell'embrione e anche per la conservazione delle cellule staminali. Normalmente
quando una cellula si divide, produce due cellule figlie identiche ma in alcuni casi le
cellule figlie hanno proprietà diverse. Gli scienziati hanno potuto constatare che
perché avvenga la divisione asimmetrica, è necessario che il fuso mitotico si posizioni
verso l'estremità posteriore della cellula (e non centralmente). Questo
posizionamento del fuso avviene attraverso l'interazione fra i microtubuli che
formano il fuso mitotico e il reticolo di filamenti di actina che aderisce alla membrana
plasmatica. Questo ci porta ad approfondire le interazioni molecolari delle cellule con
altre cellule basate sul processo di adesione.
L’adesione cellulare
L'adesione è un sistema di comunicazione tra le cellule basato sulla interazione di
coppie di recettori espressi reciprocamente dalle cellule che aderiscono. Tale sistema
si pone in alternativa alla comunicazione legata al rilasciamento di messaggeri solubili
dalle cellule (ormoni, neurotrasmettitori, citochine ecc.). L'adesione cellulare è
coinvolta in un pluralità di meccanismi fisiologici e patologici. L’adesione fra cellule si
verifica quando un recettore della membrana plasmatica forma un legame con una
molecola sita nella matrice extracellulare o sulla cellula confinante. Il recettore
legante instaura poi una connessione con il citoscheletro della cellula.
Da ciò le cellule staminali adulte presentano uno stato di differenziazione tale da
esprimere delle giunzioni cellulari e cioè una specializzazione del lembo di membrana
che rende possibile e controlla i processi di adesione tra cellule. Tra i vari tipi di
giunzioni cellulari le giunzioni aderenti forniscono un supporto strutturale ai tessuti
sfruttando il legame ai filamenti actinici. Differenziamo le Fasce di adesione ed i
Contatti focali.
Le fasce d'adesione sono collegamenti che si stabiliscono tra una cellula e l' altra
adiacente, grazie alle Caderine. I contatti focali,invece, sono giunzioni che collegano la
cellula alla matrice cellulare, solo che al posto delle caderine sono utilizzate le
integrine, collegate ai filamenti di actina tramite altre proteine transmembrana come
l' alfa-actina, la talina, la vinculina e la filamina.
Quindi questo tipo di cellule possono esprimere una regolazione dell’inibizione da
contatto conseguente all’adesione con altre cellule che induce un blocco alla
moltiplicazione anarchica. Nel normale processo di inibizione da contatto è
principalmente l'accumulo della proteina p27Kip1 ad innescare l'inibizione del
complesso Ciclina E/CDK2, che a sua volta inibisce la fosforilazione della proteina Rb,
portando al blocco del ciclo cellulare.
Possiamo ora arrivare all’ultimo chiarimento e cioè all’assenza dl rischio di
trasformazione neoplastica delle cellule staminali adulte.
La carcinogenesi
Il cancro è caratterizzato da una incontrollata riproduzione di alcune cellule
dell'organismo, che smettono di rispondere ai meccanismi fisiologici di controllo
cellulare a seguito di danni al loro patrimonio genetico.
Affinché una cellula diventi tumorale, deve accumulare una serie di danni al suo
sistema di controllo della riproduzione. Tutte le cellule cancerose e precancerose
presentano alterazioni, spesso molto estese, del loro assetto cromosomico (cariotipo).
Alla base della patogenesi del tumore c'è quindi la mutazione di determinati geni:
· i proto-oncogeni,
· i geni oncosoppressori,
· i geni coinvolti nella riparazione del DNA.
Questi ultimi sono quelli che garantiscono la stabilità genetica perché se altri geni
sono mutati per azione per esempio di agenti cancerogeni, questi riparano il DNA
prima che vada incontro alla replicazione, prima cioè che queste mutazioni diventino
stabili.
Le mutazioni necessarie che una data cellula deve accumulare per dare origine a un
cancro sono i seguenti, e sono comuni a tutti i tipi di cancro:
1. acquisizione dell'autonomia moltiplicativa per sopravvenuta incapacità a
sottostare ai meccanismi regolatori della proliferazione cellulare;
2. assenza di inibizione dipendente dalla densità (le cellule normali si moltiplicano
fino a una definita densità cellulare, raggiunta la quale diventano quiescenti);
3. ridotta capacità di adesione con altre cellule o componenti tissutali;
4. assenza di matrice extracellulare (spesso digerita da proteasi) che favorisce
l'invasione di tessuti normali adiacenti;
5. angiogenesi: formazione di nuovi vasi sanguigni per fornire ossigeno e fattori
nutritivi alle cellule tumorali;
6. riduzione o perdita della capacità differenziativa;
7. acquisizione della capacità di replicazione illimitata per effetto dell'espressione
della telomerasi;
8. riduzione o perdita della possibilità di andare incontro a morte cellulare
programmata (apoptosi).
9. perdita della cosiddetta inibizione da contatto.
Questi evento richiederebbero più di una mutazione, in genere, più mutazioni a carico
di certe classi di geni. La perdita del controllo della proliferazione avrà luogo solo in
seguito a mutazioni nei geni che controllano la divisione cellulare, la morte cellulare, e i
processi di riparazione del DNA.
Perché delle cellule inizino a dividersi in maniera incontrollata devono essere
danneggiati i geni che ne regolano la crescita. I proto-oncogeni sono geni che
promuovono la crescita cellulare e la mitosi cioè un processo di divisione cellulare; i
geni soppressori del tumore scoraggiano la crescita cellulare o impediscono la divisione
cellulare per consentire la riparazione del DNA. Tipicamente è necessaria una serie di
numerose mutazioni a questi geni prima che una cellula normale si trasformi in una
cellula cancerosa.
Quindi, sono richieste mutazioni in vari tipi di gene perché si formi il cancro. Una
mutazione limitata ad un oncogeno verrebbe eliminata dai normali processi di controllo
della mitosi e dai geni soppressori dei tumori.
Una mutazione di un solo gene soppressore del tumore, sarebbe anch'essa
insufficiente per causare il cancro per la presenza di numerose copie di "backup" dei
geni che duplicano la sua funzione. È solo quando un numero sufficiente di protooncogeni è mutato in oncogeni e sufficienti geni soppressori del tumore sono stati
disattivati che i segnali di crescita cellulare sopravanzano i segnali che la regolano e la
crescita cellulare aumenta rapidamente completamente fuori controllo.
Conclusioni
Da quanto esposto e a conferma della sicurezza del Liposowing, possiamo concludere
che l’utilizzo delle cellule staminali adulte o transit amplifying cells di derivazione del
tessuto adiposo è priva di possibili effetti collaterali e non necessita controlli ne
regolazioni legislative.
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