Staminali:
St i li concetti,
tti risultati
i lt ti e problemi
bl i
Lo zigote
La prima divisione cellulare
Source: Florida Institute for Reproductive Science and Technologies
Blastula
5 giorni dopo la fertilizzazione
Source: Florida Institute for Reproductive Science and Technologies
Courtesy: RWJMS IVF Program
Multipotent
Le cellule staminali: classificazione
Una singola
l cellula
ll l staminale
l totipotente può
ò svilupparsi
l
in un
intero organismo e persino in tessuti extra-embrionali: zigote.
Le cellule staminali pluripotenti possono specializzarsi in tutti i tipi
di cellule che troviamo in un individuo adulto ma non in cellule che
compongono i tessuti extra-embrionali: cellule staminali embrionali .
Le cellule staminali multipotenti sono in grado di specializzarsi solo
in alcuni tipi di cellule: cellule staminali adulte.
Le cellule
L
ll l staminali
t i li unipotenti
i t ti possono generare solamente
l
t un tipo
ti
di cellula specializzata: cellule precursori delle differenziate.
In alternati
alternativa…
a
Le cellule staminali adulte sono cellule non specializzate reperibili tra
cellule specializzate di un tessuto specifico e sono prevalentemente
multipotenti
Le cellule staminali embrionali sono ottenute dai primissimi stadi
dello sviluppo embrionale e si possono considerare pluripotenti
Le cellule si dividono e/o diffferenziano
1 stem cell
1 stem cell
staminale
La divisione mantiene un certo numero di staminali Cellule specializzate che rimpiazzano cellule morte o danneggiate dello stesso tipo
morte o danneggiate dello stesso tipo
Questo modello, formulato da Watson a Crick nel 1958 e indicato
come ill ““Dogma centrale
l della
d ll Genetica”” assimila
l gli
l esseri viventi a
computer dotati di un solo programma. Tuttavia i computer sono
macchine e q
quindi sono morti e noi vivi invece reagiamo
g
ai cambiamenti
esteri adattandoci. Il DNA quindi non é un “programma” della nostra
vita ma ci dà strumenti per cambiare continuamente programma
IL GENOMA UMANO,UN ESEMPIO DI AMBIGUITA’
3 5 miliardi
3.5
ili di di “l
“lettere””
“Solo”24000
Solo 24000 geni ( lo 1,5%
1 5% di tutto il DNA),
DNA) un numero più
o meno uguale a quello dei moscerini, quasi metà di quelli
del Paramecio,, un organismo
g
unicellulare,, circa tre volte
quello del lievito
I 24000 genii permettono
tt
la
l sintesi
i t i di milioni
ili i di proteine
t i
diverse.
Il resto del DNA serve per varie funzioni,la principale delle
quali è la regolazione
q
g
della qualità
q
delle proteine
p
sintetizzate sulla base di un gene, il livello di espressione
dei geni nei diversi luoghi del corpo, il momento in cui
d
devono
essere espressii durante
d
t la
l vita
it dell’organismo
d ll’
i
Tuttavia g
gran parte
p
della variabilità che ci permette
p
di
sopravvivere è dovuta alla regolazione in funzione di segnali
esterni della espressione dei geni che altrimenti sarebbero
in rti in ttermini
inerti,
rmini sia
si qualitativi
qu lit tivi che
ch quantitativi.I
qu ntit tivi I segnali
s n li
vegono recepiti e trasmessi al nucleo dove stanno i geni
proteine
proteine
DNA promotore
DN
gene
proteine
Un gene , per essere espresso deve essere attivato
d proteine
da
t i che
h portano
t
i segnali
li d
dall’esterno
ll’ t
o
dall’interno. Nelle diverse cellule sono attive diverse
combinazioni
bi
i i di genii e anche
h i li
livelli
lli di espressione
i
variano in funzione del contesto.
Dove si trovano le staminali?
Staminali embrionali in embrioni allo stadio di blastocisto
Tessuti durante tutta la vita Embrionali
blastocisto
Cellule interne
fluido con nutrienti
Staminali interne estratte
‘trofectoderma’
trofectoderma
Moltiplicazione Moltiplicazione
In
laboratorio Staminali embrionali
pelle
Neurone
Staminali embrionali
sangue
?
staminale
Nicchia:
staminale
Microambiente intorno alle staminali che aiuta e contiene segnali che regolano la riproduzione e la nicchia
differenziazione
Contatto diretto
Fattori solubili
Cellule intermedie
Il potenziale differenziativo delle cellule Staminali Embrionali
Differenziamento in cellule del sistema nervoso
Cellule ES indifferenziate
+RA
EBs
Neuroni
no siero
Monolayer
Glia
“Potenziali” applicazioni terapeutiche
Rigenerazione dell’epidermide
Trattamento del diabete
Malattie cardiovascolari
Malattie neurodegenerative:
• Ischemia
• Huntington
• Alzheimer
• Parkinson
• Sclerosi laterale amiotrofica
Il p
problema più
p grave
g
per
p la utilizzazioni delle embrionali é la tendenza a
sdifferenziarsi e produrre teratomi e tumori. In California si é trovato il modo
di inibire la attivazione di un gene che induce proliferazione ma il risultato é
ancora parziale
Il fluido amniotico:
--E’
E un lliquido
qu do in
n cui
cu “naviga”
nav ga ill feto durante la
gravidanza.
--Viene contiuamente inalato, espulso, urinato dal feto
--E’
E’ costituito per ill 98%
% di
d acqua ed
d elettroliti,
l
l
proteine, carboidrati, lipidi ed ormoni
Le cellule
L
u del liquido
qu
amniotico
amn
variano
ar an n
nella
a f
forma,
rma,
nelle dimesioni, nel rapporto fra nucleo e
citoplasma,
p m , nelle caratteristiche della superficie
p f
cellulare, nelle caratteristiche biochimiche e alcune
cellule esprimono
p m
marcatori
m
delle cellule staminali,
m
,
gliali e neuronali.
Le cellule mesenchimatiche si p
possoo differenziare
ff
in osteoblasti, adipociti, condrociti, miociti, cellule
neuronali e la capacità
p
di differenziazione
ff
diminuisce con l’età del donatore e il tempo in
coltura
Banche di staminali amniotiche
• Biocell Center, la impresa biotecnologica Europea é
l prima
la
i
a raccogliere
li
e conservare lle cellule
ll l
staminali amniotiche.
• Biocell Center raccoglie le staminali amniotiche se la
famiglia lo richiede e paga per la loro conservazione
• Il fluido amniotico estratto durante l’amniocentesi
viene inviato al laboratorio Biocell Center. Le cellule
vengono surgelate in azoto liquido e conservate
nella cryo-banca.
y
Staminali da cordone ombelicale (cellule
UCS)
--Cellule staminali adulte isolate dal cordone ombelicale
prima o immediatamente dopo la nascita.
nascita Sono in gran
parte staminali ematopoietiche che possono costituire
una alternativa alle cellule da midollo osseo
- - Le caratteristiche più rilevanti sono:
a) Plasticità e cioé la capacità di differenziarsi in
altri tipi di cellule come quelle neuronali
b) Homing: capacità di spostarsi nel luogo del danno
c) Engraftment:capacità di unirsi con altri tessuti
Confronto fra sangue da cordone e midollo osseo
Sangue da cordone
•
La raccolta non é invasiva
senza dolore e non rischiosa
.
•
La compatibilità immunitaria
é maggiore per la minore
funzionalità
dei
linfociti
fetali .
•
Le cellule sono processate e
pronte per il trapianto
•
I costi sono molto minori.
Midollo osseo
•
La raccolta
L
lt
é invasiva
i
i
e
dolorosa
e
deve
essere
effettuata
in
ambiente
chirurgico ospedaliero.
ospedaliero
•
Per l’età delle cellule é
ecessaria
c ss i
un
una
f t
forte
compatibilità immunitaria e il
rigetto avviene nel 60% dei
casi se donatore e ospite
sono diversi.
•
Il
midollo
dipende
bvolontà del donatore.
dalla
Alcuni risultati positivi ottenuti
UCS:Cura
C
con cellule
ll l ematopoietiche
t
i ti h di malattie
l tti come la
l
anemia di Fanconi,anemia aplastica,leucemie, malattie
metaboliche (Wall et al.
al 2005),
2005) morbo di Crohn e in
genere malattie inflammatorie dell’intestino
-In
In ratto,recupero
ratto recupero della funzione cardiaca dopo infezione
acuta del miocardio (Kai Hong et. al., 2007)
-Cellule m
mesenchimatiche
m
dal sangue
g
da cordone ombelicale
m
(UCB) hanno fatto sparire il dolore ed eliminare le lesioni
necrotiche in affetti da Burger in quattro settimane
-Trapianto
T
d
di cellule
ll l ematopoietiche
h h
hanno aumentato le
l
capacità neurocognitive e ridotti i problemi somatici i
affetti dalla sindrome di Hurler
- Cellule mesechimatiche hanno migliorato in ratto le
g
in modelli animali di malattie
facoltà neuro-cognitive
neurologiche e la sperimentazione ha raggiunto la fase
clinica per Parkinson e sindrome di Huntington
Miglioramento in pazienti
con problemi di midollo
p
mediante
m
innesto
spinale
autologo di staminali di
midollo
Effetti di trapianto
autologo di staminali
di midollo osseo sul
Parkinson
Miglioramenti
osservati
ti in
i pazienti
i ti
affetto da Parkinson
in seguito a trapianto
autologo di staminali
di midollo osseo
