Bioetica Genetica, Biotecnologie, Clonazione, Cellule Staminali: Elementi Tecnico-Scientifici 1° Corso A.M.C.I. di Formazione in Bioetica 22 ottobre 2005 • Il Genoma e le Malattie Genetiche nell’Uomo • I Test Genetici • Fecondazione Assistita e Clonazione • Le Cellule Staminali: Potenziali Impieghi Ai Confini della Vita 2 Ai Confini della Vita 3 Il Cariotipo Umano Normale (Maschile) 46,XY Ai Confini della Vita 4 Ai Confini della Vita 5 Ai Confini della Vita 6 Ai Confini della Vita 7 Organizzazione del Genoma Umano • Il DNA è contenuto in molecole distinte (cromosomi), costituite da DNA e proteine • Le cellule germinali contengono 23 cromosomi, quelle somatiche ne contengono 46 • Ciascun cromosoma contiene in media più di 1000 diversi geni, le unità fondamentali del materiale genetico • Il genoma umano contiene 25.000-40.000 geni • Ogni gene codifica per (almeno) una diversa proteina Ai Confini della Vita 8 Classificazione delle malattie genetiche • Monogeniche (o mendeliane) – β-talassemia – Distrofia muscolare di Duchenne • Cromosomiche – Sindrome di Down – Sindrome di Klinefelter • Multifattoriali – Diabete – Cancro – Labiopalatoschisi Ai Confini della Vita 9 Ai Confini della Vita 10 Ai Confini della Vita 11 Ai Confini della Vita 12 Ai Confini della Vita 13 DETERMINAZIONE DEL GRADO DI FAMILIARITA’ Incidenza popolazione generale 4/1.000(0.4%) Diabete tipo I (giovanile) Incidenza tra i fratelli di soggetti affetti: 6/100 (6%) 6/0.4 = 15 = grado di familiarità nei fratelli (λs) s=siblings (fratelli/sorelle) Ai Confini della Vita 14 Categorie di Test Genetici • • • • • Diagnostici “A cascata” Di screening Predittivi/Presintomatici Prenatali Ai Confini della Vita 15 Ai Confini della Vita 16 Categorie di Test Genetici • • • • • Diagnostici “A cascata” Di screening Predittivi/Presintomatici Prenatali Ai Confini della Vita 17 I 2 1 3 4 II 1 2 4 3 5 III 1 2 Fibrosi Cistica Ai Confini della Vita 18 Categorie di Test Genetici • • • • • Diagnostici “A cascata” Di screening Predittivi/Presintomatici Prenatali Ai Confini della Vita 19 Categorie di Test Genetici • • • • • Diagnostici “A cascata” Di screening Predittivi/Presintomatici Prenatali Ai Confini della Vita 20 I 1 Br. Ca. 46 aa. 2 II 1 Br. Ca. 48 aa. 3 2 Br. Ca. 36 aa. III 1 2 3 4 5 6 Ai Confini della Vita 7 8 9 21 Quesiti • Nella mia famiglia c’è una predisposizione allo sviluppo di tumori? • E’ possibile stabilire qual è il mio rischio, e quali tipi di tumore riguarda? • Si può vedere dalla “mappa genetica”? • Che cosa posso fare per prevenirli? • Si può usare la terapia genica? • E che cosa succederà ai miei figli? Ai Confini della Vita 22 I 1 Br. Ca. 46 aa. 2 II 1 Br. Ca. 48 aa. 3 2 Br. Ca. 36 aa. III 1 2 3 4 5 6 Ai Confini della Vita 7 8 9 23 TEST GENETICI: POSSIBILI ESITI – Positivo – Negativo – Non Informativo Dipendono dalla finalità con cui il test viene eseguito e dalla “patologia molecolare” della specifica malattia Ai Confini della Vita 24 I 1 Br. Ca. 46 aa. 2 II 1 Br. Ca. 48 aa. 3 2 Br. Ca. 36 aa. III 1 2 3 4 5 6 Ai Confini della Vita 7 8 9 25 CATEGORIE DI TEST PER LA PREDISPOSIZIONE GENETICA A TUMORI E POSSIBILI ESITI • Test di screening mutazionale – positivo – non informativo • Test predittivo – positivo – (vero) negativo Ai Confini della Vita 26 TEST GENETICI PER LA PREDISPOSIZIONE A TUMORI: FATTORI COMPLICANTI • Eterogeneità allelica • Eterogeneità genetica • Incompleta conoscenza dei geni implicati e dei meccanismi mutazionali • Difficoltà nell’interpretazione di alcuni risultati (es. varianti non classificate) • Fenocopie Ai Confini della Vita 27 Categorie di Test Genetici • • • • • Diagnostici “A cascata” Di screening Predittivi/Presintomatici Prenatali Ai Confini della Vita 28 Prelievo di tessuti fetali (amniocentesi (amniocentesi,, villocentesi, villocentesi, cordocentesi) cordocentesi) Coltivazione delle cellule fetali Diagnosi citogenetica Ai Confini della Vita Estrazione del DNA Diagnosi molecolare 29 Tecniche di Diagnosi Prenatale • • • • • • • Villocentesi (CVS) Amniocentesi Funicolocentesi Fetoscopia –biopsia di tessuti fetali Ecografia Diagnosi pre-impianto Analisi di cellule fetali nel sangue materno Ai Confini della Vita 30 Diagnosi Genetica Preimpianto Analisi di materiale genetico embrionario effettuata su un campione rappresentativo ad uno stadio di sviluppo precedente l’impianto nella parete uterina Ai Confini della Vita 31 Tessuti per la Biopsia Preimpianto Oocita Corpo Polare Stadio di clivaggio Blastocisti Blastomero Trofoectoderma Ai Confini della Vita 32 Il principio della PGD affetto affetto affetto Trasferire solo gli embrioni “sani” nella paziente Ai Confini della Vita 33 TEST GENETICI SUI MINORI • In quali condizioni sono indicati? • A quale età iniziare a proporli? Ai Confini della Vita 34 Fattori etici in consulenza genetica Beneficialità Autonomia Primum non nocere Ai Confini della Vita 35 Autonomia • Diritto dell’individuo ad agire liberamente, sulla base di informazioni adeguate e senza coercizioni • Diritto a non ricevere le informazioni Ai Confini della Vita 36 Paternalismo (beneficialità vs. autonomia) • Safer vs Pack (1996, USA): una donna affetta da cancro del colon denuncia l’ospedale in cui lavorava il medico che 40 anni prima aveva diagnosticato la stessa malattia a suo padre. All’epoca il padre aveva espressamente chiesto che la sua famiglia non fosse informata della diagnosi di cancro. La figlia riteneva che fosse dovere inderogabile del medico informarla del suo rischio di cancro determinato dalla storia familiare. • Dovere di informazione vs. autonomia decisionale del singolo! Ai Confini della Vita 37 Rischi dei test genetici Possono indurre eccesso di ansia Possono rovinare i rapporti familiari Possono determinare discriminazione in ambito assicurativo (vita; sanitaria), in ambito lavorativo, e nelle relazioni sociali. Ai Confini della Vita 38 Rischi dei test genetici Ai Confini della Vita 39 Anamnesi familiare e personale Esame obiettivo, indagini di laboratorio/strumentali Verifica documentazione clinica Diagnosi Formulazione rischio a priori e informazione su storia naturale e aspetti genetici (Sessione “Educativa”) Test disponibile Test eseguito Positivo Negativo Test non disponibile Test rifiutato Sorveglianza popolazione generale Offerta protocollo specifico di sorveglianza Ai Confini della Vita 40 Consulenza genetica il ruolo del genetista clinico è quello di stabilire (o verificare) una diagnosi accurata su cui basare la consulenza e definire prognosi e follow-up, identificare il rischio di trasmettere la malattia e le modalità con le quali questa può essere prevenuta o controllata. Questo processo è di tipo comunicativo e deve essere in grado di fornire adeguato supporto nella comprensione del significato della malattia genetica e sulle conseguenti decisioni da affrontare (mod. da Kingston, 1994) Ai Confini della Vita 41 “The greatest threat to our democracy comes from …. oligarchy, the rule of the few who claim to be the best… Democracy could be eroded by the cunning merchants of genetic superiority” (Charles Van Doren) Ai Confini della Vita 42 Galacidalacidesoxiribunucleicacid (Omaggio a Crick e Watson) Salvador Dalì, 1962-63 Ai Confini della Vita 43 Clonazione cellulare Si ottiene dalla divisione di una singola cellula posta in una piastra di coltura → in questo modo si ottiene una popolazione di cellule identiche Clonazione Animale: Tappe Storiche (1) • 1892: Driesch dimostra che ogni singola cellula di un embrione di riccio animale allo stadio di 24 cellule può dare origine ad un embrione perfettamente formato • 1894: Loeb dimostra nel riccio di mare che singoli nuclei di cellule embrionali possono dare origine ad embrioni che giungono a maturazione completa • 1928: Spemann dimostra nella salamandra che i nuclei di cellule provenienti da embrioni allo stadio di 16 cellule possono dare origine ad individui completi Ai Confini della Vita 45 Ai Confini della Vita 46 Ai Confini della Vita 47 UN ESPERIMENTO “FANTASTICO” “Immaginiamo che si possa introdurre il nucleo di una cellula differenziata, magari di una cellula adulta, in un oocita privato del proprio nucleo. Che cosa accadrebbe?” Hans Spemann, 1938 Ai Confini della Vita 48 Clonazione Animale: Tappe Storiche (2) • 1952: Briggs e King ottengono girini di Rana pipiens effettuando per la prima volta esperimenti di trasferimento nucleare • 1958: Fischberg, Elsdale e Gurdon ottengono esemplari adulti di rana sudafricana mediante trasferimento nucleare • 1962: Gurdon effettua con successo esperimenti di trasferimento nucleare utilizzando cellule intestinali differenziate di rana adulta • 1986: Willadsen clona una pecora mediante trasferimento nucleare utilizzando cellule embrionali (stadio di 8 cellule) Ai Confini della Vita 49 Ai Confini della Vita 50 Clonazione Animale: Tappe Storiche (3) • 1995: Wilmut e Campbell producono Megan e Morag, nate dopo esperimenti di trasferimento nucleare a partire da cellule embrionali differenziate • 1997: viene segnalata la nascita di Dolly, il primo essere prodotto mediante clonazione da cellule adulte • 1997: nasce Polly, ottenuta per clonazione da un fibroblasto fetale nel quale è stato introdotto il gene che codifica per il fattore VIII della coagulazione • 1998: vengono allestite linee cellulari pluripotenti da embrioni umani Ai Confini della Vita 51 CELLULA STAMINALE TOTIPOTENTE E’ UNA CELLULA DOTATA DI DUE PROPRIETA’ FONDAMENTALI: 1. Capacità di autoriproduzione illimitata (ovvero di riprodursi senza differenziarsi) 2. Capacità di dare origine a cellule progenitrici di transito, con capacità proliferativa limitata, dalle quali discendono popolazioni di cellule altamente differenziate Ai Confini della Vita 52 Ai Confini della Vita 53 Ai Confini della Vita 54 Ai Confini della Vita 55 Ai Confini della Vita 56 Ai Confini della Vita 57 Ai Confini della Vita 58 Ai Confini della Vita 59 CLONAZIONE: PROBLEMI • Bassa efficienza delle procedure attuali (Dolly è l’unico embrione sopravvissuto su 277 ricostruiti) • La probabilità che una gravidanza ottenuta da trasferimento nucleare arrivi a termine è 10 volte inferiore rispetto a quelle naturali • La frequenza di morti neonatali negli animali prodotti per clonazione è 3 volte superiore rispetto alle gravidanze naturali • Gli animali nati da queste procedure tendono ad avere dimensioni superiori alla norma (“large fetus syndrome”) → difetto del normale ”Imprinting Genomico”? Ai Confini della Vita 60 CLONAZIONE: POTENZIALI APPLICAZIONI • Miglioramento delle conoscenze • Miglioramento della qualità degli animali da allevamento • Conservazione di specie in via di estinzione • Produzione di animali geneticamente trasformati (es., per produrre farmaci utili, o animali resistenti a malattie) • Xenotrapianti • Produzione di cellule staminali per la terapia “cellulare” o “riparativa” • Clonazione umana (es., per evitare la trasmissione di difetti genetici) Ai Confini della Vita 61 CELLULE STAMINALI Ai Confini della Vita 62 Ai Confini della Vita 63 Cellule Staminali Adulte Ai Confini della Vita 64 Medicina Rigenerativa con Cellule Staminali Ai Confini della Vita 65 Ai Confini della Vita 66