Cellule embrionali staminali


    Analisi dettagliata di cosa sono e come funzionano le cellule staminali.

    Introduzione

    La stupenda abilità di generare un embrione da un singolo oocita fertilizzato, e da questo tutti i tessuti dell’embrione e dell’individuo adulto è il risultato della presenza di cellule staminali pluripotenti, dono della natura fatto agli organismi multicellulari.

    L’interesse per le cellule staminali embrionali è accresciuto enormemente negli ultimi anni in quanto si è visto la possibilità di utilizzare queste cellule per curare malattie degenerative quali l’Alzehimer o il morbo di Parkinson, o per riparare le conseguenze devastanti dovute ad ingiure spinali.

    D’altra parte, le cellule embrionali sono isolate dall’embrione allo stadio di blastula (circa 5 giorni dopo l’avvenuta fecondazione) il che significa che per ottenere cellule embrionali staminali umane bisogna prelevarle da "scarti" di embrioni umani destinati alla fecondazione in vitro: questo ha fatto sorgere numerosi problemi etici oltre a timore e disgusto in gran parte della popolazione.

    Cosa sono le cellule embrionali staminali (CES)

    Le cellule embrionali staminali sono a) cellule pluripotenti, capaci quindi di generare tutti i differenti tipi cellulari (cellule specializzate) del corpo, b) sono non specializzate, c) sono cellule che possono replicarsi indefinitivamente, senza invecchiare, e capaci di autorigenerarsi, d) sono facilmente manipolabili geneticamente e e) sono cellule che piu’ facilmente di altri tipi cellulari danno origine a cellule geneticamente normali.

    Nella maggior parte dei casi le CES sono ottenute da embrioni derivati da fertilizzazione in vitro. Alternativamente l’embrione allo stadio di blastocisti puo essere recuperato lavando le tube di falloppio prima dell’impianto in utero. Durante i primi stadi dell’embriogenesi, la prima importante decisione avviene fra gli ultimi stadi della morula ed i primi stadi della blastula.

    [inline: 1= Immagine - 1 - Primi stadi dello sviluppo embrionale nei mammiferi] Immagine - 1 - Primi stadi dello sviluppo embrionale nei mammiferi – ©Bill Wassermann

    quando si ha una divisione asimmetrica che permette alle cellule di dividersi nelle due linee principali:

    le cellule pluripotenti dell’inner cell mass (massa cellulare interna-ICM).

    La blastocisti include 3 strutture: il trofoblasto (troph) strato cellulare protettivo esterno di cellule che circonda la blastocisti che darà origine al tessuto extraembrionale di supporto; il blastocele, cavità interna al blastocisti; la massa cellulare interna (inner mass ICM), un gruppo approssimativamente costituito da 30 cellule, che si trova ad un estremo del bastocele, destinato a differenziarsi ed a produrre prima l’embrione, poi l’individuo adulto.

    [inline: 2= Immagine - 2 - Blastocisti] Immagine - 2 - Blastocisti: circa 5 giorni dopo l’avvenuta fecondazione, l’embrione si trova allo stadio di blastula ed è visibile come una microscopica palla curva chiamata blastocisti. La fase precedente è la morula e la fase successiva è la gastrula.

    Con il procedere dello sviluppo embrionale, le CES scompaiono, e più ristrette cellule somatice (SSC) danno origine a tessuti ed organi.

    Dopo l’impianto di le cellule dell’ICM proliferano e si estendono distalmente formando uno strato interno di cellule chiamato epiblasto.

    Le cellule che costituiscono la ICM sono le cellule embrionali staminali, destinate a generare in seguito i tre strati, ectoderma, mesoderma ed endoderma, che daranno origine a tutti i tessuti di un individuo adulto; e il trofoblasto, che supporta la crescita dell’embrione.

    I geni che controllano questa iniziale divisione sono sconosciuti, sebbene siano noti alcuni dei principali protagonisti coinvolti nel mantenimento della pluripotenza in vitro e nell’impianto e sviluppo dell’embrione in vivo (es. Oct4, Fdxf3, Sox2, Nanong and Stat3).

    Linee cellulari murine

    Nel 1981 Evans and Kaufman, and Martin, indipendenteemente, riuscirono a generare le prime linee cellulari staminali trasferendo cellule della inner massderivate da blastocisti di topo in culture contenenti feeders cells (fibroblasti murini utilizzati per fornire gli elementi necessari per la il mantenimento della pluripotenza e delle cellule staminali, ma trattati in maniera che non si dividevano).

    Le culture risultanti contenevano popolazioni cellulari che crescevano come colonie, mostravano un estesa capacità replicativa, erano pluripotentim come dimostrato dalla loro abilità di generare chimere e topi transgenici, ed erano capaci di differenziarsi in cultura in derivati dell’ ectoderma, mesoderma ed endoderma.

    Cellule embrionali staminali murine possono ora essere propagate in culture sia attraverso l’uso di feeder cells, sia aggiungendo in cultura il fattore inibitore per la leucemia (LIF: leukemia inhibitory factor).

    LIF é risultato essere necessario per il mantenimento della pluripotenza e per l’induzione dell’autorinnovarsi nella maggiorn parte delle linee cellulari murine.

    Linee cellulari umane

    Poichè le CES sono indifferenziate e possono proliferare indefinitivamente se coltivate in vitro, esse possono potenzialmente provvedere ad una illimitata fonte di specifiche e clinicamente importanti cellule adulte, quali quelle del midollo osseo, o cellule muscolari, epatiche o del sangue.

    Le cellule embrionali umani al contrario della loro controparte murina non necessitano di fedder cells o LIF per propagarsi o mantenere la pluripotenza.

    Le prime CES umane furono isolate per la prima volta nel novembre del 1998 da un gruppo di biologi dello sviluppo, diretti da James Thomson all’Universita’ Medison in Winsconsin (University of Winsconsin – Madison), i quali produssero 5 linee staminali indipendenti usando 14 blastocisti ottenuti da embrioni prodotti da fertilizzazione in vitro, non più vecchi di una settimana, e donati perchè in avanzo.

    Queste linee cellulari erano capaci di proliferare prolungatamente senza differenziarsi e mantenevano la capacità di svilupparsi in una varietà di specifici tipi cellulari quali cellule neuronali, muscolare, cartilaginee o del midollo osseo.

    Gli embrioni utilizzati per questa ricerca erano stati originariamenti prodotti per trattare l’infertilità, ma in seguito furono donati specificatamente per questo progetto, con il consenso scritto dalle coppie donatrici che avevano rinunciato all’impianto di questi embrioni.

    La legge per quanto riguarda la conservazione di embrioni non utilizzati dalle coppie richiedenti e quindi refrigerati varia da paese a paese.

    In genere gli embrioni non utilizzati sono conservati refrigerati in serbatoi di nitrogeno liquido e mantenuti in questo stato per un tempo pre stabilito (in genere almeno tre anni).

    Passato questo periodo le coppie donatrici devono decidere se distruggere gli embrioni o donarli ad altre coppie sterili. Gli embrioni non possono essere conservati a tempo indeterminato a causa di problemi di costi e spazi.

    Negli ultimi mesi, negli Stati Uniti, in procinto delle nuove elezioni e della costante battaglia tra conservatori e progressisti, è stato proposto di distruggere le linee cellulari già esistenti e create nel passato in quanto derivate da embrioni umani.

    Caratterizzazione

    Le cellule staminali possono essere riconosciute immunoistochimicamente e isolate.

    Attraverso le loro divisioni le cellulle embrionali staminali rimangono geneticamente stabili. Affinchè una linea cellulare possa essere definita come tale è, comunque, importante dimostrare sia la stabilità del cariotipo per ogni linea, durante i passaggi successivi in vitro, sia dimostrare che le cellule esibiscono le proprietà fondamentali tipiche delle CES: questo processo è chiamato caratterizzazione.

    Sebbene non si sia stato ancora raggiunto un totale accordo tra i diversi laboratori per quale sia la serie di analisi da utilizzare nella caratterizzazione, in genere si cerca di:

    1) crescere e passare le cellule staminale per molti mesi, assicurandosi che le cellule siano capaci di auto rinnovarsi (le cellule devono essere sane e rimanere indifferenziate);

    2) evidenziare la presenza di markers di superficie che possono essere trovate solo in cellule indefferenziate. Un importante indice è per esempio la presenza delle proteine Oct 4;

    3) esaminare la composizione cromosomica al microscopio, per valutare sia la presenza di aberrazioni cromosomi che di aneuploidia (stabilità del numero cromosomico).

    Questo metodo non permette di valutare la presenza di mutazioni cellulari;

    4) valutare se le cellule possono essere cresciute in cultura dopo essere congelate e scongelate;

    5) valutare la pluripotenza delle CES permettendo alle cellule di differenziarsi spontaneamente in cultura, o manipolando le cellule in maniera tale che esse si differenzino in specifici tipi cellulari, oppure iniettandole in topi immunosoppressi per valutare la formazione di tumori benigni chiamati teratomi (teratomi tipicamente contengono un misto di molti tumori differenziati o indifferenziati tipi cellulari, un indice che le CES possono differenziarsi in molteplici tipi cellulari);

    Geni coinvolti nel mantenimento della pluripotenza

    Cellule embrionali staminali sono linee cellulari stabili e pluripotenti derivate dal blastocisti o dall’embrione prima dell’impianto in utero.

    La base molecolare della loro multipotenza è ancora un mistero, tuttavia alcuni geni sono stati identificati e sembrano importanti nelle prime fasi dello sviluppo dell’embrione, per il mantenimento della popolazione cellulare dell’epiblasto, e per il mantenimento della pluripotenza delle cellule embrionali in vitro: Oct 4, Sox2, FoxD3, Nanong e Stat3.

    Anche Fgf4 (fibroblast grow factor) è richiesto per l’impianto dell’embrione e per la proliferazione dell’ICM in vitro; tuttavia Fgf4 sembra direttamente regolato da Oct4 e Sox2, che si legano direttamente ad un elemento enhancer per l’Fgf 4.

    La maggior pathway conosciuta per il mantenimento della pluripotenza nelle cellule embrionali staminali è la LIF/LIFR (recettore per il LIF)/Stat3.

    [inline: 3=Immagine - 3 - Segnali transmembrana nelle cellule embrionali staminali]
    Immagine - 3 - Segnali transmembrana nelle cellule embrionali staminali. (Tratto da : Constaintinescu S. Stemness, fusion and renewal of hemapotoietic and embryonic stem cells. Progress in stem cells research. J. Cell.Mol.Med., vol 7 n.2, 103-112,2003.)

    Il complesso che utilizza LIF come recettore é costituito da una catena specifica per LIF (LIFR) e un transduttore di segnale gp130. Il legame con il ligando induce la cross fosforilazione di una Jak kinasi, fosforilazione dei recettori citosolici con residui Tyr, funzionando come siti conduttore per molecole contenenti SH2, quali Stat-3 e SHPTP2.

    Quando Stat3 diventa fosforilato, dimerizza e trasloca nel nulceo, dove stimola l’espressione di geni implicati nell’autorigenerazione. SHPTP2 é invece implicato nell’attivazioni delle MAP-kinasi.

    L’attivazione di Erk inibisce gli effetti che Stat-3 ha nelle cellule staminali (pluripotenza e autorigenerazione). In parallelo, proteine staminali intrisiche quali Oct 4 e Nanong agiscono in concerto per indurre l’espressione di geni che inducono la pluripotenza e l’autorigenerazione. Nanong e Stat-3 possono avere identici target ma agiscono indipendentemente.

    LIF non è richiesto per il normale sviluppo dell’embrione ma in cultura cellule embrionali che non esprimano Stat 3 sono indotte a differenziarsi. A parte Stat 3, l’altro sistema trascrizionale che è attivo nelle cellule embrionali staminali è rappresentato da il fattore di trascrizione Oct4.

    Oct4. Oct 4 è un fattore di trascrizione di tipo POU richiesto per indirizzare le cellule al loro destino nei primissimi stadi di sviluppo dell’embrione. Oct4 è espresso nell’ICM e down-regolato nelle cellule del trofoblassto. Embrioni nulli per il gene Oct 4 (Oct 4 -/ -) falliscono a formare l’ICM ed al suo posto si formano solo cellule del trofoblasto.

    Embrioni Oct 4 nulli muoino subito dopo l’impianto, prima che l’epiblasto si sia formato. Oct 4 sembra quindi necessario sia per decidere il destino delle cellule allo stadio di morula - formazione delle cellule del trofoblasto o dell’ICM -, sia successivamente allo stadio di preimpianto (quando si ha la formazione dell’ epiblasto e del primitivo ectoderma).

    Oct 4 è inoltre essenziale per lo stabilimento ed il mantenimento della pluripotenza dell’ICM in vitro : embrioni nulli Oct4 a falliscono a crescere in cultura.

    Sox2. Sox2 è presente nelle cellule pluripotenti dell’embrione di topo e nelle linee cellulari embrionali umani, e come Oct4 è espresso nell’ICM, epiblasto e nelle linee germinali. Sox2-RNA e’ trovato anche alla stadio di morula, e nelle blastocisti nelle ICM. Nella blastocisti Sox2 e’ trovato anche nel trofoderma ma la proteina e’ espressa solo nel citoplasma.

    Sox2 è richiesto per il mantenimento delle cellule dell’epiblasto in uno stadio indifferrenziato.

    Sembra che Sox2 e Oct 4 funzionino insieme per mantenere lo stato pluripotente durante i primi stadi dello sviluppo.

    La mancanza di Sox2 diventa critica diversi giorni dopo l’avvenuta fecondazione e questo può essere causato dalla presenza di Sox 2 materno nei primi stadi embrionali. La componente materna può essere coinvolta nello stabilimento del destino delle cellule e la combinazione di Sox 2/Oct 4 specifica le prima 3 linee presenti all’impianto. Sox2 agisce insieme a Oct4 nella regolazione di fgf4.

    Nanong

    Nanong, il cui nome deriva da Tir Na Nog o Tir nan Og, la terra dei sempre giovani, sembra essere cruciale per il mantenimento della capacità staminale delle cellule embrionali e dell’epiblasto.

    Il gene Nanong è un fattore di trascrizione, che si lega al DNA, membro della famiglia dell’homeobox, che è stato dimostrato recentemente mantenere la pluripotenza in cellule embrionali staminali, sia nelle linee cellulari umane che murine.

    Nanong è stato trovato all’interno delle cellule a livello di morula, nell’ICM della blastocisti, continua ad essere espresso nelle cellule embrionali dell’epiblasto ma inizia ad essere down-regolato dopo l’impianto.

    Diversamente da Oct-4, Nanong sembra giocare un ruolo cruciale solo nella seconda fase nello stadio di preimpianto. Oct-4 non è richiesto per l’espressione di Nanong, ma Nanong non puó agire in assenza di Oct-4.

    [inline: 4= Immagine - 4 - Fattori di trascrizione che sono coinvolti nei primi stadi dello sviluppo embrionale e nelle cellule embrionali staminali.] Immagine - 4 - Fattori di trascrizione che sono coinvolti nei primi stadi dello sviluppo embrionale e nelle cellule embrionali staminali.

    Oct 4 è cruciale nel primo stadio in cui si ha la decisione tra trofoblaso e ICM; Nanog è cruciale per il secondo stadio. Per il mantenimento della pluripotenza dell’epiblasto dopo l’impianto dell’embrione sono richiesti Oct4, Sox2, e FoxD3.

    Nelle cellule embrionali staminali Oct4, Sox2, Stat3, e Nanog sono essenziali per autorigenerarsi (self-renewal) – tratto da Nanog: a new recruit to the embryonic stem cell orchestra Fatima Cavaleri and Hans R. Schöler Cell, Vol 113, 551-552, 30 May 2003

    Nanong è un altro gene che sembra coinvolto nell’ autorigenerazone. Sembra che Nanong e Oct4 lavorino in concerto ma Nanong sia indipendentemente da Stat 3. Questa conclusione è basata da due osservazioni: Nanong è espresso in embrioni mancanti di Oct4, e l’over espressione di Nanong non puó rivertire il programma di differenziamento indotto nelle cellule staminali embrionali con bassa espressione di Oct4.

    Oct-4, Nanong e Stat 3 definiscano 3 diverse pathways che possono operare inseme per il mantenimento della pluripotenza; Oct-4 e Nanong sono vie obbligatorie mentre Stat3 e’ facoltativa.

    FoxD3. Foxd3 è espresso in linee cellulari embrionali murine e nei loro equivalenti tumorali. La sua presenza in linee cellulari umani è controversa. Foxd3 è richiesto per il mantenimento della pluripotenza durante il pre impianto ed è fondamentale per il dell’embriogenesi.

    Foxd3 non è espresso negli oociti infertilizzati o in quelli fertilizzati allo stadio monocellulare, ma trascritti sono stati visualizzati allo stadio di blastocisti, dopo che le trascrizioni dello ziogote sono iniziate. Foxd3, come Oct 4, è richiesto per il mantenimento delle ICM: l’ICM derivate da Foxd3 -/- cellule fallisce ad espandersi ed il trofoblasto va incontro a programmata morte cellulare.

    Embrioni nulli Foxd -3 -/-muoiono intorno al tempo della gastrulazione, con perdita dell’epiblasto e concomitante espansione dell’ectoderma e dell’endoderma prossimale.

    Blastocisti Foxd3 -/- sembrano morfologicamente normali; l’mRNA di Oct 4 e Sox 3 ed il loro fattore regolatore Ffg4 è presente ed Oct4 è localizzato nel nucleo; tuttavia l’ICM fallisce ad espandersi appropriatamente e cellule dell’ICM non possono essere trasferite e coltivate in vitro; l’espressione di Oct4 è iniziata ma in assenza di Foxd3 è presto downregolata.

    L’mRNA per Oct4, Sox2, e Fgf4 è trovato nella blastocisti indipendentemente dell’espressione di Foxd3. Non è ancora ben definito se Foxd3 agisce insieme ad Oct4 per conferire una risposta ad Fgf4, oppure attraverso una via parallela, indipendente rispetto ad Oct4 e Sox2 e FGf4, e richiesta durante i primi stadi dell’embriogenesi Sox2 e Foxd3 sono coinvolti inelle fasi successive nel mantenimento dell’epiblasto e dopo l’impianto in utero, e sono anch’essi coinvolti nel mantenimento della pluripotenza in cellule embrionali trapiantate in vitro.

    Applicazioni

    Cellule staminali nella cura di Morbo di Parkinson e nella Sclerosi Amilotrofica.

    Le cellule staminali offrono grande speranza nella cura di uno svariato numero di malattie.

    Il riparo a livello cerebrale è stato, in particolare, oggetto di considerevoli attenzioni perchè cellule trapiantate a livello di sistema nervoso sono in qualche modo immuno privilegiate, riducendo il bisogno di medicinali immunosoppressivi.

    Il morbo di Parkinsin è un disordine che coinvolge la morte di neuroni dopaminergici, mentre la Sclerosi Amitrofica laterale coinvolge la morte dei neuroni della cortex e del cordone spinale.

    Entrambe queste malattie coinvolgono la perdita di proiezioni neuronali, conducendo a severe disfunzioni dei movimenti negli individui affetti. è stato ipotizzato che le cellule staminali possano essere utilizzate per rigenerare le giunzioni neuronali, sostituendosi ai neuroni degenerati e connettendosi agli appropriati target, consentendo quindi di curare queste malattie.

    Recentemente, tuttavia sia la grandezza che la complessità di questa sfida sono diventate evidenti. è comunque chiaro sia neuroni dopaminergici che neuroni motori possono essere generati dall’induzione delle cellule embrionali staminali umani nella loro normale via di sviluppo.

    Il prossimo passo è far sí che queste cellule sopravvivano al trapianto, in modo che si possano integrare e possano ristorare almeno in parte alcune delle funzioni perse.

    Questo non è stato ancora raggiunto usando CSE umane, tuttavia in modelli animali CES murine trapiatantate in topi affetti da disfunzioni motorie Parkinson-simili possono ricostituire neuroni dopaminergici funzionali, attenuandone i sintomi.

    CES umane possono sopravvivere e avere benefici in un modello di ALS animale: questo è principalmente dovute al differenziamento di queste cellule in cellule simil gliali, le quali producono fattori trofici che supportono i neuroni motori morenti, piuttosto che a cause di un diretto ripopolamento dei neuroni motori. Tuttavia motoneuroni derivati dall’induzione di CES di topo e trapiantati in animali con ALS sono capaci di mandare assoni almeno fino alla radice ventricolare, sebbene la riconnessione con il muscolo non venga ripristinata.

    Le cellule staminali possono aiutare il recupero di alcune funzioni sia attraverso il ripopolamento e la sostituzione dei neuroni affetti, sia tramite il rilascio di fattori neurotrofici vicino ai corpi cellulari o terminali dei neuroni degeneranti, incrementandone sia la salute che la capacità di sopravvivenza.

    Cellule staminali embrionali nella cura di lesioni spinali

    Studi di laboratorio hanno dimostrato che culture arricchite di oligodendrociti possono essere generati in seguito ad induzione di CES con specifiche sostanze, quale l’acido retinoico, e questi oligodendrociti sono capaci di produrre mielina e di mielinizzare assoni in vitro; inoltre studi su modelli animali hanno dimostrato che questi oligondrociti possono sostituire la mielina persa di nel sistema nervoso centrale adulto dopo essere stato ingiuriato.

    La rimielizzazione è un promettente approccio per riparare il sistema nervoso centrale danneggiato e ha la potenzialità di offrire il recupero di alcune funzioni essenziali, ed il trattamento di certe malattie che coinvolgono la demielizzazioni quali, oltre a traumi al sistema nervoso centrale, la sclerosi multipla, le leucodistrofie, e la malattia di Alzahimer.

    I passi ed i tempi sono lunghi prima di poter dire di essere arrivati alla soluzione del problema ed ad avere la possibilità di curare queste malattie, ma si stanno facendo piccoli progressi, per migliorare almeno la qualità della vita di queste persone.

    In un’indagine in cui venivano intervistate persone affette da ingiurie spinali, per sapere quale funzione vorrebbero avere ristabilita per prima, è risultato che la maggior parte di loro non si aspetta di poter camminare di nuovo, ma sceglie il recupero del controllo vescicale ed anale. Questo obbiettivo dovrebbe essere raggiungibile facilmente perchè le fibre nervose che comunicano con la vescica e l’ano giacciono alla periferia piu esterna del cordone.

    Altri pazienti, come il tetraplegico Christopher Reeve, vorrebbero essere capaci di respirare da soli, mentre altri vorrebbero afferrare oggetti o aumentare le funzioni sessuali. Camminare non &eacute l’obbiettivo della maggior parte delle persone.

    Altre applicazioni

    Oltre alle affascinanti prospettive terapeutiche, le CES possono avere applicazioni in tossicologia, embriologia, biologia dello sviluppo.

    I primi stadi dello sviluppo umano sono stati sempre molto difficili, se non impossibili, da studiare. CES umane offrono questa possibilità: studiare i primi stadi dello sviluppo, i geni coinvolti, le loro funzioni, le pathway.

    Tutto questo non può essere studiato direttamente all’interno di un utero umano, e l’uso di animale non risolve completamente il problema in quanto è sempre difficile l’estrapolazione dal modello animale all’uomo. Capire gli eventi che occorrono ai primi stadi di sviluppo embrionali ha potenziali cliniche importanti per prevenire o trattare difetti alla nascita, infertilità o aborti naturali. Inoltre l’analisi di sostanza su CES in cultura puó aiutare a ridurre il rischio di utilizzo di composti teratogeni, che causano cioè malformazioni del feto.

    Le CES possono avere un’applicazione potenziale nella scoperta di nuove droghe, in quanto l’abilità di crescere popolazioni pure di specifiche tipi cellulari offre la possibilità di utilizzarle con nuovi composti chimici, e valutarne la loro risposta, offrendo una scorciatoia nella scoperta di prodotti destinati ad essere utilizzati a livello terapeutico e non.

    La possibilità di utilizzare cellule staminali pluripotenti permette di analizzare molti composti in una enorme varietà di linee cellulari e nei loro derivati. La tecnologia in cellule staminali perció potrebbe permettere una rapida valutazione degli effetti benefici e/o deleteri di centinaia di composti chimici destinati ad essere immessi sul mercato, consentendo risparmio di tempo e denaro.

    Conclusioni

    Le cellule pluripotenti staminali rappresentano una speranza per milioni di persone in quanto esse hanno la potenzialità di attenuare gli effetti o curare una miriade di malattie e/o traumi, quali il Parkinson, l’Alzheimer, diversi tipi di diabete, malattie cardiache, distrofie muscolari, ingiurie spinali, sclerosi multiple, ictus, bruciature.

    Questa ricerca è ancora alla sua infanzia e applicazioni pratiche saranno possibili solo con addizionali studi.

    Prima che possa divenire utile a livello terapeutico, i ricercatori devono capire i meccanismi che conducono una cellula a specializzarsi e in quale maniera è possibile controllarne la differenziazione, in maniera tale da poter dirigerla a divenire un particolare tipo di tessuto; non meno importante è studiare come l’organismo può reagire all’impianto di nuove cellule a livello immunitario e, nel caso se ne presenti la necessità, come risolvere il problema; infine bisogna inoltre valutare la capacità di queste cellule di divenire cellule tumorali invece che cellule specializzate, ed impedire che questo accada.

    In tutto questo non bisogna dimenticare che prima di effettuare questi tipi di ricerche ci sono problemi etici da risolvere, poichè lo studio di cellule embrionali staminali coinvolge spesso l’utilizzo di embrioni umani ai primi stadi di sviluppo, che hanno tutte le potenzialità di divenire essere umani.

    Alle commissioni etiche di ricerca spetta di stabilire il confine tra scienza, applicazioni utili all’ umanità, e diritti dell’individuo, che sia esso costituito da poche cellule, o sia esso un sistema specializzato, oppure sia l’oggetto per cui la ricerca viene effettuata, ossia gli individui affetti dalle diverse malattie.

    Bibliografia

    Avilion AA, Nicolis SK, Pevny LH, Perez L, Vivian N and R Lovell-Badge. Multipotent cell lineages in early mouse development depend on SOX2 function. Genes and Development 17:126-140, 2003.

    Cavalieri F. and H.R. Schöler. Nanong: a new recruit to the Embryonic Stem Cell Orchestra. Cell, Vol. 113, 551-557, May 30, 2003.

    Constaintinescu S. Stemness, fusion and renewal of hemapotoietic and embryonic stem cells. Progress in stem cells research. J.Cell.Mol.Med, vol. 7 n.2., 103-112, 2003.

    Ginis I, Luo Y, Miura T, Thies S, R Brandenberger, Gerecht-Nir S, Amit M, Hoke A, MK Carpenterm J Itskovitz-Eldor and MS Rao. Differences between human and mouse embryonic stem cells. Developmental Biology 269, 360-380, 2004.

    Hanna LH, Foreman RK, Tarasenko IA, Kessler DS and PA Labosky. Requirement of Foxd3 in maintaining pluripotent cells of the early mouse embryo. Genes & Development 16:2650-2661, 2002.

    Hart AH, Hartley L, Ibrahim M and Robb L Identification, cloning and expression analysis of the pluripotency promoting nanog genes in mouse and human. Development dynamics 230: 187-198, 2004.
    Lang KJD, Rathjen J, Vassilieva S and PD Rathjen. Differentiation of embryonic stem neural fate: A route to re-building the nervous system? Journal of Neuroscience Research: 76: 184-192, 2004.

    McDonald JW , D Becker , TF Holekamp, MJ Howard, Su L, AiWu L, MM Platik, Y Qu, T Stewart and S Vadivelu. Repair of the injured spinal cord and the potential of embryonic stem cell transplantation. Journal of Neurotoma, vol. 21, n.4, 2004. Su L, Qu Y, TJ Stewartm, MJ Howard, S Chakraborratty , TF Holekamp and JW McDonald. Embryonic stem cell differentiates into oligodendrocytes and myelinate in culture and after spinal cord transplantation. PNAS: vol.97, 6126-6131, and 2000.

    Svenson CN & JW Langston. Stem Cells for Parkinson disease and ALS: replacement or protection? Nature medicine, vol. 10, n. 3, 2004.

    Velkey J.M. and O’Shea K.S. Oct4 RNA interference induces trophoectoderm differentiation in mouse embryonic stem cells. Genesis, 37:18-24, 2003.

    Watt FM and BLM Hogan. Out of Eden: stem cells and their niches. Science, vol. 287, 2000. Wilder PJ, Kelly D, Brigman K, Peterson CL, Nowling T, Gao QS, McComb RD, Capecchi MR and Rizzino A. Inactivation of the Fgf-4 gene in embryonic stem cells alters the grow and/or the survival of their early differentiated progeny. Develop. Biology 192, 614-629, 1997.

    Sitografia

    Web site di Bill Wassermann - Biologia dello Sviluppo www.luc.edu

    Glossario

    Autorigenerazione (self renewal):

    processo attraverso il quale le cellule staminali si dividano dando origine ad una cellula uguale a se stessa ed una capace di divenire una cellula specializzata.

    Blastocele:

    cavità ripiena di liquido all’interno del blastula.

    Cellula staminale:

    cellula con abilità di dividersi per periodi indefiniti in cultura, capace di autorigenerarsi e di dare origine a cellule specializzate.

    Cellule embrionali staminali:

    cellule indifferenziate dell’embrione che hanno la potenzialità di divenire una ampia varieta di cellule specializzate.

    Ectoderma:

    strato di cellule più estermo dell’inner mass del blastocisti; l'ectoderma dà origine al sistema nervoso, all'epidermide e agli organi di senso.

    Endoderma:

    strato di cellule che si trova nella porzione più bassa dell’ inner mass del blastocisti; dall' endoderma si svilupperanno l'epitelio di rivestimento degli organi dell'apparato digerente, dell'apparato respiratorio e ghiandole e strutture associate (ghiandole salivari, fegato, pancreas..)

    Epiblasto:

    primitivo ectoderma che si forma circa all’ottavo giorno dopo la fecondazione.

    Feeder layer:

    cellule usate in culture che servono per il mantenimento della pluripotenza delle cellule staminali. Queste cellule consistono in genere di fibroblasti derivati da embrioni murini trattati in maniera tale che non si dividano.

    Gastrula:

    stadio dello sviluppo embrionale successivo alla blastula. Inizia con la comparsa di una piccola invaginazione sulla superficie della blastula, in corrispondenza della quale si realizza una introflessione per cui alcune cellule che si trovano in superficie vanno a occupare spazi interni o profondi riducendo la cavità del blastocele. In questo modo si forma una struttura a doppia parete costituita da due foglietti: l'esterno detto ectoderma, l'interno endoderma.

    Homeobox gene:

    gene contanente un segmento di 180 paia di basi (l’homeobox) che codifica un dominio proteico (homeodominio) coinvolto nel legame con il DNA, regolandone l’espressione. L’homeobox e’ simile in molti geni con differenti funzioni. I geni che hanno un homeobox sono chiamati Hox gene.

    Homeodominio:

    dominio proteico costituito di 60 amminoacidi arrangiati in elica-giro-elica, in maniera tale che la terza elica si estenda nel solco maggiore del DNA, riconoscendolo.

    Massa cellulare interna -Inner cell mass (ICM):

    un gruppo di approssivativamente 30 cellule, che si trova ad un estremo del blastocele e che é costituito da cellule embrionali staminali, destinate a generare in seguito i tre strati, ectoderma, mesoderma ed endoderma, che daranno origine a tutti i tessuti di un individuo adulto.

    Ipoblasto:

    primitivo endoderma.

    Linee cellulari staminali embrionali: cellule embrionali staminali che sono state transferite in culture e che, se mantenute sotto determinate condizioni, possono proliferare in vitro, senza differenziarsi, da mesi ad anni. Le linee cellulari staminali embrionali possono essere congelate e sconcelate senza perdere le loro proprietà caratteristiche (pluripotenza, autorigenerazione, non invecchiamento).

    Mesoderma:

    ultimo strato che si forma successivamente rispetto all’ectoderma e esoderma, interposto fra loro, e che darà origine a quasi tutti i tessuti muscolari e connettivi, l'apparato cardiovascolare, il sangue, il tessuto linfatico e l'apparato urogenitale.

    Morula Blastula (o blastocisti):

    stadi precoci e successivi dello sviluppo degli animali pluricellulari che originano dalla segmentazione della cellula uovo fecondata. L'intensa proliferazione cellulare modifica l'aspetto dello zigote che all'inizio è detto morula per la somiglianza ad una mora, poi viene chiamato blastula.

    Pluripotenza:

    abilità di una singola cellula staminale di svilupparsi in differenti tipi cellulari del corpo

    POU Proteins:

    fattori di trascrizione che hanno sia un homeodominio che una seconda regione che si lega al DNA. La regione, che comprende sia l’homeodominio che la seconda regione che lega il DNA, è chiamata POU-dominio. Il nome deriva dai primi 4 fattori di trascrizioni nel quale é stato trovato: Pit-1, Oct-1, Oct-2 (mammiferi) e Unc86 di Caenorhabditis elegans.

    Trofoblasto:

    tessuto extra embrionale destinato a svilupparsi nella placenta responsabile per l’impianto dell’embrione e nel controllo degli scambi dell’ossigeno e metaboliti tra madre e embrione.



    Newsletter

    Resta informato con le nostre notizie periodicamente

    Cliccando sul pulsante iscriviti acconsenti al trattamento dei tuoi dati. La tua email non verrà MAI ceduta a nessuno!