Le cellule di un organismo pluricellulare condividono lo stesso genoma ma sono estremamente diverse e specializzate; nel corpo umano esistono almeno 200 tipi di cellule differenziate.Accanto a queste esiste una classe di cellule non ancora differenziate: si tratta di cellule staminali.

Si definiscono CELLULE STAMINALI le cellule che, indipendentemente dalla loro origine, possiedono le seguenti caratteristiche:

1)Sono in grado di dividersi in maniera illimitata;

2) non sono terminalmente differenziate;

3) a ogni divisione la cellula staminale può dare origine sia a due cellule diverse tra loro, sia a due cellule identiche tra loro.

Duplice effetto: mantenimento della popolazione di cellule staminali e produzione di cellule differenziate.

Il processo di differenziamento di una cellula avviene in modo

graduale, e i segnali che lo regolano possono provenire sia

dall’interno (espressione dei geni) che dall’esterno della cellula

(microambiente-nicchia staminale); l’interazione di questi segnali

determina lo stato differenziativo della cellula.

I VARI GRADI DI STAMINALITA’: potenziale differenziativo

ES, Embryonic Stem cells

staminali emopoietiche

Transit amplifying cells

Committed cells

Massa cellulare interna blastocisti: pluripotenti

CLASSIFICAZIONE DELLE CELLULE STAMINALIin base alla loro origine

•Cellule staminali embrionali (ES, Embryonic Stem cells): linee cellulari ottenute dalla massa cellulare interna della blastocisti, sono cellule pluripotenti. Le cellule ES murine possono essere coltivate in vitro, e in condizioni opportune mantengono indefinitamente la loro pluripotenza. Trovano importanti applicazioni nella ricerca.

• Cellule staminali fetali: cellule staminali presenti nel feto dopo la gastrulazione. Sono pluripotenti e multipotenti.

• Cellule staminali adulte: presenti nei tessuti di un adulto, hanno il compito di accrescerlo e di fornirgli cellule di sostituzione. Sono cellule multipotenti e unipotenti tessuto-specifiche. Si trovano in alcune zone profonde di tutti i tessuti differenziati (nicchie staminali), e il loro numero si riduce progressivamente con l’età.

Dalle cellule staminali adulte derivano: • le cellule progenitrici (transit amplifying cells): cellule multipotenti che hanno la capacità di dividersi un numero di volte elevato, ma non illimitato.

• cellule progenitrici committed, in grado di dare origine ad un unico tipo cellulare. Sono unipotenti e si dividono in modo limitato.

In alcuni tessuti le cellule staminali adulte sono molto scarse e difficili da individuare.

CSm - Transit a. - committed

Le cellule staminali adulte:

1) Alcune sono dotate di notevole plasticità (in vitro): possono essere indotte a differenziare in altri tipi cellulari;

2) Possono essere mantenute in coltura per brevi periodi;

3) Si dividono raramente durante il normale ricambio tissutale, ma vengono attivate ad es. a seguito di danni del tessuto;

4) Richiedono nicchie staminali.

La “nicchia staminale” è il microambiente composto da: elementi cellulari, metaboliti che arrivano alla nicchia e da segnali prodotti localmente che regolano la staminalità o il differenziamento.

Fattori che determinano il destino staminale o meno della cellula:

Numb e Numb-like è essenziale per la staminalità durante le fasi di espansione del tubo neurale;

il centriolo-madre più antico nelle cellule gliali radiali;

filamenti-stampo del DNA

Uso delle cellule staminali in medicinaOttenute per la prima volta nel 1998, le linee di cellule ES umane derivano dalla massa cellulare interna della blastocisti. Sono cellule che, mantenendo in coltura la pluripotenza delle cellule di origine, ossia la capacità di generare qualsiasi tipo cellulare differenziato del nostro organismo, aprono importanti prospettive per la ricerca biomedica e per la medicina rigenerativa.

Se coltivate in condizioni differenziative non controllate, le cellule ES tendono a formare aggregati cellulari detti corpi embrioidi, in cui inizia, in modo caotico, l’istogenesi di tutti i tessuti. E’ perciò necessario mettere a punto metodiche in grado di controllarne e dirigerne il differenziamento verso la formazione di specifici tessuti, nonché essere sicuri che non rimangano nella popolazione cellule indifferenziate, che potrebbero dare origine a tumori.

Negli ultimi anni sono state ottenute cellule molto simili in termini di pluripotenza alle cellule ES, partendo da cellule adulte differenziate, riconvertite allo stadio pluripotente.Le cellule ottenute da un animale adulto possono essere convertite ad uno stadio pluripotente attraverso 4 meccanismi:

a)iniezione del nucleo di una cellula somatica in un ovocito enucleato;

b) fusione tra una cellula somatica adulta e una cellula staminale embrionale;

c) coltura in vitro di cellule spermatogoni che in condizioni colturali appropriate possono essere riprogrammate a cellule pluripotenti;

a) espressione forzata in cellule somatiche adulte di fattori di trascrizione che le riprogrammano allo stadio di cellula pluripotente (es. Oct4, Sox2, Myc…). Le cellule così ottenute, dette iPS (induced pluripotent stem cells), possono potenzialmente differenziare in ogni tipo cellulare.

PLASTICITA’ DELLE CELLULE STAMINALI ADULTELe cellule staminali adulte di alcuni tessuti, se prelevate e coltivate in vitro, possono essere indotte a differenziare in altri tipi cellulari, sia pure con bassa efficienza (le staminali adulte si moltiplicano meno rapidamente di quelle embrionali e possono essere mantenute in coltura per tempi limitati).

ESPERIMENTI CHE DIMOSTRANO LA TOTIPOTENZA

DEL NUCLEO DELLA CELLULE DIFFERENZIATA.

Il nucleo di una cellula completamente differenziata può essere riprogrammato ritornando totipotente come quello delle prime cellule embrionali per un processo di sdifferenziamento del patrimonio genetico. Ciò può avvenire solo quando il nucleo della cellula differenziata viene trasferito nel citoplasma di un ovocita enucleato.

La clonazione porterebbe al quasi annullamento della variabilità genetica, una delle caratteristiche fondamentali dei viventi da cui dipendono la loro sopravvivenza ed evoluzione.

Dal 2006 le tecniche per produrre iPS (induced pluripotent stem

cells) sono notevolmente migliorate: possono essere prodotte in grande quantità, sono state usate a fini terapeutici in modelli animali di malattie umane ma anche per trasformare neuroni da fibroblasti.L’auspicio è di poter usare tali cellule per la terapia cellulare sostitutiva di molte malattie umane soprattutto di tipo degenerativo così come per il cancro, il morbo di Parkinson, le lesioni traumatiche del midollo spinale e il diabete di tipo I.

Il cancro è una malattia delle cellule staminali?