| 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.
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
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.
In base alla potenza 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, come le iPs, 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 si classificano anche secondo la provenienza, come adulte o embrionali. Vi sono - in mezzo - le cellule staminali ottenibili dal liquido amniotico, che hanno caratteristiche di entrambe.
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 cordoni ombelicali.
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 sono le cellule staminali che 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 ancora all'inizio, ma potrebbe avere un buon potenziale di sviluppo
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 liquido 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.
Questo genere di terapia, in cui le cellule staminali sono ottenute da un donatore estraneo, è detta allogenica. Quando le cellule sono ricavate dallo stesso paziente sul quale saranno utilizzate è detta autologa e quando provengono da individui identici, è chiamata singenica. Il trasferimento xenogenico tra 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 donazione 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 donazioni dedicate i criteri di selezione e di esclusione dell'unità dalla raccolta e dal congelamento sono meno rigidi rispetto alle comuni donazioni.
In caso diverso è comunque consentito, previa autorizzazione delle autorità competenti (vd Ordinanza ministeriale del 13 aprile 2006 pubblicata su G.U. del 9 maggio 2006), raccogliere il sangue placentare e spedirlo all'estero per la criopreservazione presso laboratori privati.
Ricercatori in Corea del Sud hanno annunciato nel novembre del 2004 di aver sperimentato con successo terapie basate su cellule staminali multipotenti (somatiche) da cordone per permettere ad una donna paralizzata di camminare con l'aiuto di un tutore. Ciò è stato reso possibile isolando le cellule staminali dal cordone ombelicale e iniettandole nella zona danneggiata della colonna vertebrale della paziente. Il lavoro è stato svolto dal professor Song Chang-hun della Chosun University, dal professor Kang Kyung-susn della Seoul National University, e dalla Seoul Cord Blood Bank
Le cellule staminali "amniotiche" possono essere ottenute dal campione residuo prelevato per l'effettuazione dell'esame di diagnosi prenatale 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 embrionali. Le caratteristiche di vitalità e potenzialità differenziative delle cellule amniotiche le rendono uniche nella storia biologica di un individuo, con caratteristiche molto importanti sia rispetto a quelle embrionali, sia rispetto a quelle adulte (grandi).
Infatti rispetto alle embrionali, quelle amniotiche non hanno 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 possibile 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 molto più "vecchie", meno dinamiche e decisamente meno differenziabili di quelle 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 con certezza si sa che possono differenziarsi in molti tessuti come quelli cartilaginei, ossei, adiposi, neurali... Inoltre una recente pubblicazione di un gruppo franco-italiano ha permesso di differenziare le staminali amniotiche in staminali emopoietiche.
Società private hanno iniziato da poco anche in Italia a proporre la conservazione delle cellule staminali che potrebbero essere utilizzate per il feto stesso, per i parenti o per altre persone biologicamente compatibili, senza dilemmi etici tra donazione e conservazione per se stessi.
In sintesi, è possibile affermare che le cellule staminali presenti nel liquido amniotico sono in grado di differenziarsi in tutti i tipi di cellule adulte, ma mantengono caratteristiche di "gioventù" uniche nel percorso biologico dell'individuo.
Cellule staminali sono presenti anche negli adulti.
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.
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 Montreal 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.
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).
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
Nella maggior parte dei casi, dopo il parto, il cordone ombelicale viene gettato insieme agli altri rifiuti ospedalieri. In alcuni ospedali, è però possibile richiedere la conservazione delle cellule staminali cordonali. Le cellule contenute nel cordone ombelicale sono staminali adulte, il cui utilizzo non è più soggetto alle limitazioni e alle controversie etiche riguardanti le staminali embrionali. La normativa non specifica se è consentita anche la conservazione delle staminali cordonali del feto, in caso di interruzione della gravidanza. Le cellule staminali possono essere conservate per un massimo di trent'anni, immerse in celle di azoto liquido o di vapori di azoto a -170 / -190 °C. Le cosiddette "banche di conservazione delle cellule staminali" non sono altro che laboratori in cui le unità di sangue prelevate da ciascun cordone ombelicale vengono stoccate in capienti contenitori di azoto liquido fino al momento del loro eventuale utilizzo. In Italia, esistono banche cordonali presso alcuni istituti pubblici ma, secondo un'ordinanza ministeriale del 2007, "è vietata l'istituzione di banche per la conservazione di sangue dal cordone ombelicale presso strutture sanitarie private";
Le banche pubbliche sono state istituite per conservare il sangue cordonale dei neonati per cui esiste un'elevata familiarità per alcune gravi patologie - si parla in questo caso di "donazione 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 "donazione eterologa". Nelle banche private, l'unità di sangue prelevata dal cordone ombelicale di un bambino viene invece conservata a suo nome - si parla di "donazione autologa" - e diventa a tutti gli effetti una sua proprietà; il sangue rimane così ibernato fino al momento in cui dovesse servire allo stesso bambino (trapianto autologo) o eventualmente a un suo familiare compatibile. La legislazione in materia di conservazione del sangue del cordone ombelicale è diversa da Paese a Paese, anche nell'ambito dell'Unione Europea: alcune nazioni prevedono solo la donazione eterologa, altre danno libero accesso a tutte le possibilità, e altre ancora hanno vincolato la donazione autologa a particolari criteri.
Con l'entrata in vigore del decreto legge 31 dicembre 2007, n. 248 (cd. milleproroghe), è stata autorizzata anche in Italia la raccolta autologa in una struttura privata, previamente autorizzata dalla relativa Regione competente, ma anche in questo caso sono stati definiti precisi criteri che ne limitano l'accesso.
La donazione autologa, ovvero la conservazione in strutture private, è sempre a carico dei genitori e il costo varia a seconda delle strutture in relazione alle diverse offerte (in termini di gestione del servizio e di durata della conservazione), ma in linea di massima si aggira complessivamente intorno ai 2000-2500 euro per 20-30 anni. La sottoscrizione di un contratto pluriennale di affido presso una di queste strutture, che sia sammarinese o più in generale estera, avviene generalmente via internet; le stesse inviano poi per posta un kit per il prelievo e per il trasporto del sangue del cordone ombelicale, così come tutte le indicazioni necessarie ai genitori, dalla documentazione relativa alle analisi, alla richiesta da presentare all'ospedale in cui hanno scelto di partorire.
Tecnicamente, la conservazione autologa ha costi maggiori dell'eterologa poiché la permanenza delle cellule in "ibernazione" dura in media molti più anni, potenzialmente il massimo fra la vita del donatore e il periodo di conservazione (vita utile) delle cellule permesso dalla tecnologia attuale.
Attualmente, è in corso un dibattito "etico" tra conservazione eterologa e autologa in quanto secondo alcuni la prima impone una donazione "forzata" dalla legge, mentre per altri quella autologa è un fattore di spreco, se si considera che una minima parte dei donatori si ammalerà e avrà realmente bisogno delle proprie staminali cordonali.
La conservazione autologa ha il vantaggio della totale assenza di rigetti negli autotrapianti d'organi e tessuti, il rischio zero di contrarre nuove malattie che invece esiste, nonostante i controlli, per i trapianti da donatore diverso e compatibile, talora accettati (con malattie curabili) per la scarsa offerta, la sicura disponibilità in caso di necessità con tempi di attesa nulli. Una diffusione massiva della conservazione autologa, estesa a tutti i neonati, porrebbe in secondo piano il problema della distruzione - spreco delle staminali non trapiantate nel periodo utile, poiché quasi ogni famiglia avrebbe un donatore compatile in caso di necessità. Le staminali cordonali di un feto, in caso di aborto, potrebbero inoltre essere conservate in modo autologo (inteso nel senso più esteso) per i famigliari, oppure, se già dispongono di proprie cellule staminali, cosa probabile se la diffusione dell'autologa è massiva, destinarle alla donazione. Un secondo problema etico è posto dai progressi delle tecnologie di refrigerazione, che in futuro potrebbero rendere possibile una conservazione delle staminali più lunga della vita media, ed un trapianto delle staminali di un donatore deceduto. 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. Per il momento, vengono utilizzate fondamentalmente in alternativa al trapianto di midollo osseo
Si tratta di una novità recente[8], che vede soggetti privati e pubblici attivi anche in Italia[9], dove non esiste legislazione contraria. Infatti per le cellule amniotiche non vi sono 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. Anche poi per il fatto che le cellule amniotiche non rientrano concettualmente nella linea legislativa del sangue e dei suoi derivati, la loro conservazione è consentita in tutto il mondo, proprio per non perdere un patrimonio del feto che è unico nella vita dell'individuo.
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
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