La cellula staminale

Una cellula in grado di autorinnovarsi e

di differenziarsi

Viene mantenuta la riserva

Cellule staminali

• Malattie fino ad oggi incurabili, per le quali si può prospettare un terapia con cellule staminali:

• Sclerosi laterale amiotrofica (ALS), morbo di Parkinson, morbo di Altzheimer

• Infarto miocardico• Cirrosi epatica• Diabete• …sla .

Cellule staminali

• In base all’origine vengono classificate in

• Embrionali (ESC)

• Somatiche Adulte (ASC)

Cellule staminali dell’adulto

• Presenti soprattutto nei tessuti a ricambio fisiologico: epiteli e sangue

• Trovate anche in altri tessuti a ricambio limitato: muscolo scheletrico (cellule satelliti)

• Recentemente evidenziate, anche se molto limitatamente, in tessuti una volta considerati “perenni”: nervoso e miocardio

Cellule staminali dell’adulto

• Tessuti diversi ne contengono livelli diversi• Queste cellule staminali hanno

generalmente una potenzialità limitata al tipo cellulare maturo che compone il tessuto/organo

il microambiente (nicchia) dà indicazioni sul destino della cellula staminale

• L’utilizzo delle cellule staminali derivate dai tessuti negli individui adulti ha due limiti:

1. la difficoltà di isolamento, seguente espansione e mantenimento in laboratorio nello stato indifferenziato

2.una volta isolate, la difficoltà di indurne la differenziazione in molti tessuti diversi da quello dal quale sono state estratte.

• Invece per quanto riguarda il trapianto di cellule dal cordone ombelicale, si riduce così il rischio di rigetto di trapianto, rispetto a quello compiuto con cellule staminali prelevate da midollo.

Cellule mesenchimali staminali (MSC) riparano il cuore infartuato

Sussman, Nature 5 aprile 2001

Fecondazione dell’Ovocita

Cellule staminali embrionali

Differenziamento delle cellule staminali

Cellule staminali embrionalivantaggi

• Ottenibili più facilmente • Più attive e veloci rispetto le adulte• Totipotenti (possono creare qualsiasi

tessuto)

Cellule staminali embrionali problematiche

• Poco controllabili; potrebbero diventare tumorali

• Qualora dovessero essere trapiantate, potrebbero essere rigettate, perché non compatibili con il ricevente

Da dove provengono gli embrioni umani?

Questi embrioni vengono creati durante la fase di routine delle cure contro la sterilità (FIVET).

Un solo ciclo di trattamento di FIVET comprende la fecondazione simultanea di più ovuli. In seguito, vari ovuli

fecondati vengono reimpiantati nella madre, mentre i rimanenti vengono congelati nell'eventualità in cui il primo

tentativo di fecondazione non andasse a buon fine.

In tutta l'Unione Europea ci sono, attualmente, almeno 100.000 embrioni "di riserva" conservati in specifici

congelatori.Se la FIVET ha invece successo, la coppia può decidere se

donare gli embrioni inutilizzati a fini di ricerca oppure eliminarli.

Clonazione riproduttiva

Nature, 23 luglio 1998

Cumulina con al madre nutrice, la pecora Dolly, gatto, cane, ..

Cos'é la clonazione ?

• La parola "clone" deriva dal greco κλων, che significa germoglio o ramoscello

• In biologia indica la possibilità di duplicare il patrimonio biologico (genetico) di qualsiasi essere vitale con produzione di individui biologicamente uguali

• si tratta di una forma di riproduzione a-sessuata e a-gamica

Questioni aperte• Di ordine tecnico:

– La bassa efficienza (vedi Dolly: 1 nascita su 29 embrioni trasferiti in utero su 277 fusioni)

– Le patologie riscontrate negli organismi clonati

– Di ordine etico: in riferimento all’uomo e ad altre specie viventi

Clonazione terapeutica

• procedimento che prevede la generazione di cellule staminali pluripotenti derivate dal paziente, la loro espansione in coltura, differenziazione nell’istotipo necessario e trapianto.

• prevede il trasferimento del nucleo di una cellula somatica matura in un oocita

Terapia con cellule staminali umane

CLONAZIONE PER TRAPIANTO NUCLEARE

il materiale di partenza sono degli ovociti, dai quali vengono aspirati con un ago il globulo polare ed i cromosomi (gli ovociti vengono enucleati), così che vi rimanga solo il citoplasma. Dopo di che avviene la sostituzione (trapianto nucleare) con il nucleo di una cellula somatica di un paziente; Questa tecnica è stata studiata ed utilizzata per la clonazione della pecora Dolly.

La produzione di cellule staminali mediante questa tecnica rende necessaria la formazione di un embrione il cui sviluppo viene arrestato allo stadio di blastocisti; non si tratta quindi dello sviluppo completo di un embrione dal quale poi si preleverebbero tessuti o organi di ricambio. La tecnica del trasferimento nucleare potrebbe essere impiegata in un programma terapeutico al fine di costituire una fonte adeguata di rifornimento cellulare al paziente. L’impiego di questa tecnica delinea la possibilità di avere a disposizione linee cellulari pluripotenti direttamente dalle cellule trapiantate dai pazienti, evitando il passaggio della formazione di un embrione mediante una sorta di “autotrapianto”; al momento però lo stato delle conoscenze non permette l’attuazione di quest’ultima opzione. Il trapianto nucleare somatico appena spiegato viene detto “clonazione terapeutica”, che si differenzia da quella riproduttiva che dà invece origine ad un intero organismo.

oocita umano NON fecondatoo altre forme di citoplasto artificiale

rimozionedel nucleo aploide

isolamento del nucleo diploideda cellule somatiche del paziente

trasferimento nucleare

sviluppo in vitro derivazione di celluleembrionali staminali umane

1 2

3 4

65

Non richiede la formazione dell’embrione umano, ma prevede il passaggio diretto

di cellule staminali o tessuto specifiche

“Trasferimento nucleare”secondo il Rapporto Dulbecco

Risoluzione maggioritaria della Commissione Dulbecco

• Diciotto membri della Commissione hanno fissato l’attenzione sul fatto che anche in Italia esiste un elevato numero di embrioni soprannumerari

• La scelta di destinare una parte di questi embrioni a ricerche dalle quali possono derivare notevoli benefici per l'umanità non comporta una concezione strumentale dell’embrione, né costituisce un atto di mancanza di rispetto nei confronti della vita umana

• A fronte dell'inevitabile destino riservato a una parte degli embrioni crioconservati e non più impiantabili, la Commissione ritiene che la bilancia penda a favore della destinazione di tali embrioni agli scopi di una ricerca suscettibile di salvare la vita di milioni di esseri umani

• Sul piano dei principi, tale soluzione trova sostegno nel principio di beneficialità. In forza di ciò, tale soluzione dà corpo alla nostra responsabilità verso le prossime generazioni, alle quali indubbiamente ridonderanno i benefici degli sforzi che oggi facciamo nella lotta contro le malattie e la sofferenza.

Risoluzione minoritaria della Commissione(Card. Ersilio Tonini, Adriano Bompiani, Bruno Dallapiccola, Domenico Di Virgilio, Enrico

Garaci, Luigi Lorenzetti, Girolamo Sirchia)

• L'embrione è un essere umano con potenzialità di sviluppo (e non un essere umano potenziale)

• l'embrione, come ogni essere umano, ha diritto alla vita • L'embrione va rispettato come persona • Le argomentazioni che proibiscono moralmente di creare

embrioni per la sperimentazione, valgono anche per la proibizione dell'utilizzo di quelli già esistenti. Nell'un caso come nell'altro, infatti, compare il mancato riconoscimento dell'embrione come soggetto umano e, quindi, la sua possibile strumentalizzazione, almeno nella prima fase della sua esistenza.

Prospettive future: terapia genica

• Le cellule staminali sono in grado di accettare e tollerare, molto meglio di cellule mature, geni introdotti dall’esterno con tecniche d'ingegneria genetica, mirate a correggere l’effetto patologico di geni difettosi o mutati

• Un singolo trasferimento di gene in una cellula staminale renderebbe infatti disponibili cellule del sangue, della pelle, del fegato, e perfino del cervello “corrette”

TERAPIATERAPIAGENICAGENICA

Definizione di terapia genicaInsieme di procedimenti atti a curare o alleviare una malattia modificando geneticamente le cellule dei pazienti. 

IN VIVO EX VIVO

Le principali classi di malattie che possono essere trattate con la terapia genica comprendono: le malattie infettive; i tumori (attivazione di un oncogene o inattivazione di un gene oncosoppressore o di un gene preposto all’apoptosi); le malattie ereditarie; le malattie del S.I. (allergie, infiammazioni e malattie autoimmuni).

A seconda del tipo di patogenesi si possono prendere in considerazione strategie differenti di terapia genica.

Il materiale è trasferito nelle cellule direttamente nel paziente

Le cellule sono prelevate per inserirvi “in vitro” il materiale genetico e poi reintrodotto nel paziente

TRASFERIMENTO GENICO IN VIVOTRASFERIMENTO GENICO IN VIVO I geni clonati sono trasferiti direttamente nei tessuti del paziente.Rappresenta l’unica alternativa per tessuti in cui le cellule non possono essere coltivate “in vitro” in numero sufficiente (cellule cerebrali) e/o non possono essere reimpiantate nel paziente.Uso di liposomi e vettori virali. Impianto di cellule produttrici del vettore (VPC), infettate “in vitro” con un retrovirus ricombinante, in modo che le cellule VPC trasferiscano il gene alle cellule circostanti.Si richiede il trasferimento di un gene clonato in cellule patologiche, spesso si tratta di un minigene prodotto artificialmente con una sequenza di cDNA unita ad una sequenza di regolazione che induce elevati livelli di espressione

Efficiente sistema di trasferimento con cellule staminali (piccola popolazione di precursori indifferenziati da cui derivano le cellule mature differenziate di ciascun tessuto).

Le cellule staminali non solo producono cellule del tessuto maturo, ma hanno la capacità di rinnovarsi a dare una popolazione immortale di cellule.

Terapia genica in vivo ed ex vivo

TS 32* TS 35 TS 39 TS 33* TS 34 TS 44* Lactobacillus curvatus ATCC 25601TS 43 TS 36* TS 47* TS 53* TS 49* Lactobacillus parac. paracasei LMG 12586Lactobacillus parac. tolerans LMG 9191S 22* Lactobacillus plantarum ATCC 14917TS 48* TS 31* TS 38* S 19 TS 50 S 24* S 25 TS 52* TS 45 CR 12 CR 17 TS 46* S 28 S 21 S 20 CR 3 CR 4 TS 37* TS 40* TS 41 S 30 CR 11 CR 14 CR 1* CR 5 Lactobacillus sakei ATCC 15521S 18* S 27 S 26 CR 16 CR 9* CR 10 CR 6 CR 7 CR 8 CR 2 S 23 S 29 TS 51* CR 15 CR 13* TS 42*

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