Presentando le cellule staminali
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Alcune note prima di iniziare…
Questa presentazione va considerata come uno strumento flessibile per scienziati, divulgatori
scientifici ed insegnanti. Non tutte le diapositive saranno necessarie sempre: scegliete quelle che più
si adattano al vostro pubblico, integratele con vostre slides oppure usate solamente gli schemi.
Contenuti
1. L’ABC delle cellule staminali: per studenti con più di 16 anni oppure per un pubblico di adulti con
scarse conoscenze scientifiche.
2. La clonazione: per un pubblico di adulti con scarse conoscenze scientifiche; le diapositive iniziali
sono adatte anche agli studenti con più di 16 anni.
3. La biologia delle cellule staminali più in dettaglio: per un pubblico aggiornato ma non
specializzato, come ad esempio medici o scienziati che lavorano in altri ambiti.
Note per chi espone la presentazione
Le diapositive delle sezioni 1 e 2 comprendono alcune note che spiegano i concetti chiave con un
linguaggio semplice e non specialistico. Le diapositive della sezione 3 hanno note molto più brevi e
presuppongono una conoscenza di base della cellule staminali.
Ulteriori informazioni e risorse
Il filmato “A Stem Cell Story” dura circa 15 minuti e offre un’ottima introduzione alle cellule staminali,
includendo molti dei concetti introdotti in questa presentazione. Il filmato è disponibile alla pagina
www.eurostemcell.org/films
Vuoi fare una domanda o un commento? Contattaci alla pagina http://www.eurostemcell.org/contact
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L’ABC delle cellule staminali
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La storia della vita…
La storia della vita…
Lo sviluppo dell’uomo ha inizio da una singola cellula – l’oocita fecondato. Questa cellula si divide per produrre due “cellule figlie”, che a loro volta si dividono e così via. Per arrivare a formare un organismo adulto o anche solo un bambino servono moltissimi passaggi, durante i quali devono formarsi diversi tipi di cellule.
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Che cosa sono le cellule staminali?
cellula staminale
AUTO‐RIGENERAZIONE
(replica)
cellula staminale
DIFFERENZIAMENTO
(specializzazione)
cellula specializzata
(es. cellule muscolari, nervose)
Che cosa sono le cellule staminali?
Nota: la diapositiva successiva fornisce una versione alternativa di questo
schema, che un pubblico più giovane potrebbe comprendere più
facilmente. L’obiettivo è quello di evitare l’idea errata secondo cui ogni
volta che una cellula staminale si divida, generi sempre
una cellula identica a se stessa e una specializzata (vedi sotto). Questo
concetto è illustrato molto efficacemente nel breve filmato “A Stem Cell Story” disponibile al sito www.eurostemcell.org/films.
Che cosa illustra lo schema?
Le cellule staminali sono diverse dalle altre cellule presenti nell’organismo, dal momento che esse possono:
1) auto‐rigenerarsi, creando copie identiche di se stesse
E
2) differenziarsi, dando origine ad altri tipi di cellule, quelle specializzate.
Le cellule “specializzate” o “differenziate” , come ad esempio le cellule del sangue, le cellule nervose o quelle muscolari, svolgono particolari
funzioni nell’organismo e non possono più dividersi per generare copie
di se stesse. Questo
rende le cellule staminali molto importanti, dal momento che l’organismo
ha bisogno delle cellule staminali per sostituire le cellule specializzate
che muoiono, vengono danneggiate oppure sono usurate.
Divisione cellulare – possibili domande
1) Gli studenti con più di 16 anni potrebbero ricordare i due diversi tipi di
divisione cellulare – la mitosi e la meiosi. Essi potrebbero aver imparato
che la mitosi entra in gioco durante la riparazione delle ferite o nella
sostituzione di cellule che vivono per poco tempo. Essi
potrebbero non aver avuto l’opportunità di discutere il ruolo delle cellule 5
Che cosa sono le cellule staminali?
Cellula staminale
AUTO‐RIGENERAZIONE
(replica)
cellule staminali identiche
Cellula staminale
DIFFERENZIAMENTO
(specializzazione)
cellule specializzate
Che cosa sono le cellule staminali?
Nota: la diapositiva precedente fornisce una versione alternativa di questo schema. Questo concetto è
illustrato molto efficacemente nel breve filmato “A Stem Cell Story” disponibile al sito www.eurostemcell.org/films.
Che cosa illustra lo schema?
Le cellule staminali sono diverse dalle altre cellule presenti nell’organismo, dal momento che esse possono:
1) auto‐rigenerarsi, creando copie identiche di se stesse
E
2) differenziarsi, dando origine ad altri tipi di cellule, quelle specializzate.
Le cellule “specializzate” o “differenziate” , come ad esempio le cellule del sangue, le cellule nervose o quelle muscolari, svolgono particolari funzioni nell’organismo e non possono più dividersi per generare copie di se stesse. Questo rende le cellule staminali molto importanti, dal momento che l’organismo ha bisogno delle cellule staminali per sostituire le cellule specializzate che muoiono, vengono danneggiate oppure sono usurate.
Divisione cellulare – possibili domande
1) Gli studenti con più di 16 anni potrebbero ricordare i due diversi tipi di divisione cellulare – la mitosi e la meiosi. Essi potrebbero aver imparato che la mitosi entra in gioco durante la riparazione delle ferite o nella sostituzione di cellule che vivono per poco tempo. Essi potrebbero non aver avuto l’opportunità di discutere il ruolo delle cellule staminali in questi contesti. Perciò forse avrai bisogno di spiegare che la maggior parte delle cellule specializzate non può più
dividersi per mitosi. Ci sono alcune eccezioni (come ad esempio le cellule del fegato o I linfociti T), ma in generale le cellule differenziate non sono più in grado di dividersi. Le cellule della pelle, del sangue oppure le cellule della mucosa intestinale non possono più di dividersi per mitosi. Le cellule staminali sono invece ancora in grado di farlo e questo le rende davvero importanti per sostituire le cellule specializzate danneggiate o andate perse.
2) Nel caso discutiate della mitosi, potresti far notare il seguente aspetto: durante la mitosi il DNA delle cellule figlie è identico a quello della progenitrice. Questo è vero anche per le cellule staminali quando si dividono per auto‐rinnovarsi o per differenziarsi. In quest’ultimo caso, la cellula figlia è più specializzata della cellula staminale da cui è nata. Le cellule figlie si comportano diversamente anche se possiedono lo stesso DNA, identico a quello della cellula staminale che le ha generate. Questo accade perchè ci sono molte altre molecole, sia dentro che attorno alla cellule, in grado di modificare il comportamento la cellula stessa.
3) Gli scienziati ritengono che quando una cellula staminale umana si dividea generi probabilmente O due cellule staminali OPPURE due cellule più specializzate. Nel moscerino della frutta, le cellule staminali
sono in grado di generare sia una cellula staminale che una cellula più specializzata durante la stessa divisione cellulare.
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Perchè auto‐rigenerarsi E differenziare?
1 cellula staminale
1 cellula
staminale
Auto‐rigenerazione:
mantiene la riserva di cellule staminali
4 cellule specializzate
Differenziamento: sostituisce le cellule
danneggiate o morte durante tutta la vita
Perchè auto‐rigenerarsi E differenziare?
1) L’auto‐rigenerazione è necessaria in quanto se le cellule staminali non si auto‐
generassero, terminerebbero presto. Per l’organismo è importante mantenere una riserva di cellule staminali da utilizzare lungo tutta la vita.
2) Il differenziamento è importante, dal momento che le cellule specializzate vengono usate, danneggiate o muoiono durante tutta la vita. Le cellule specializzate non sono più in grado di dividersi e di generare copie di se stesse, ma allo stesso tempo devono essere rimpiazzate per permettere al tuo corpo di funzionare adeguatamente. Per esempio, il tuo corpo necessita di 100.000 milioni di nuove cellule del sangue ogni giorno. Naturalmente, il differenziamento è anche importante per generare tutti i diversi tipi cellulari durante lo sviluppo embrionale.
Possibili domande o convinzioni errate
1) Gli studenti potrebbero aver imparato che “le cellule si dividono per mitosi per generare copie di se stesse e riparare le ferite oppure per sostituire le cellule del sangue”. In questo caso, dovresti spiegare che le cellule specializzate, come quelle della pelle, del sangue o dell’intestino, non sono più in grado di dividersi per mitosi. Ecco perchè abbiamo bisogno delle cellule staminali. Ci sono alcune eccezioni (ad es. cellule del fegato o i linfociti T), ma in generale le cellule specializzate hanno perso la capacità di dividersi. Per un pubblico di adulti, questo aspetto potrebbe essere ulteriormente approfondito introducendo il concetto della presenza di cellule intermedie (i progenitori) tra le cellule staminali e le cellule specializzate che, dividendosi, consentono di dar vita a un vasto numero di cellule (vedere la diapositiva n. 26 sulla rigenerazione dei tessuti).
2) Gli scienziati ritengono che quando una cellula staminale umana si dividea generi probabilmente O due cellule staminali OPPURE due cellule più specializzate. Nel moscerino della frutta, le cellule staminali sono in grado di generare sia una cellula staminale che una cellula più specializzata durante la stessa divisione cellulare.
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Dove si trovano le cellule staminali?
cellule staminali
embrionali
cellule staminali dei tessuti
feto, bambino e durante tutta la vita
blastociste – uno stadio di sviluppo molto precoce dell’embrione
Dove si trovano le cellule staminali?
Ci sono diversi tipi di cellule staminali:
‐ Le cellule staminali embrionali: si trovano nella blastociste, uno stadio di sviluppo molto precoce dell’embrione (quando è formato da circa 50‐100 cellule)
‐ Le cellule staminali dei tessuti: si trovano nei tessuti dell’organismo (nel feto, nel neonato, nel bambino e nell’adulto).
(Le cellule staminali dei tessuti sono a volte chiamate “cellule staminali adulte”, anche se si trovano nel feto e nei neonati, così come negli adulti).
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Tipi di cellule staminali:
1) Le cellule staminali embrionali
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Le cellule staminali embrionali (ES):
Dove si trovano?
blastociste
Cellule interne
= ‘massa cellulare interna’
Strato esterno di cellule
= ‘trofoderma’
Cellule staminali embrionali
prelevate dalla massa cellulare interna
Liquido con nutrienti
Cresciute in laboratorio
per ottenere
molte più cellule Le cellule staminali embrionali: da dove arrivano?
Le cellule staminali embrionali (chiamate anche ES cells, da Embryonic Stem cells) sono prelevate dall’interno della blastociste, uno stadio di sviluppo embrionale molto precoce. La blastociste è una massa di circa 50‐100 cellule che non ha ancora raggiunto l’utero per impiantarsi. La blastociste è composta da uno strato esterno di cellule, una cavità riempita di liquido e un gruppetto di cellule, detto “massa cellulare interna”. Le cellule staminali embrionali si trovano nella massa cellulare interna.
Per una spiegazione semplice e chiara delle procedure che permettono di prelevare le cellule staminali embrionali, guardare il filmato “A Stem Cell Story”, disponibile alla pagina www.eurostemcell.org/films 10
Le cellule staminali embrionali:
Che cosa possono fare?
differenziamento
Cellule staminali embrionali
PLURIPOTENTI
Tutti i possibili tipi di cellule specializzate
Cellule staminali embrionali: che cosa possono fare?
Le cellule staminali embrionali sono straordinarie perchè sono in grado di generare tutti i tipi di cellule che esistono nel nostro organismo. Gli scienziati dicono che queste cellule sono pluripotenti.
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Le cellule staminali embrionali:
Le sfide
cres
c it a
iA
izion
d
n
in c o
crescita in cond
iz
Cellule staminali embrionali
cresc
cre
sc
ita in
ita
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in
ioni B
pelle
neuroni
co n d
izion
i C
co
nd
iz
sangue
ion
iD
fegato
Cellule staminali embrionali: le sfide
Gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di comprendere come e perchè le cellule staminali embrionali siano in grado di produrre la pelle, il sangue, i nervi e ogni altro tipo di cellula specializzata. Che cosa controlla il processo e permette alle cellule staminali di produrre la giusta quantità di ogni tipo di cellula al momento giusto?
La grande sfida degli scienziati è di imparare a controllare queste cellule così
affascinanti. Se potessimo fare in modo che le cellule staminali embrionali formino un particolare tipo di cellula di cui abbiamo bisogno, allora avremmo a disposizione uno strumento straordinario per sviluppare cure per le malattie. Per esempio, forse potremmo far crescere nuove cellule capaci di produrre insulina e poi trasferirle in un paziente diabetico. Ma ci sono ancora tante cose da capire prima che queste terapie possano essere sviluppate. Gli scienziati vorrebbero usare le cellule staminali anche per:
• comprendere come si sviluppano le malattie (realizzando dei modelli di malattia)
• testare farmaci in laboratorio
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Tipi di cellule staminali:
2) Le cellule staminali dei tessuti
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Le cellule staminali dei tessuti:
Dove si trovano?
superficie dell’occhio
pelle
testicoli
cervello
mammella
intestino
midollo osseo
muscoli
Le cellule staminali dei tessuti: dove si trovano?
Tutti noi abbiamo cellule staminali nel nostro corpo in ogni fase della nostra vita. Esse sono fondamentali per stare bene e in salute. Esse sostituiscono le cellule che man mano si danneggiano o sono usurate. Gli scienziati stanno ancora studiando quanti tipi di cellule staminali dei tessuti possediamo e come funzionano.
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Le cellule staminali dei tessuti:
Che cosa possono fare?
Cellula staminale del sangue
si trova nel midollo osseo
MULTIPOTENTI
differenziamento
Solo cellule specializzate del sangue:
Globuli rossi, globuli bianchi, piastrine
Le cellule staminali dei tessuti: che cosa possono fare?
Le cellule staminali dei tessuti spesso possono generare diversi tipi di cellule specializzate, ma esse sono più limitate rispetto alle cellule staminali embrionali. Le cellule staminali dei tessuti possono formare SOLO i tipi di cellule presenti nel tessuto a cui appartengono. Così, le cellule staminali del sangue sono in grado di generare solo le cellule che si trovano nel sangue. Le cellule staminali del cervello possono formare solo i vari tipi di cellule del cervello. Le cellule staminali muscolari sono in grado di generare i vari tipi di cellule muscolari. E così via.
Gli scienziati dicono che le cellule staminali dei tessuti sono multipotenti, perchè esse sono capaci di creare molti tipi di cellule specializzate, ma NON tutti i tipi di cellule di cui è composto l’organismo.
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Tipi di cellule staminali:
3) Le cellule staminali pluripotenti
indotte (iPS)
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Cellule staminali pluripotenti indotte (iPS)
‘riprogrammazione genetica’
= aggiungere alcuni geni alla cellula
Cellula dell’organismo
Cellula staminale pluripotente indotta (iPS)
si comporta come una cellula staminale embrionale
differenziamento
coltivare cellule iPS in laboratorio
Vantaggio: non sono necessari embrioni!
Tutti i possibili tipi
di cellule specializzate
Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPS cells, induced Pluripotent Stem cells)
Nota: questa diapositiva contiene molte informazioni e potrebbe risultare troppo complessa per alcuni tipi di pubblico, a meno che non ci sia sufficiente tempo per la spiegazione e la discussione.
Che cosa sono le cellule iPS?
Nel 2006, gli scienziati hanno scoperto che è possibile generare in laboratorio un nuovo tipo di cellule staminali. Essi hanno scoperto che è possibile trasformare le cellule della pelle di un topo in cellule che si comportano esattamente come le cellule embrionali staminali. Nel 2007, gli scienziati hanno confermato questa scoperta anche con le cellule umane. Le cellule staminali prodotte in questo modo sono state chiamate cellule staminali pluripotenti indotte. Queste cellule sono in grado, così come le cellule staminali embrionali, di generare ogni tipo cellulare presente nell’organismo: per questo vengono chiamate pluripotenti. Creare cellule staminali indotte pluripotenti è un po’ come far tornare le cellule indietro nel tempo. Gli scienziati aggiungono particolari geni alle cellule già specializzate per fare in modo che tornino a comportarsi come le cellule staminali embrionali. Sono i geni a dire alle cellule come devono comportarsi: l’intero processo può essere paragonato al cambiamento del manuale di istruzioni di un programma al computer per fare in modo che il programma svolga un nuovo compito. Gli scienziati definiscono il processo che porta a formare le cellule IPS “riprogrammazione 17
Cellule staminali embrionali pluripotenti indotte (iPS cells)
riprogrammazione genetica
Cellula staminale pluripotente
indotta (iPS)
Cellula prelevata dal corpo (es. pelle)
differenziamento
Cellule staminali pluripotenti indotte ( cellule IPS)
Questa diapositiva rappresenta un’alternativa alla precedente, di cui mostra le stesse informazioni. Per le note esplicative, fare riferimento alla diapositiva precedente.
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Il linguaggio delle cellule staminali
Potenza
misura quanti diversi tipi di cellule specializzate una cellula
staminale è in grado di formare
Pluripotente può generare tutti i tipi di cellule specializzate presenti nell’organismo. Le cellule staminali embrionali sono pluripotenti.
Multipotente può generare molti tipi di cellule specializzate, ma non tutti. Le cellule staminali dei tessuti sono multipotenti. Il linguaggio delle cellule staminali
Gli scienziati utilizzano le parole “pluripotente” e “multipotente” per descrivere le caratteristiche delle cellule staminali. TUTTE le cellule staminali sono in grado di auto‐
rigenerarsi e di differenziare, MA solo alcune sono capaci di generare più tipi di cellule rispetto ad altre. I termini riportati nella diapositiva sono quelli principali da ricordare, ma ci sono anche cellule staminali che sono:
TOTIPOTENTI: sono in grado di differenziarsi in tutti i tipi di cellule specializzate presenti nel nostro organimo e in PIU’ nelle cellule che formano strutture necessarie durante lo sviluppo embrionale, come la placenta, il sacco vitellino e il cordone ombelicale.
UNIPOTENTI: sono in grado di differenziarsi solo in un tipo di cellula specializzata. Per esempio, le cellule staminali degli spermatogonii (che si trovano nei testicoli) sono unipotenti perchè possono formare solo gli spermatozoi. Se sei interessato ad approfondire il linguaggio delle cellule staminali, puoi consultare online il glossario di EuroStemCell alla pagina: www.eurostemcell.org/glossary 19
La Clonazione
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La Clonazione
Esistono DUE TIPI molto diversi di clonazione:
Clonazione riproduttiva
Clonazione molecolare (clonaggio)
gene 1
gene 2
Usata per generare due individui identici Usata per studiare la funzione di un gene
Molto difficile da realizzare
Procedura routinaria nei laboratori di
biologia molecolare
Illegale sull’uomo
Clonazione
Quando la maggior parte delle persone pensa alla clonazione, ritiene che questo
termine indichi il generare una copia di un individuo ‐ un animale o persino una
persona. Questo si chiama clonazione riproduttiva e ha conquistato gli onori della
cronaca alla fine degli anni ‘90 quando “la pecora Dolly” è stata clonata. Dolly è stato il
primo mammifero ad essere stato clonato.
Nella realtà dei fatti, questa tipologia di clonazione è un processo molto complesso ed è
illegale anche solo provare a clonare un essere umano.
C’è un altro tipo di clonazione che i biologi molecolari compiono ogni giorno: la clonazione molecolare (o clonaggio). Si tratta di una tecnica utilizzata per studiare un particolare gene di interesse e capirne la funzione.
Le diapositive presenti successivamente spiegano più in dettaglio i due processi. 21
La clonazione riproduttiva
Cellula prelevata dal corpo
oocita
Rimuovere il nucleo
e tenere il resto
della cellula
Prelevare il nucleo
(che contiene il DNA)
Clone
identico all’individuo che ha donato il nucleo
la pecora Dolly
La clonazione riproduttiva
La pecora Dolly è stata il primo mammifero ad essere stato clonato. Per creare Dolly, gli scienziati hanno prelevato il nucleo da una normale cellula di una pecora e l’hanno trasferito in un oocita deprivato di nucleo. Hanno così generato una nuova cellula. Per permettere a questa cellula di dividersi e di proliferare, le hanno dato uno shock elettrico. La cellula ha iniziato a dividersi e si è sviluppato un embrione. Quando l’embrione è diventato una blastocisti ‐ una massa di circa 50‐100 cellule – è stato impiantato nell’utero di un’altra pecora, in modo che potesse crescere e che un agnellino potesse nascere. L’agnello nato è un clone della pecora da cui è stato tratto il nucleo che ha avviato l’intero processo. Tutte e due hanno lo stesso DNA.
Non sono state clonate riproduttivamente solo pecore. Gli scienziati hanno clonato molti tipi di animali, compresi topi, cani, gatti, rane, oche, cavalli, maiali, conigli e altri ancora. In ogni caso, la clonazione riproduttiva rimane un processo estremamente complesso che non sempre funziona. Clonare un essere umano con questa procedute è
illegale.
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Il clonaggio: Principi
1) Estrarre il DNA dal nucleo
gene 1
gene 2
cellula 1
cellula 2
2) Generare una nuova porzione di DNA
gene 1
gene 1
gene 2
gene 2
3) Mettere il nuovo segmento di DNA in una cellula e crescerne molte copie gene 1
le cellule figlie hanno
lo stesso DNA:
gene 2
Inserire il nuovo DNA
La cellula si divide
i geni 1 e 2 sono
stati clonati
Clonaggio (o clonazione molecolare): i principi
Il clonaggio (o clonazione molecolare) è una procedura utilizzata dagli scienziati per generare copie di un particolare gene di interesse (o di più geni) all’interno di una
cellula. Questa tecnica è usata per scoprire che cosa fa un determinato gene o come funziona. Oggi il clonaggio molecolare è una tecnica utilizzata quotidianamente nei
laboratori. Comprende diversi passaggi:
1) Si preleva il DNA da una cellula.
2) Si isola il gene di interesse (in questo esempio è il gene 2). Si inserisce il gene di
interesse dentro a un segmento di DNA preso da un’altra cellula. Per tagliare il DNA non si usano coltelli o forbici, ma particolari enzimi che sono in grado di rompere la catena del DNA in punti specifici. Per inserire il gene di interesse nel punto giusto (in questo caso subito dopo il gene 1) sSono necessari diversi enzimi che agiscono in modo sequenziale.
3) Dopo aver generato il segmento di DNA che contiene il gene di interesse, esso viene
inserito in una cellula. Quando la cellula si divide, essa formerà copie di se stessa. Ogni nuova cellula figlia a questo punto conterrà una copia esatta del DNA inserito
nella cellula di partenza, incluso il segmento creato in laboratorio che comprende i
geni 1 e 2. I geni sono stati copiati e si dice che sono stati “clonati”.
Questa descrizione della tecnica è stata semplificata. Alcuni passaggi intermedi sono
stati omessi e alcuni dettagli possono variare, ma lo schema illustra il concetto
chiave, ovvero che siamo in grado di generare cellule contenenti particolari geni, in modo da
studiarne la funzione. La prossima diapositiva fornisce alcuni esempi di applicazioni.
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Clonazione molecolare: Applicazioni
Perdita di funzione
Si rimuove il gene di interesse per esaminare se qualcosa funziona diversamente
Gene repoter
Si aggiunge un gene che ci mostra quando il gene di interesse è attivo
Seguire il destino cellulare
Si evidenzia una gruppo di cellule per seguire dove migrano
occhio
embrione di topo
normale
senza il gene A
Il gene A è coinvolto nel processo
che determina il colore dell’occhio
Il gene di interesse è attivo nelle aree evidenziate dal blu
Il gene di interesse gene
è trasmesso alle cellule
di tutto il corpo
Il clonaggio (o clonazione molecolare): le applicazioni
Il clonaggio è una tecnica molto importante che gli scienziati utilizzano per capire il
ruolo dei geni durante lo sviluppo o durante l’evoluzione delle malattie. Alcuni esempi di
come il clonaggio molecolare può essere usato in laboratorio sono:
Studi di perdita di funzione (spesso in laboratorio viene chiamato “knockout genetico”): è una tecnica piuttosto comune e molto utile per comprendere se e come un determinato gene è coinvolto in una malattia. Il gene di interesse viene rimosso oppure
bloccato in modo che non funzioni e si studiano le conseguenze della mancanza del gene. Questa tecnica è stata così importante per la scienza e la medicina che gli
scienziati che l’hanno sviluppata hanno vinto il Premio Nobel per la Medicina nel 2007.
Gene reporter: questa applicazione presuppone l’uso di “colori” per vedere più
chiaramente quando un gene è attivo. Un cosidetto “gene reporter” è inserito nel DNA delle cellule. Il gene reporter produce una proteina colorata, per esempio di blu. Il gene reporter è inserito subito dopo il gene che si vuole studiare (gene x) e questo segmento
di DNA è introdotto nelle celule. Ogni qual volta il gene x è attivo (o “acceso”), anche il
gene reporter lo è. Ciò significa che le cellule che possiedono il gene x attivo, produrranno anche la proteina reporter blu e si coloreranno di blu. Questa procedura
rende molto più facile l’indentificazione delle cellule in cui il gene di interesse è attivo. Seguire il destino cellulare: questa applicazione comporta lo studio del destino di una
particolare cellula e della sua progenie (cioè delle cellule figlie derivate da questa
cellula) nello sviluppo di un organismo. Inizialmente alcune cellule di interesse sono
marcate con geni specifici in modo che possano essere visualizzate dagli scienziati (per esempio un gene che produce una proteina fluorescente di un certo colore). In questo
esempio specifico, le cellule sono marcate di verde. Ogni volta che le cellule di interesse
si dividono, le cellule figlie ereditano il gene per la proteina verde e si colorano di verde. Questo ci permette di seguire la divisione cellulare e il destino delle cellule, cioè di
24
La biologia delle cellule
staminali
- maggiori dettagli
25
Le tipologie di cellule staminali
dei tessuti
e la loro classificazione
26
Cellule staminali dei tessuti:
Principi di base della rigenerazione tissutale
Cellula staminale
cellula staminale:
‐ si auto‐rigenera
‐ si divide raramente
‐ possiede alta potenza
‐ è rara nei tessuti
cellule progenitrici
“orientate”:
‐ si dividono per un periodo di
tempo limitato
‐ sono multipotenti
‐ si dividono rapidamente
‐ non si auto‐rigenerano
cellule specializzate:
‐ svolgono una funzione
precisa
‐ non si dividono
Cellule staminali dei tessuti: principi di base della rigenerazione tissutale
La diapositiva mostra la tipica organizzazione delle cellule di un tessuto, dalle cellule staminali a quelle specializzate.
Le cellule staminali generano cellule progenitrici già “orientate”, cioè indirizzate verso un particolare destino cellulare. Esse non sono completamente differenziate e
possiedono proprietà diverse dalle cellule staminali – si tratta di un tipo intermedio di
cellula.
Le cellule progenitrici si divideranno svariate volte e, tramite passaggi successivi, daranno origine alle cellule specializzate che sono completamente differenziate e
svolgono un preciso compito nel tessuto. Questa organizzazione è propria di molte cellule staminali dei tessuti (alcuni esempi
verranno forniti nelle prossime diapositive).
27
Cellule staminali dei tessuti:
Le cellule staminali ematopoietiche (HSCs)
cellule NK
cellule T
cellule B
cellule dendridiche
megacariociti
HSC
piastrine
eritrociti
macrofagi
neutrofili
Midollo osseo
eosinofili
basofili
cellule progenitrici
cellule specializzate
Le cellule staminali dei tessuti: le cellule staminali ematopoietiche (HSCs, da
Hematopoietic Stem Cells)
HSCs = cellule staminali del sangue
HSCs si trovano nel midollo osseo. Esse danno origine alle cellule progenitrici, che a loro
volta generano tutte le cellule specializzate presenti nel sangue.
28
Cellule staminali dei tessuti:
Le cellule staminali neuronali (NSCs)
Neuroni
Interneuroni
Oligodendrociti
NSC
Astrociti di tipo 2
Astrociti di tipo 1
cervello
cellule progenitrici
cellule specializzate
Cellule staminali dei tessuti: le cellule staminali neuronali (NSCs, da Neural Stem Cells)
NSCs = cellule staminali neuronali
Le cellule NSC si trovano in regioni specifiche del cervello. Esse danno origine alle cellule progenitrici, che a loro volta generano tutte le cellule specializzate presenti nel cervello.
29
Cellule staminali dei tessuti:
Le cellule staminali dell’intestino (GSCs)
cellule di Paneth
cellule di Goblet
GSC
cellule endocrine
cellule colonnari
intestino tenue
cellule progenitrici
cellule specializzate
Cellule staminali dei tessuti: le cellule staminali dell’intestino (GSCs, da Gut Stem Cells)
GSCs = cellule staminali intestinali
Le cellule staminali intestinali si trovano nell’intestino tenue. Esse danno origine alle
cellule progenitrici, che a loro volta generano tutte le cellule specializzate presenti
nell’intestino.
30
Cellule staminali dei tessuti:
Le cellule staminali mesenchimali (MSCs)
osso (osteoblasti)
cartilagine (condrociti)
MSC
midollo osseo
adipe (adipociti)
cellule progenitrici
cellule specializzate
Cellule staminali dei tessuti: le cellule staminali mesenchimali (MSCs, da Mesenchymal
Stem Cells)
MSCs = cellule staminali mesenchimali
Le cellule staminali mesenchimali si trovano nel midollo osseo. Esse danno origine a cellule progenitrici, che a loro volta generano tutti i tipi di cellule mesenchimali (osso, cartilagine e adipe). 31
La dimora delle cellule staminali:
le nicchie di staminalità
32
Le nicchie di staminalità
La nicchia
cellula staminale
È il microambiente che si trova attorno alle cellule staminali, fornisce supporto e segnali che regolano i
nicchia
processi di auto‐rigenerazione e differenziamento
contatto diretto
fattori solubili
cellule intermedie
Le nicchie di staminalità
Le nicchie di staminalità sono un concetto rilevante nella biologia delle cellule staminali. Comprendere il microambiente che circonda le cellule staminali è importante tanto
quanto conoscere le cellule staminali stesse. Il microambiente regola il comportamento
delle cellule staminali e dunque può insegnarci come controllare la crescita delle cellule staminali in laboratorio.
Le nicchie di staminalità possono agire su una cellula staminale in diversi modi:
• tramite il contatto diretto tra cellule della nicchia e cellule staminali
• tramite fattori solubili rilasciati dalle cellule della nicchia, i quali possono raggiungere
le cellule staminali
• tramite cellule “intermedie” che fungono da anello di comunicazione tra le cellule della nicchia e le staminali
Gli scienziati stanno lavorando su questi aspetti per comprendere esattamente come funzionano le nicchie di staminalità, e oggi si conoscono sempre più informazioni sulle
nicchie di alcuni tipi di cellule staminali.
33
Crediti
Crediti Fotografici
Per la concessione a riprodurre le immagini, si ringraziano:
Diapositiva 17, cellule iPS: Keisuke Kaji, Università di Edimburgo, Regno Unito
Diapositiva 28, schemi delle cellule del sangue: Jonas Larsson, Università di
Lund, Svezia
Diapositiva 29, schemi delle cellule intestinali: Hans Clevers e Nick Barker,
Hubrecht Institute, Olanda
Per riutilizzare le immagini indicate sopra, contattare gli autori. Tutte le altre
immagini presenti in questa presentazione possono essere usate liberamente.
Ringraziamenti
Un ringraziamento speciale a Christele Gonneau per la creazione di queste
diapositive e per il suo lavoro instancabile di verifica della correttezza delle note.
Grazie anche a Freddy Radtke di EPFL (Svizzera), la cui slide abbiamo riprodotto
per realizzare la diapositiva 27 relativa alle cellule staminali dei tessuti.
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