Le cellule staminali sono le cellule responsabili della produzione di nuove cellule. Questo è importante per la crescita, la sostituzione e la riparazione. Qui di seguito forniamo una breve panoramica dei diversi tipi di cellule staminali prima di confrontare i progressi compiuti verso le terapie per i pazienti e le sfide o i limiti che devono ancora essere affrontati.
Cosa sono le cellule staminali?
Le cellule staminali sono il serbatoio naturale dell'organismo per la crescita e la riparazione delle cellule. Sostituiscono le cellule specializzate che sono andate perse a causa dell'uso o di un danno.
Per far funzionare il nostro corpo abbiamo bisogno di produrre continuamente nuove cellule. Alcune cellule specializzate (come quelle del sangue e dei muscoli) non sono in grado di creare nuove copie di se stesse attraverso la divisione cellulare. Devono invece essere rifornite da popolazioni di cellule staminali.
Le cellule staminali hanno la capacità unica di produrre sia copie di se stesse (autorinnovamento) sia altri tipi di cellule più specializzate (differenziazione) quando si dividono. Il percorso che seguono dipende dalle esigenze dell'organismo.
Le cellule staminali sono essenziali per il mantenimento di tessuti come il sangue, la pelle e l'intestino, che subiscono un continuo ricambio (sostituzione delle cellule), e del muscolo, che può essere costruito in base alle esigenze dell'organismo e spesso viene danneggiato durante lo sforzo fisico.
Cosa rende uniche le cellule staminali
Le cellule staminalinon sono specializzate. A differenza di un globulo rosso, che trasporta l'ossigeno nel flusso sanguigno, o di una cellula muscolare che lavora con altre cellule per produrre movimento, una cellula staminale non ha alcuna proprietà fisiologica specializzata. Queste cellule sono dette indifferenziate.
Le cellule staminali possono dividersi e produrre copie identiche di se stesse più volte. Questo processo è chiamato auto-rinnovamento e continua per tutta la vita dell'organismo. L'autorinnovamento è la seconda delle tre proprietà che definiscono le cellule staminali. Le cellule specializzate, come quelle del sangue e dei muscoli, normalmente non si replicano producendo copie di se stesse. Ciò significa che quando sono gravemente danneggiate da malattie o lesioni, non possono sostituirsi.
La terza proprietà che definisce le cellule staminali è la capacità di produrre tipi di cellule più specializzate all'interno dell'organismo. Questo processo è chiamato differenziazione o maturazione. Le cellule staminali dei diversi tessuti variano nel numero e nei tipi di cellule che possono produrre. Per esempio, le cellule staminali germinali maschili producono solo spermatozoi, ma sono cellule staminali: sono indifferenziate, possono auto-rinnovarsi e produrre cellule specializzate, gli spermatozoi.
Quali sono i diversi tipi di cellule staminali?
Molti pensano che le cellule staminali provengano da un embrione precoce e che possano essere trasformate in qualsiasi tipo di cellula. Questo non è vero per tutte le cellule staminali. In realtà, le cellule staminali sono presenti nel nostro corpo per tutta la vita.
Le cellule staminali possono essere suddivise in tre categorie:
1. Cellule staminali embrionali Sono cellule coltivate in laboratorio, dopo essere state prelevate da un embrione precoce. Possono trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula specializzata.
2. Cellule staminali pluripotenti indotte: Sono cellule ex specializzate, prelevate da un adulto, che sono state “de-differenziate” in laboratorio per riportarle a uno stato indifferenziato o non specializzato. Sono simili alle cellule staminali embrionali in quanto possono trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula specializzata. La tecnica di laboratorio utilizzata per produrre queste cellule è stata scoperta nel 2006. Sono note anche come cellule iPS, iPSC o cellule staminali “riprogrammate”.
3. Cellule staminali tessuto-specifiche: Sono cellule presenti nel nostro corpo per tutta la vita. Non sono in grado di produrre qualsiasi tipo di cellula, ma spesso sono in grado di produrre più tipi di cellule per ricostituire il tessuto a cui sono associate. Sono note anche come “cellule staminali adulte”.
Per saperne di più sulle proprietà di questi diversi tipi di cellule staminali e sui lavori di ricerca in corso, consultare le nostre altre schede informative.
Cellule staminali embrionali (ESC)
Le cellule staminalipluripotenti possono dare origine a qualsiasi tipo di cellula specializzata dell'organismo (ad esempio, le cellule staminali embrionali). Le cellule staminalipluripotenti possono produrre diverse cellule specializzate (ad esempio, le cellule staminali ematopietiche). Le cellule staminaliunipotenti sono responsabili della produzione di un unico tipo di cellule specializzate (ad esempio, le cellule staminali germinali). .
Le cellule staminali embrionali (ESC) hanno un potenziale illimitato di produrre cellule specializzate dell'organismo. Ciò suggerisce enormi possibilità per la ricerca sulle malattie e per fornire nuove terapie. Le CSE sono pluripotenti: possono differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula dell'organismo.
Le CSE umane sono state coltivate per la prima volta in laboratorio nel 1998. Queste cellule derivano da uno stadio molto precoce dello sviluppo. L'embrione è composto da circa 100 cellule, che formano una struttura chiamata blastocisti, e non si è ancora impiantato nell'utero.
Non tutti gli esperimenti che utilizzano le CSE richiedono una nuova blastocisti. Le CSE derivate in laboratorio possono essere mantenute e coltivate in gran numero per lunghi periodi di tempo. Sembra infatti possibile continuare a coltivarle all'infinito. Quando gli scienziati sanno che un particolare gruppo di CSE può essere mantenuto e coltivato all'infinito, possono salvarne dei campioni da depositare in banche di cellule staminali, in modo che anche altri scienziati possano utilizzarli. Questi campioni salvati vengono chiamati linee cellulari. Le linee cellulari sono spesso utilizzate nelle fasi iniziali degli esperimenti, in quanto le loro proprietà sono ben note e rendono più facile il confronto dei risultati tra altri studi che utilizzano la stessa linea.
Le CSE possono essere utilizzate per studiare lo sviluppo di tessuti specifici. Possono anche essere utilizzate per la sperimentazione di farmaci e per modellare malattie in diversi tessuti senza raccogliere campioni di tessuto dai pazienti.
L'uso delle CSE per la ricerca o in clinica presenta ancora alcune sfide pratiche. I ricercatori devono assicurarsi che le CSE si differenzino completamente nel tipo di tessuto richiesto e che i tessuti cresciuti dalle CSE si comportino allo stesso modo di quelli che crescono nel corpo. Esistono anche considerazioni etiche sull'uso di cellule ottenute da una blastocisti umana.
Cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC)
Nel 2012, Shinya Yamanaka e John B. Gurdon hanno ricevuto il premio Nobel per la scoperta delle iPSC.
La scoperta che cellule adulte specializzate e mature possono essere “riprogrammate” in cellule che si comportano come cellule staminali embrionali ha rappresentato una svolta nel campo della ricerca sulle cellule staminali. Questo processo è talvolta chiamato de-differenziazione.
Le iPSC offrono una fonte di cellule simili alle ESC a cui si può accedere senza la creazione di una blastocisti. Possono essere utilizzate per studiare il processo di sviluppo, i fattori coinvolti nella crescita di specifici tipi di tessuto e come metodo per modellare le malattie in laboratorio.
Dal punto di vista clinico, la scoperta di queste cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) ha suscitato la speranza che le cellule possano teoricamente essere ricavate dalla pelle (o da altri tessuti) di un paziente per trattare la sua malattia. In questo modo si eviterebbe il rischio di rigetto immunitario. Inoltre, si potrebbero creare banche di cellule iPSC, che funzionerebbero come le banche del sangue: abbinando i pazienti ai donatori adatti.
Come le CSE, anche le iPSC devono dimostrare di differenziarsi in modo completo e costante nei tipi di cellule specializzate richieste per diventare strumenti efficaci per la ricerca e, infine, per soddisfare gli standard adatti all'uso nei pazienti
Cellule staminali specifiche per i tessuti (adulti)
Molti tessuti del corpo umano sono mantenuti e riparati nel corso della vita dalle cellule staminali. Queste cellule staminali tessuto-specifiche sono molto diverse dalle cellule staminali embrionali.
Le cellule staminali tessuto-specifiche non sono pluripotenti come le CSE. Si sono parzialmente differenziate o maturate e quindi non sono più in grado di produrre ogni tipo di cellula. Sono ancora in grado di auto-rinnovarsi. La maggior parte delle cellule staminali adulte sono multipotenti, in grado di produrre solo un numero limitato di tipi di cellule specializzate. Alcune sono addirittura unipotenti: producono un solo tipo di cellula.
Le cellule staminali adulte possono produrre solo un numero limitato di tipi di cellule specializzate. Ad esempio, le cellule staminali neurali possono differenziarsi solo in cellule cerebrali; le cellule staminali ematopoietiche (cellule staminali del sangue) possono differenziarsi solo in cellule specializzate del sangue e immunitarie; le cellule germinali possono produrre solo spermatozoi o ovuli.
Come si confrontano questi tipi di cellule staminali?
Le cellule staminali sono strumenti importanti per la ricerca sulle malattie e offrono un grande potenziale per l'uso in clinica.
Attualmente, l'uso principale delle CSE e delle iPSC è la modellazione di malattie, la sperimentazione di farmaci o la comprensione della biologia di base di questo tipo di cellule.
Alcune fonti di cellule staminali adulte sono attualmente utilizzate per scopi clinici, come il trapianto di cellule staminali ematopoietiche (chiamato anche trapianto di cellule staminali del sangue o trapianto di midollo osseo).
Al 2023, sono stati condotti o sono in corso 100 studi clinici che utilizzano CSE/iPSC. Prima di poter approvare un trattamento terapeutico per un numero maggiore di pazienti sono necessari studi molto più lunghi.
