le cellule staminali

Le cellule del corpo non
vivono isolate ma si
organizzano a formare
tessuti
I tessuti
• studio dei tessuti: è compito dell’I STOLOGIA
(dal greco istos, tela e logos, discorso).
I tessuti
• UN TESSUTO:
è formato da cellule e matrice extracellulare
(ECM) che è l’ambiente in cui la cellula si
trova immersa.
I tessuti: struttura
• Cellule: sono i “mattoni” del tessuto;
• Matrice extracellulare (ECM): è la…
“calce” che unisce i mattoni.
I tessuti: struttura e funzioni
• Cellule di uno stesso tessuto: possono costituire
popolazioni anche diverse per forma, dimensioni,
origine embrionale e funzioni
• matrice extracellulare (ECM): è formata da
macromolecole più o meno organizzate tra le quali
filtra il liquido extracellulare.
Di volta in volta studieremo sia le diverse cellule sia le
componenti della ECM che formano i vari tessuti del corpo
umano in rapporto alla FUNZIONE che ogni tessuto deve
svolgere.
Le macromolecole biologiche
• Una macromolecola è una molecola di
dimensioni molto grandi e di peso molecolare
molto elevato
• Le macromolecole biologiche più importanti sono:
-le proteine (polimeri di amminoacidi)
-i polisaccaridi (sono glucìdi complessi, come
l'amido);
-il DNA e gli RNA (acidi nucleici, polimeri di
nucleotidi);
-i lipidi semplici (es.: trigliceridi) e complessi (es.:
fosfolipidi).
LE CELLULE UMANE
• Il corpo umano contiene circa 10.000
(100.000?) miliardi di cellule che si
uniscono a formare i tessuti e più tessuti
formano organi come i muscoli, il cervello,
il fegato, ecc.
• DA DOVE HANNO ORIGINE
I TESSUTI DEL NOSTRO
CORPO?
L’ORIGINE DEI TESSUTI
Il DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
Tutte le cellule dell’organismo adulto derivano da una
sola cellula iniziale, lo zigote (=ovocita fecondato)
IL DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
Embrione di topo
A, stadio a 2 pronuclei
Tutte le cellule dell’organismo derivano dallo zigote
IL DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
• Embrioni di topo a diversi stadi di sviluppo:
•
•
•
•
A, stadio a 2 pronuclei;
B, stadio a 2 blastomeri;
C, stadio a 4 blastomeri;
D, stadio a 8 blastomeri;
E, stadio a circa 16 cellule
F, stadio di blastocisti iniziale;
G, blastocisti espansa con zona pellucida
H, blastocisti dopo la schiusa.
SVILUPPO E DIFFERENZIAMENTO
243 = 8.796.093.022.208
numero mitosi
numero delle cellule risultanti
Basterebbero 43 o 44 divisioni cellulari
dell’uovo fecondato per formare un essere
umano (nel corpo umano adulto ci sono circa
10.000 mld di cellule).
In realtà le cellule che si formano durante lo
sviluppo sono diverse tra loro e dall’uovo da
cui derivano (differenziamento)
DIFFERENZIAMENTO
Tutte le cellule di un organismo derivano dallo stesso uovo
fecondato per cui tutte, eccezioni a parte, devono
necessariamente contenere la stessa informazione genetica.
Tuttavia, le cellule spesso differiscono tanto sia per struttura
sia per funzione che è difficile concepire come esse possano
contenere la stessa informazione genetica.
DIFFERENZIAMENTO
In realtà le cellule si differenziano le une dalle altre perché
attivano e disattivano selettivamente geni diversi in una
sequenza programmata.
Tali modificazioni delle caratteristiche delle cellule,
così finemente orchestrate, sono spesso irreversibili.
DIFFERENZIAMENTO
Gastrulazione nell’Anfiosso
Si attua già durante lo sviluppo
embrionale con la formazione dei
foglietti embrionali.
Da essi deriveranno tutte le cellule
dell’organismo.
La clonazione dimostra che il nucleo
non è il solo elemento responsabile del
differenziamento e che i fenomeni
regolatori dell’attività genica sono
reversibili. Perciò, va sottolineata
l’importanza dei segnali citoplasmatici.
ISTODIFFERENZIAMENTO
E’ la progressiva organizzazione
delle varie popolazioni cellulari in
tessuti diversi.
Una o più popolazioni cellulari
con forme e funzioni anche
diverse tra loro si associano a
formare un tessuto.
T. epiteliali, connettivali, muscolari, nervosi: sono formati
dalla associazione tra le diverse popolazioni cellulari (circa
500) presenti nell’organismo umano. Più tessuti formano gli
organi che si associano in sistemi e apparati correlati per
svolgere le funzioni vitali dell’ organismo.
DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
LE POPOLAZIONI CELLULARI
1) cellule perenni: non si dividono nel
tessuto ormai sviluppato. Es.: c. nervose,
c. cardiache, ovociti.
2) cellule stabili: normalmente non si
dividono, ma possono farlo in seguito a
stimoli particolari. Es.: c. epatiche,
fibroblasti, condrobl, osteobl., c. musc.
lisce, ecc.
3) cellule labili (rinnovabili): si
dividono continuamente. Es.: c. del
sangue, c. dell’epidermide.
MANTENIMENTO DELLO STATO
DIFFERENZIATO
Il differenziamento non è un fenomeno
esclusivo della vita embrionale. Ad esempio, i
tessuti soggetti a rinnovamento (sangue,
connettivi, epiteli), hanno una riserva di cellule
dette staminali (stem cells) poco differenziate
che, proliferando, assicurano un apporto
continuo di cellule a tali tessuti.
LE CELLULE STAMINALI
1. Cosa sono le cellule staminali ?
Sono cellule “bambine” non ancora differenziate, cioè che
non hanno ancora assunto una funzione specifica e che si
trovano nell’organismo adulto (nel sangue, nel midollo
osseo, nella pelle, ecc.), nel feto, nell’embrione, nel cordone
ombelicale. La loro caratteristica è quella di essere in grado
di autorinnovarsi e di dare origine a cellule in grado di
differenziare.
LE CELLULE STAMINALI
2. Perché sono studiate con tanto interesse?
Per la possibilità di ricavarne tessuti, parti di organo
o addirittura organi interi da utilizzare come “pezzi
di ricambio” per curare malattie degenerative o
lesioni, anche se per ottenere ciò bisogna passare
attraverso processi molto complessi.
LE CELLULE STAMINALI
Cellula staminale: Cellula immatura, quiescente, capace di
autorinnovarsi (self-renewal) e di dare origine a tutte le popolazioni
cellulari di uno o più tessuti.
Se stimolata, può riprodursi in maniera accelerata e ricostituire il
tessuto o i tessuti per cui è predisposta.
LE CELLULE STAMINALI
Normalmente, da cellule staminali nascono:
1. sia nuove cellule staminali,
2. sia cellule capaci di dividersi rapidamente, ma probabilmente solo
un numero finito di volte, che cominciano anche il processo di
differenziamento: queste ultime costituiscono il cosiddetto
compartimento di espansione del tessuto.
IL DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
LE CELLULE STAMINALI
Le cellule staminali hanno differenti potenzialità e pertanto si distinguono:
Cellule staminali totipotenti
cellule staminali multipotenti
cellule staminali pluripotenti
LE CELLULE STAMINALI
Cellula staminale totipotente: Cellula capace di dare
origine a tutte le popolazioni cellulari dell'organismo.
Tali sono le cellule all'interno della morula o della
blastocisti, cioè di stadi precoci dello sviluppo
embrionale (prima settimana di sviluppo nell'uomo).
IL DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
LE CELLULE STAMINALI
Nelle successive fasi del loro sviluppo le cellule totipotenti perdono in parte
questa capacità e diventano cellule multipotenti ognuna delle quali può ancora
evolvere verso molti tipi di cellule ma non verso tutti i tipi. Le cellule
multipotenti formano tre strati o foglietti embrionali che sono denominati
ectoderma, mesoderma ed endoderma.
Dall'ectoderma avrà origine l’epidermide con i capelli, i peli, le ghiandole
sebacee e le ghiandole sudoripare, e inoltre formerà il sistema nervoso con il
cervello e il midollo spinale. Dal mesoderma si svilupperanno il tessuto
sottocutaneo, i muscoli, lo scheletro, i vasi sanguigni, i dotti linfatici, i reni, le
ghiandole sessuali, il tessuto connettivo e i globuli rossi. L’endoderma formerà
l’intestino, i polmoni e il sistema urinario.
Proseguendo lo sviluppo, le cellule multipotenti diventano cellule staminali
pluripotenti capaci di dare origine a più popolazioni cellulari, in generale a
tutte quelle di un tessuto (ad esempio, tutte quelle del midollo osseo o tutte
quelle dell'epitelio della mucosa intestinale, sia nelle ghiandole sia sulla
superficie).
LE CELLULE STAMINALI
Cellule totipotenti
Cellule multi- pluri- ed unipotenti
Cellule pluripotenti
Cellule pluripotenti
LE CELLULE STAMINALI
Potenza prospettica di una cellula staminale: è l’insieme
delle capacità di sviluppo che una cellula staminale possiede.
Di regola, ad esempio, una cellula staminale del sangue potrà
dare origine a cellule sanguigne, ma non a cellule del
rivestimento intestinale o del sistema nervoso o dei muscoli, e
reciprocamente una cellula staminale di questi tessuti potrà
dare origine a cellule del medesimo tessuto, ma non di altri.
Peraltro, recenti dati sperimentali suggeriscono che sia possibile
una variazione della programmazione delle cellule staminali, tale
che quelle provenienti da un certo tessuto possano - sotto
opportuni stimoli ancora da definire con precisione - dare origine
a cellule di un altro tessuto.
IN SINTESI
La possibilità di sostituire o rigenerare parti malfunzionanti dell'organismo
con nuovi tessuti ottenuti da cellule staminali ha suscitato grandi
speranze, ma anche polemiche e risultati scientifici contrastanti.
Le cellule staminali embrionali hanno grandi potenzialità, ma gli
scienziati stentano ancora a comprenderne il funzionamento e a
controllarle. Le staminali adulte sono forse più facili da utilizzare per
alcuni scopi, ma la loro vera origine e l'ampiezza della loro
versatilità sono ancora poco chiare.
Prima di poter applicare su vasta scala terapie basate sulle cellule
staminali restano da superare numerosi ostacoli, di natura sia
scientifica sia politica.
(tratto da “Le Scienze” 431/luglio 2004)
ISTOLOGIA
Nei prossimi incontri studieremo i vari tessuti
del corpo umano.
Tessuto=cellule e ECM.
Distinguiamo 4 grandi categorie di diversi tessuti:
T. epiteliali, connettivali, muscolari, nervosi.
Sono formati dalla associazione delle circa 500 diverse
popolazioni cellulari presenti nell’organismo umano. Più tessuti
formano gli organi che si associano in sistemi e apparati
correlati per svolgere le funzioni vitali dell’ organismo.
• La forma cellulare:
IL
DIFFERENZIAME
NTO
CELLULARE
Alcuni esempi di
cellule, appartenenti a
differenti tessuti, che
mostrano una ampia
varietà di forme,
legate anche alla
diversa funzione da
svolgere.
La forma cellulare:
IL DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE
Cellule di un dato tessuto (es.: epidermide) possono avere forma e
dimensioni differenti a seconda della posizione che assumono
nell’ambito del tessuto stesso.
Epitelio pavimentoso pluristratificato non cheratinizzato (ad
esempio, interno della guancia umana).
IL DIFFERENZIAMENTO
CELLULARE