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Cellule Staminali Embrionali

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Cellule Staminali Embrionali

Le cellule staminali embrionali (ES, Embryonic Stem cells) sono cellule pluripotenti derivanti dalla massa cellulare interna della blastocisti nella fase di preimpianto.

Origine e Cenni Storici

  • Origine: Si ricavano dalla blastocisti preimpianto (reperibile, ad esempio, nelle corna uterine del topo intorno al 4°-4,5° giorno di sviluppo).
  • Cenni storici:
    • 1981: Martin Evans e Matthew Kaufman isolano e mettono in coltura per la prima volta le cellule staminali embrionali di topo (mES), dimostrando la fattibilità del loro mantenimento in vitro.
    • 1999: Avviene la prima derivazione e isolamento delle cellule staminali embrionali umane (hES).

Proprietà Fondamentali

Per essere considerate valide per la ricerca scientifica e per le applicazioni cliniche, le linee di cellule ES devono soddisfare i seguenti requisiti:

  1. Auto-rinnovamento indefinito: capacità di replicarsi mantenendo inalterato lo stato indifferenziato.
  2. Origine specifica: derivazione accertata dalla massa cellulare interna della blastocisti.
  3. Stabilità del cariotipo: conservazione del corredo cromosomico originale del donatore, escludendo l’insorgenza di mutazioni o aberrazioni cromosomiche indotte dalla coltura.
  4. Pluripotenza: capacità intrinseca di dare origine a cellule mature di tutti e tre i foglietti embrionali.
  5. Colonizzazione embrionale (Formazione di chimere): capacità di integrarsi in una blastocisti ospite e partecipare allo sviluppo armonico del nuovo organismo, inclusa la colonizzazione della linea germinale per la trasmissione genica alle generazioni successive.

Coltura in Vitro

  • Per preservare lo stato indifferenziato (ed evitare che vadano incontro al normale percorso di differenziamento), le cellule ES vengono coltivate su uno strato di fibroblasti embrionali murini (utilizzati come feeder cells).
  • Questo strato fornisce un “mezzo condizionato” contenente molecole e fattori di crescita essenziali per il mantenimento della staminalità.

Saggi di Validazione della Pluripotenza

La pluripotenza delle cellule staminali embrionali viene validata sperimentalmente attraverso saggi specifici. Vi è una fondamentale distinzione biologica ed etica a seconda della specie:

  • Cellule murine (mES): Vengono sottoposte a tutti e quattro i saggi di caratterizzazione (differenziamento in vitro, formazione di corpi embrionali, formazione di teratomi e formazione di chimere).
  • Cellule umane (hES): Per evidenti limitazioni etiche, il saggio della formazione della chimera viene escluso. La loro pluripotenza è validata esclusivamente tramite differenziamento in vitro, corpi embrionali e saggio del teratoma in vivo.

1. Formazione di Teratomi

Consiste nell’iniettare le cellule in una sede ectopica di topi immunocompromessi. Le cellule staminali danno origine a un tumore benigno eterogeneo (teratoma) che all’analisi istologica mostra tessuti differenziati derivanti da tutti e tre i foglietti embrionali (ectoderma, endoderma e mesoderma).

2. Formazione di Chimere (Solo per cellule murine)

Le cellule ES vengono iniettate all’interno della massa cellulare interna di una blastocisti ospite, successivamente impiantata in una madre surrogata. Se le cellule sono pluripotenti, si integrano nello sviluppo embrionale generando un organismo chimera (composto da cellule derivanti sia dalla blastocisti ospite sia dalle cellule ES iniettate, evidenziabile ad esempio dal colore pezzato del mantello). La colonizzazione della linea germinale si verifica tramite la trasmissione alla progenie di un eventuale marcatore genico (es. proteina fluorescente).

3. Differenziamento in Vitro (Corpi Embrionali)

Se private dei fattori che ne mantengono la staminalità in vitro, le cellule ES si aggregano spontaneamente formando strutture multicellulari tridimensionali dette corpi embrionali (embryoid bodies), nelle quali si può registrare l’espressione spontanea di marcatori specifici per endoderma, mesoderma ed ectoderma.

Applicazioni Cliniche e Trial Clinici

Nonostante le promesse terapeutiche della medicina rigenerativa, l’efficacia clinica delle hES non è ancora stata consolidata e gli studi si trovano prevalentemente in fase preclinica o clinica iniziale.

1. Trauma Spinale (Il caso Geron, 2010)

Il primo trial clinico autorizzato basato su hES prevedeva l’impianto di progenitori degli oligodendrociti (le cellule responsabili della formazione della guaina mielinica attorno agli assoni dei motoneuroni) in pazienti con lesione spinale acuta tra le vertebre T3 e T10, effettuato tra i 7 e i 14 giorni dal trauma.

  • Barriera immunologica: Trattandosi di cellule allogeniche ottenute da blastocisti diverse dal ricevente, i pazienti dovevano essere sottoposti a terapia immunosoppressiva.
  • Esito: Il trial fu interrotto precocemente per mancanza di fondi e per una scarsissima efficacia nel ripristino motorio. Nel 2015 la sperimentazione è ripresa modificando il numero di cellule e reclutando pazienti con lesioni cervicali da C5 a C7 (dati di efficacia non ancora disponibili).

2. Rigenerazione della Retina

Cellule di epitelio pigmentato retinico differenziate da hES vengono utilizzate in trial clinici per curare patologie degenerative della vista. A differenza delle cellule iniettate in soluzione, in questo caso le cellule vengono coltivate su appositi substrati che formano foglietti cellulari ordinati, i quali vengono successivamente impiantati chirurgicamente nella retina del paziente.

3. Sperimentazioni nel Parkinson (Cellule Fetali)

In trial storici per il morbo di Parkinson (caratterizzato dalla perdita di neuroni dopaminergici nella sostanza nera), sono stati trapiantati neuroni dopaminergici isolati da tessuti fetali embrionali all’interno delle aree cerebrali danneggiate.

  • Risultati: Sebbene i neuroni trapiantati abbiano dimostrato la capacità di sopravvivere nel sistema nervoso ospite per oltre 10 anni, la patologia ha continuato a progredire e il recupero motorio dei pazienti è stato estremamente modesto. Questo ha evidenziato l’inefficacia clinica del protocollo tradizionale. Sperimentazioni analoghe basate su neuroni derivati da iPSC sono iniziate nel 2018.

(Integrazione da: sbobina 23)

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