Che cosa sono le cellule staminali?

Che cosa sono le cellule staminali?



Le cellule staminali sono cellule dotate di peculiari caratteristiche che le distinguono da altri tipi cellulari.

Esse sono capaci di proliferare indefinitamente mantenendosi in uno stato indifferenziato: possono dunque affrontare numerose duplicazioni senza dare segno di invecchiamento o differenziamento. Questa proprietà va sotto il nome di self-renewal o auto-rinnovamento e viene altrimenti definita come la capacità di generare cellule con le medesime caratteristiche della cellula madre ad ogni duplicazione cellulare.

Inoltre, le cellule staminali posseggono una grande plasticità differenziativa, ovvero sono in grado di dare luogo a numerosi tipi cellulari diversi qualora vengano indotte a differenziarsi.

Nell’adulto le cellule staminali permettono il rinnovamento fisiologico dei tessuti stabili e labili e la rigenerazione dei tessuti danneggiati.





Fonti e caratteristiche delle cellule staminali



Dal punto di vista della plasticità differenziativa le cellule staminali si distinguono in:



Totipotenti, cellule in grado di dare luogo a tutti i tessuti di un individuo e agli annessi embrionali (trofoblasto e placenta). Sono da considerarsi totipotenti solo lo zigote e gli otto blastomeri derivanti dalle sue tre successive divisioni.

Pluripotenti, cellule in grado di dare luogo a tutti i tessuti di un individuo ma non agli annessi embrionali. Sono pluripotenti le cellule della massa interna della blastocisti, rivestita dal trofoblasto, dette anche Cellule Staminali Embrionali.

Multipotenti, cellule maggiormente differenziate rispetto alle precedenti, sono in grado di dare luogo a tutti i tipi cellulari del tessuto di appartenenza. Tipicamente vengono considerate multipotenti le cellule staminali dell’adulto.





Cellule Staminali Embrionali Umane (hESC): si trovano nella massa interna della blastocisti (embrione del IV-V giorno) in numero di circa 30 cellule.

Posseggono una estrema plasticità differenziativa (pluripotenza): infatti possono dare luogo a tutti i tessuti di un individuo ma non agli annessi embrionali. In vitro mostrano una capacità replicativa illimitata senza evidenziare segni di differenzimento (sono state propagate per due anni in vitro). Inoltre, se coltivate in vitro su piastre opportunamente trattate, esse danno luogo a corpi embrioidi, aggregati sferoidali in seno ai quali le cellule cominciano dopo alcuni giorni a differenziarsi spontaneamente in linee cellulari appartenenti ai tre foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma ed endoderma).

Presentano un’elevata espressione del fattore trascrizionale Oct-4, dimostrato essere cruciale per il mantenimento proprio della “staminalità”.

Trascorrono la maggior parte della loro vita in fase S, mancando del checkpoint di fase G1. Non mostrano inattivazione del cromosoma X.



Cellule Germinali Embrionali Umane (hESG): sono cellule precursori dei gameti e derivano dalle Cellule Germinali Primordiali (PGE) che si ritrovano nella cresta germinale dell’embrione a partire dalla IV settimana. Se coltivate in vitro, analogamente a quanto avviene per le hESC, danno luogo a corpi embrioidi.



Sembra che il loro potenziale re plicativo sia inferiore a quello delle ESC (70-80 duplicazioni), ovvero siano meno clonogeniche: questo sarebbe da ascrivere al fatto che le ESG sono cellule maggiormente differenziate rispetto alle ESC.

Esprimono AP, SSEA-1, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81 e presentano inoltre espressione del fattore trascrizionale Oct-4.



Cellule Staminali dell’Adulto: a partire dallo sviluppo post-embrionico e durante la normale vita di un organismo, alcuni tessuti del corpo necessitano di un continuo rinnovamento per bilanciare la perdita di cellule che avviene naturalmente. Il ricambio cellulare e il conseguente equilibrio tra cellule morte e cellule vive va sotto il nome di omeostasi tissutale.

È opinione comune che tale omeostasi sia sostenuta dalle Cellule Staminali dell’Adulto. Vi sono diversi tipi di queste cellule che intervengono nel turnover di tessuti differenti, e le più caratterizzate sono le Cellule Staminali Emopoietiche (HSC): queste risiedono nel midollo osseo in particolari zone denominate “nicchie” (1-2% della popolazione midollare) e si ritrovano anche nel sangue periferico (0,05% delle cellule del sangue periferico).

Esprimono le molecole CD133 e CD34: CD133 è una glicoproteina a 5 domini transmembranari, il cui ligando e la cui funzione non sono ancora stati individuati. CD34 è una glicoproteina transmembranaria a singola catena di 110kDa, espressa da progenitori emopoietici sia della linea linfoide che di quella mieloide. CD34 è inoltre espresso dalle cellule endoteliali.

Le HSC possono differenziarsi in tutti i tipi cellulari del sistema emopoietico ma non è ancora chiaro se la loro capacità differenziativa sia limitata a questo tessuto o se esse possano anche dare luogo a tipi cellulari di tessuti differenti. Pertanto queste cellule vengono definite come pluripotenti.

Sono già da diversi anni utilizzate in clinica nell’ambito dei cosiddetti trapianti di midollo osseo, oggi chiamati anche “infusione di cellule staminali”. Tale tipo di trapianto fu effettuato per la prima volta nel 1956 da Donnall Thomas e Joseph Murray (premi Nobel per la Medicina nel 1990) in un malato di leucemia, che a seguito del trattamento guarì.

Le cellule staminali possono essere ottenute da midollo osseo o da sangue periferico dopo mobilizzazione del sangue con G-CSF e successiva selezione immunomagnetica. Le cellule sono poi espanse ex-vivo in modo da ottenerne un numero sufficiente per il trapianto (2x106cellule per kg di peso del paziente).

È largamente dimostrato che le Cellule Staminali Mesenchimali (MSC) posseggono un potenziale differenziativo notevole. Queste cellule sono di origine midollare, ma si ritrovano anche nel tessuto adiposo e in altri tessuti. Nel midollo osseo svolgono un importante ruolo come cellule della nicchia ematopoietica. Crescono in adesione, in vitro, assumendo una forma fusata, simile a quella dei fibroblasti, o con ramificazioni ed esprimono una specifica combinazione di molecole di adesione quali CD29, CD44, CD105, CD166, ed altri. Non esprimono invece marker propri delle cellule emopoietiche. Possono differenziarsi in diversi lineages cellulari in vitro come osteociti, adipociti, cellule muscolari, condrociti.

Inoltre, le Cellule Staminali Mesenchimali posseggono una spiccata attività immunosoppressiva nei confronti dei linfociti T, proprietà che le rende interessanti dal punto di vista clinico nell’ambito dei trapianti: si pensa infatti che queste cellule possano essere utili per evitare il fenomeno del Graft Versus Host Disease (GVHD) – ovvero l’aggressione dei linfociti T del donatore nei confronti del ricevente – che spesso si verifica nei casi di trapianto allogenico.

Studi condotti in modelli sperimentali di danno al miocardio hanno dimostrato che le MSC sono capaci di migliorare la sopravvivenza degli animali in cui erano state inoculate rispetto ai controlli non trattati. Sono in corso diverse ricerche per comprendere il potenziale terapeutico di queste cellule nell’uomo.



Da: “Stem Cell Research and Application: Monitoring the Frontiers of Biomedical Research”

American Association for the Advancement of Science and Institute for Civil Society