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•La ricerca sulle cellule staminali rappresenta un
passo avanti nelle conoscenze sullo sviluppo degli
organismi viventi, da una singola cellula a sistemi
complessi.
•Mette in atto il tentativo di sostituire con cellule sane
quelle danneggiate o patologiche.
•Essa investe sulla possibilità di sviluppare terapie
sulla base modelli cellulari, una medicina definita
rigenerativa o riparativa.
•Le cellule staminali sono tra le più affascinanti
frontiere della bio-medicina moderna
•È ancora più importante, per tale motivo, rispondere
ai normali quesiti delle persone comuni, quali:
•Che cosa sono le cellule staminali embrionali?
• Da dove provengono?
•Quali nuove opportunità terapeutiche offrono?
Le cellule staminali embrionali (ES CELLS), come
suggerisce il nome, sono derivate dall’embrione
In particolare, le cellule staminali embrionali sono
derivate da un embrione che si può sviluppare da
cellule uovo fertilizzate in vitro, in una struttura
clinica specializzata, quindi donate a fine di ricerca,
previo consenso informato dei donatori
Non sono mai utilizzate cellule uovo fertilizzate nel
corpo femminile, cioè in utero
Gli embrioni dai quali si estraggono le cellule staminali
embrionali sono selezionati entro 4-5 giorni dalla
fertilizzazione e si presentano come un piccolo gruppo
cellulare visibile al microscopio in forma di BLASTOCISTI
La blastocisti
tre strutture:
comprende
1- trofoblasto, strato
cellule che circonda
blastocisti;
di
la
2- blastocele, la sua cavità
centrale;
3- massa cellulare al
centro, composta di circa
trenta cellule.
1
2
3
•La crescita delle cellule in laboratorio è nota come coltura
cellulare
•Le cellule staminali embrionali umane sono state separate
grazie all’isolamento della massa cellulare centrale in una
piastra colturale di plastica che contiene un brodo nutriente
denominato terreno di coltura
•Nel corso dei giorni successivi al prelievo, le cellule centrali
proliferano ed iniziano a colonizzare la piastra di coltura.
•Poi esse vengono delicatamente prelevate e piastrate in
numerosi dischi colturali da congelamento.
•Il procedimento viene ripetuto molte volte e per molti mesi, si
definisce sottocoltura, ma ciascun ciclo colturale è
denominato passaggio
•Dopo circa sei mesi, dalle originarie trenta cellule staminali
embrionali, ne sono state ottenute milioni
•Esse sono state fatte proliferare, nel terreno di coltura, ma
non si sono differenziate, sono cellule pluripotenti
• Tale nuova popolazione cellulare è detta linea di cellule
staminali embrionali
•Una volta formata la linea cellulare embrionale, parti di
essa possono essere congelate e inviate ad altri laboratori
per ulteriori colture e sperimentazioni.
Fecondazione
in vitro
Cultura cellule staminali
indifferenziate
Stadio di
BLASTOCISTI
sangue
Massa cellulare
interna
muscoli
nervi
Le cellule staminali hanno due importanti caratteristiche
che le distinguono dagli altri tipi di cellule:
•sono cellule non-specializzate, che si rinnovano per
lunghi periodi di tempo attraverso la divisione cellulare.
•in determinate condizioni sperimentali, esse possono
essere indotte a specializzarsi in cellule con funzioni più
differenti da cellule segnapasso cardiache a quelle
insulino-secretrici di origine pancreatica, o molte altre.
Gli embrioni sui quali sono state condotte le ricerche sono
quelli prodotti finora allo scopo di combattere l’infertilità,
attraverso procedure di fertilizzazione in vitro.
Dopo 3-5 giorni di vita, le cellule staminali dell’embrione,
detto blastocisti, si differenziano in numerosi tessuti, dando
origine a molteplici tipologie di cellule specializzate che
rivestono le più differenti funzioni, divenendo es:
Cellule cardiache
Cellule polmonari
Cellule cutanee
Cellule nervose
In alcuni tessuti dell’adulto, come il midollo osseo, il muscolo,
il cervello, un certo numero di cellule staminali rimangono in
attesa di rigenerare se stesse in caso di lesioni, malattie, ma
anche nel corso dei normali processi biologici di
rinnovamento tissutale
Attraverso approfonditi studi sulle cellule staminali esse
potrebbero in futuro divenire la base per il trattamento di
difficili patologie, quali:
Diabete
Infarto
Fibrosi cistica
Autismo
Sclerosi multipla
Morbo di Parkinson
Alcune forme di cancro
Osteoporosi
Lesioni del midollo spinale
Ictus
Sclerosi laterale amiotrofica
Alzheimer
I ricercatori hanno bisogno di acquisire conoscenze
ancora più raffinate sulle cellule staminali per
comprenderne meglio le proprietà essenziali e le
caratteristiche biologiche che le rendono differenti dagli
altri tipi di cellule specializzate
Le stesse cellule, infatti, potrebbero essere usate per
testare nuovi farmaci, tossine e per comprendere le
anomalie di sviluppo dell’embrione
Tuttavia, è necessario che vengano approfonditi aspetti
importanti ed ancora poco chiari, tra cui:
1.
determinare come tali cellule possano rimanere
indifferenziate e possano rigenerarsi per molti anni;
2.
identificare i segnali che spingono le cellule
staminali a differenziarsi.
BIO-CARATTERISTICHE ESCLUSIVE DELLE CELLULE STAMINALI
Le cellule staminali sono indifferenziate
Una proprietà unica delle cellule staminali è quella di non avere una
specificità tessuto-specifica che le obbliga ad assolvere funzioni
specializzate. Infatti, una cellula staminale non potrebbe lavorare come
le sue vicine, se messa a pompare sangue attraverso il corpo (come un
cardiomiocita); non potrebbe veicolare molecole di ossigeno nel circolo
ematico (come un globulo rosso); non potrebbe inviare segnali
elettrochimici al fine di far muovere il corpo o parlare (come un
neurone). Tuttavia, le cellule staminali possono trasformarsi in cellule
specializzate, da quelle cardiache, ai globuli rossi, ai neuroni.
BIO-CARATTERISTICHE ESCLUSIVE DELLE CELLULE STAMINALI
Le cellule staminali sono in grado di dividersi e
rigenerarsi per lunghi periodi di tempo.
•A differenza delle cellule muscolari, ematiche, o nervose,
che normalmente non sono in grado di replicarsi, le cellule
staminali possono replicarsi innumerevoli volte
•Si definisce proliferazione un certo numero di replicazioni
cellulari
•Una popolazione di cellule staminali originarie che si
replicano per mesi in laboratorio, danno come risultato
milioni di cellule
•Se dopo numerose divisioni le cellule continuano ad
essere indifferenziate, come le parentali, esse si
definiscono auto-rigeneranti a lungo-termine
I fattori specifici e le condizioni che permettono alle
cellule di rimanere indifferenziate rimangono ancora da
identificare ma di grande interesse per i ricercatori.
Perciò un’area di ricerca importante è la comprensione
dei meccanismi bio-umorali che in un organismo maturo
determinano la proliferazione e la fine del blocco
differenziativo di cellule necessarie a riparare uno
specifico tessuto.
Tale elemento è un punto critico per gli scienziati al fine di
comprendere come riuscire a generare un gran numero
di cellule staminali in laboratorio utili per scopi
terapeutici.
BIO-CARATTERISTICHE ESCLUSIVE DELLE CELLULE STAMINALI
Le cellule staminali possono produrre cellule specializzate
Quando cellule indifferenziate si trasformano in cellule
specializzate, il processo è detto differenziazione. I ricercatori
solo ora iniziano a comprendere la serie di segnali necessari
a determinare la catena di eventi che porta alla
differenziazione
•I segnali endocellulari sono regolati da geni, che sono
presenti lungo la catena del DNA e contengono le
informazioni necessarie per la codifica e la regolazione di
tutte le strutture e le funzioni cellulari
•I segnali extracellulari per la differenziazione cellulare
comprendono messaggi chimici secreti da altre cellule,
contatto con le cellule vicine, talune molecole presenti nel
microambiente cellulare
TERMINOLOGIA
-Cellule “totipotenti”: costituiscono un embrione dalla
formazione dello zigote ai 4-5 giorni seguenti; sono identiche
tra loro e non specializzate. Da queste cellule si possono
ottenere tutte le linee cellulari necessarie a formare
l’embrione, e ognuna può generarne uno.
-Cellule “pluripotenti” : isolate dalla massa cellulare interna
allo stadio di blastocisti; hanno la potenzialità di differenziarsi in
qualsiasi cellula di un animale adulto, ma non possono dare
origine ad un embrione.
-Cellule “multipotenti” : hanno la capacità di rinnovarsi
illimitatamente, e sono state identificate nei feti e anche
nell’uomo adulto, ma in numero limitato.
Le cellule staminali adulte possono essere ottenute da:
•midollo osseo,
•placenta,
•sangue del cordone ombelicale,
•endotelio,
•sistema nervoso
•muscolo.
L’utilizzo delle cellule staminali derivate dai tessuti negli
individui adulti ha due limiti:
1.
la difficoltà di isolamento, seguente espansione e
mantenimento in laboratorio nello stato indifferenziato
2.
una volta isolate, la difficoltà di indurne la
differenziazione in molti tessuti diversi da quello dal quale
sono state estratte.
Per chiarire la fonte delle cellule staminali ci si trova di
fronte inevitabilmente al termine “clonazione” ; lo stesso
Comitato Nazionale di Bioetica riprende in modo chiaro
questo concetto, nell’ambito delle raccomandazioni
sull’impiego terapeutico delle cellule staminali.
L'obiettivo della ricerca sulla clonazione umana non è mai
stato quello di clonare persone o creare bambini di riserva.
La ricerca ha come obiettivo quello di ottenere cellule
staminali per la cura di alcune malattie.
Esistono due tipi di Clonazione
•Clonazione per scissione
•Clonazione per trapianto nucleare
CLONAZIONE PER SCISSIONE
Con questa tecnica vengono prodotti embrioni con la
separazione delle cellule nei primi stadi di divisione.
Questa tecnica è stata effettuata con successo su
embrioni umani per aumentare l’efficacia dei metodi di
fecondazione in vitro e della diagnosi preimpiantatoria.
Il procedimento per produrre cellule staminali
embrionali ad essa correlato, comprende
1- la coltura di un embrione fino a uno stadio di blastocisti;
2- dalla blastocisti
viene isolata la massa
di cellule interne, e
messa in coltura per
formare più colonie di
cellule staminali
embrionali.
4- le cellule differenziate
possono poi essere inserite
nei tessuti danneggiati.
3- affinchè avvenga la
differenziazione, si
aggiungono alla colonia i
fattori di differenziazione
specifici;
CLONAZIONE PER TRAPIANTO NUCLEARE
Il materiale di partenza sono degli ovociti, dai quali vengono
aspirati con un ago il globulo polare ed i cromosomi (gli
ovociti vengono enucleati), così che vi rimanga solo il
citoplasma.
Dopo di che avviene la sostituzione (trapianto nucleare) con
il nucleo di una cellula somatica di un paziente; grazie a lievi
scosse elettriche avviene la fusione con il nucleo di queste
cellule somatiche che erano in stato di quiescenza (fase G
zero).
Questa tecnica è stata studiata ed utilizzata per la clonazione
della pecora Dolly.
La produzione di cellule staminali mediante questa tecnica
rende necessaria la formazione di un embrione il cui sviluppo
viene arrestato allo stadio di blastocisti; non si tratta quindi
dello sviluppo completo di un embrione dal quale poi si
preleverebbero tessuti o organi di ricambio.
La tecnica del
trasferimento nucleare
potrebbe essere
impiegata in un
programma
terapeutico al fine di
costituire una fonte
adeguata di
rifornimento cellulare
al paziente.
L’impiego di questa tecnica delinea la possibilità di
avere a disposizione linee cellulari pluripotenti
direttamente dalle cellule trapiantate dai pazienti,
evitando il passaggio della formazione di un
embrione mediante una sorta di “autotrapianto”; al
momento però lo stato delle conoscenze non
permette l’attuazione di quest’ultima opzione.
Il trapianto nucleare somatico appena spiegato viene
detto “clonazione terapeutica”, che si differenzia da
quella riproduttiva che dà invece origine ad un intero
organismo.