Le cellule staminali: scienza e ricerca

Il tema cellule staminali è divenuto nell’arco dell’ultimo anno d’estrema attualità anche per il grande pubblico, per il costante rilievo che i media hanno dato all’argomento.
Le cellule staminali tengono la scena biomedica e biotecnologica da quando la ricerca ha dimostrato la possibilità di orientare lo sviluppo di queste cellule. I ricercatori hanno dimostrato come dalle cellule staminali, del midollo osseo o del sangue periferico, si possano ottenere, in particolari condizioni di laboratorio e sotto particolari stimoli differenziativi, cellule cardiache o del sistema nervoso centrale ed anche di altri organi o tessuti, aprendo la possibilità o la speranza di trattare con le cellule staminali alcune gravi malattie, quali l’infarto miocardico, il morbo di Parkinson, il diabete ed altre ancora.
Le cellule staminali sono cellule non differenziate e non specializzate in grado di automantenersi e di differenziare in uno o più tipi cellulari dotati di specifiche attività funzionali. Sono pertanto in grado di riprodursi in modo illimitato, dando vita ad altre cellule staminali oppure a cellule orientate a differenziarsi e maturare in cellule specializzate di ogni singolo organo o tessuto.
In base alla potenzialità evolutiva si distinguono cellule staminali:
1) totipotenti (in grado di differenziarsi in qualsiasi tipo di tessuto);
2) pluripotenti (in grado di differenziarsi solo in alcuni tipi di tessuto);
3) unipotenti (in grado di differenziarsi solo in un tipo di tessuto).
Inoltre, a seconda della sede, si distinguono cellule staminali embrionali e cellule staminali somatiche o dell’adulto.
Le cellule staminali embrionali derivano dalle cellule della “massa cellulare interna” che si osserva nella blastocisti. Prelevate dalla blastocisti, le cellule della “massa cellulare interna” possono essere coltivate in vitro dove danno origine alle cellule staminali embrionali, in grado di generare un vasto range di tessuti endodermici, mesodermici ed ectodermici dell’embrione. Le cellule staminali embrionali sono le uniche totipotenti; infatti dalle cellule staminali embrionali derivano tutti i differenti tipi cellulari che daranno luogo, a partire dal momento della fecondazione ed attraverso le varie fasi della vita fetale, al corpo umano.
L’utilizzo, a scopo terapeutico, di cellule staminali embrionali umane appare prematuro, in quanto gravato da numerose problematiche irrisolte concernenti in particolare:
1) le modalità per differenziarle verso specifici tessuti,
2) il rischio di generare neoplasie (teratomi) quando iniettate in vivo,
3) il controllo del loro potenziale proliferativo.
Oltre queste problematiche strettamente tecnico-scientifiche, la ricerca ed il potenziale utilizzo clinico delle cellule staminali embrionali sollevano una serie di problematiche bioetiche e biogiuridiche, di più esteso coinvolgimento dell’opinione pubblica. Infatti, la discussione sulla possibilità dell’uso delle cellule staminali embrionali umane è strettamente connesso al dibattito sullo statuto giuridico dell’embrione umano. Va infatti fatto rilevare che attualmente il prelievo delle cellule staminali embrionali comporta inevitabilmente l’interruzione dello sviluppo dell’embrione. Pertanto, allo stato attuale, le cellule staminali embrionali sono oggetto di accese discussioni all’interno del mondo scientifico per le implicazioni di ordine etico-morale che il loro utilizzo comporterebbe, nonostante la loro estrema immaturità ed elevata potenzialità evolutiva le rendano candidati molto promettenti per applicazioni di medicina rigenerativa e per la cura di gravi malattie degenerative. Attualmente si mira alla messa a punto di citoplasti artificiali che risolverebbero la controversa questione riguardante l’ottenimento di una discendenza cellulare per cui è necessaria la distruzione di una blastocisti (un embrione formato da meno di 150 cellule) da alcuni ritenuto essere umano. Quella sul differenziamento cellulare mirata all’ottenimento di cellule e tessuti, comunque, è una ricerca che andrebbe sostenuta perché rappresenta il fulcro per lo sviluppo della medicina rigenerativa.
Dopo la nascita, le cellule staminali permangono comunque in ogni organo o tessuto, ma con una ridotta potenzialità di tipo tessuto-specifico. Le cellule staminali somatiche sono cellule multipotenti, non-differenziate, che si trovano in un tessuto differenziato e sono capaci di auto-mantenimento e differenziazione. Cellule staminali adulte sono state identificate nel midollo osseo, sangue periferico, sangue del cordone ombelicale e più recentemente anche nella cornea, retina, cervello, muscolo scheletrico, polpa dentale, fegato, pancreas, cute, tratto gastro-enterico, tessuto adiposo. Tutte le diverse tipologie di cellule staminali si distinguono dalle altre cellule perché sono cellule non differenziate, o non specializzate, nel senso che non hanno ancora acquisito una funzione specifica all’interno dell’organo stesso. Tra i vari tipi di cellule staminali somatiche, solo le cellule staminali emopoietiche da midollo osseo, sangue periferico e cordone ombelicale hanno, allo stato attuale, applicazione clinica su vasta scala. Infatti, la cellula staminale emopoietica, che si trova nel midollo osseo e dalla quale originano, durante tutta la vita, le diverse cellule che si trovano nel nostro sangue, è quella meglio studiata in laboratorio e di più largo utilizzo clinico.

Le cellule staminali emopoietiche sono molto rare, infatti solo 1 cellula su 10,000-15,000 del midollo osseo è una cellula staminale e deve garantire giornalmente la produzione di centinaia di miliardi di cellule per rimpiazzare quelle distrutte. Le cellule staminali emopoietiche hanno pertanto la capacità di differenziarsi e maturare fino a dar luogo alle cellule mature del sangue periferico ed al contempo quella di automantenersi per assicurare una continua e duratura scorta di cellule staminali.

La funzione del midollo osseo è schematicamente basata sull’esistenza di quattro compartimenti cellulari:
a) compartimento delle cellule staminali, formato da cellule capaci di automantenimento e differenziazione;
b) compartimento dei progenitori orientati, costituito da cellule in grado di differenziarsi e maturare lungo tutte le filiere differenziative emopoietiche ma prive di automantenimento;
c) compartimento dei precursori identificabili morfologicamente;
d) compartimento delle cellule mature, costituito da cellule dotate di funzioni specializzate ma completamente prive di capacità proliferativa.
Un’ulteriore sorgente di cellule staminali è rappresentata dal sangue del cordone ombelicale. Infatti, il sangue del cordone ombelicale prima ed al momento della nascita contiene un elevato numero di cellule staminali. La percentuale di cellule staminali nel sangue del cordone ombelicale è equivalente o addirittura superiore a quella del midollo osseo. Pertanto il sangue di cordone ombelicale, che è normalmente eliminato, è stato recentemente valutato come una sorgente di cellule staminali d’estremo interesse sia per fini di ricerca che per applicazioni cliniche. Infatti, il sangue di cordone ombelicale può essere raccolto facilmente senza alcun rischio o inconveniente per la madre o il neonato ed utilizzato come un’alternativa al midollo osseo, per procedure di trapianto in pazienti affetti da malattie ematologiche.
Le cellule staminali emopoietiche sono funzionalmente definite da tre caratteristiche peculiari:
1) capacità di automantenimento,
2) capacità di differenziazione,
3) capacità di ricostituzione linfo-emopoietica a lungo termine in un ricevente letalmente irradiato. Finalisticamente, la loro funzione è di mantenere la produzione di cellule mature del sangue periferico per tutta la durata di vita di un organismo. Le cellule staminali emopoietiche danno origine a progenitori che, per definizione, non sono riconoscibili morfologicamente ma solo funzionalmente, in base alla loro capacità di crescere e proliferare in sistemi di coltura in vitro. I progenitori ontogeneticamente più precoci progressivamente perdono la capacità di automantenimento ma sono in grado di orientarsi lungo le varie filiere differenziative emopoietiche (linfoide, mieloide, eritroide, megacariocitaria) generando aggregati di cellule progenitrici unipotenti che, a loro volta, generano precursori emopoietici morfologicamente riconoscibili, destinati a dare origine a cellule mature terminali dotate di funzioni specializzate ma completamente prive di potenziale proliferativo. Oltre ad auto-mantenimento e differenziazione, le cellule staminali emopoietiche sono dotate di plasticità, capacità migratoria, capacità di sopravvivere in uno stato cinetico di quiescenza, capacità di rigenerare estensivamente i differenti tipi cellulari che costituiscono i tessuti emopoietici.
L’applicazione terapeutica peculiare delle cellule staminali consiste nella loro utilizzazione a scopo di rigenerazione tessutale. In questo contesto, le cellule staminali dell’adulto costituiscono attualmente la sorgente esclusiva per il trattamento di patologie neoplastiche e non-neoplastiche. Tra i vari tipi di cellule staminali dell’adulto solo le cellule staminali emopoietiche da midollo osseo, sangue periferico e cordone ombelicale hanno allo stato attuale applicazione clinica riconosciuta su vasta scala. L’esempio più evidente dell’attività delle cellule staminali emopoietiche è rappresentato dal loro utilizzo nella terapia delle malattie neoplastiche ematologiche (leucemie, mieloma, linfomi), sia nell’ambito del trapianto autologo che allogenico. Infatti, in particolari fasi della malattia, le cellule staminali emopoietiche vengono iniettate, attraverso una vena, nel sangue periferico del paziente. Le cellule staminali emopoietiche, nell’arco di pochi giorni, raggiungono il midollo osseo, dove attecchiscono ed iniziano a proliferare andando a ricostituire le cellule mature midollari, che erano state completamente distrutte dalla radio-chemioterapia alla quale era stato sottoposto il paziente.
La ricerca biomedica e biotecnologica è attualmente incentrata sulla abilità di produrre cellule umane in vitro sfruttando la capacità proliferativa delle cellule staminali, associata alla loro abilità di diventare specializzate (plasticità). Quest’area applicativa delle cellule staminali viene definita terapia cellulare e richiede la stretta integrazione dei ricercatori nel campo della biologia cellulare, biologia molecolare, virologia, ingegneria biomedica. Il ricorso all’applicazione delle cellule staminali nella medicina rigenerativa ha le potenzialità per poter aprire nuove vie di trattamento per numerose gravi malattie degenerative. Infatti, la capacità proliferativa associata all’abilità di diventare specializzate, rende le cellule staminali potenziali candidati ideali per aprire nuove vie di trattamento per numerose gravi malattie (morbo di Parkinson, diabete, infarto miocardico…).
Tuttavia di cellule staminali si è parlato forse troppo al di fuori dell’ambiente scientifico e a volte in modo non del tutto equilibrato ed a volte sensazionalistico. Oggi è forse opportuno temperare le aspettative di molti pazienti, pur senza spegnere curiosità e speranze suscitate nei tempi recenti da stupefacenti scoperte nell’utilizzo sperimentale delle cellule staminali. Tali recenti scoperte, va ricordato, sono ancora a livello sperimentale e necessitano ancora di studi approfonditi prima di poter essere applicabili su larga scala. Sicuramente le cellule staminali rappresentano una possibilità concreta per la terapia di molte malattie croniche o degenerative, ma bisogna ancora approfondire lo studio delle evidenze disponibili e cercarne di nuove prima di poter passare ad una loro applicabilità su larga scala.