DOCUMENTO: RICERCA E CELLULE STAMINALI

Nell’ambito degli studi sul differenziamento delle cellule staminali si delineano, a nostro giudizio, tre scenari o strategie di ricerca tutte necessarie per poter raggiungere i risultati attesi nel piu’ breve tempo possibile. In questo breve intervento vogliamo riassumerne le caratteristiche principali e descriverne le possibili future applicazioni, anche alla luce delle proposte di normativa che si vanno concretizzando a livello nazionale ed internazionale.
Durante lo sviluppo embrionale la maggior parte delle cellule va incontro ai processi di determinazione e differenziamento. Alcune cellule non inizieranno mai questi processi, ma manterranno capacita’ di rinnovo di tipo embrionale. Le cellule staminali sono pluripotenti, mantengono cioe’ capacita’ proliferative durante tutta la vita dell’individuo e nell’adulto sono in grado di ripopolare il comparto delle cellule differenzianti in quei tessuti che presentano un alto ricambio cellulare dovuto a morte cellulare (ad esempio, l’epidermide) o alla continua produzione di cellule specializzate (ad esempio, la cellula germinale maschile nell’epitelio seminifero o le cellule del tessuto ematopoietico). Le cellule staminali pluripotenti sono presenti nell’embrione, nel feto ed in alcuni precisi distretti tissutali ben riconoscibili nell’individuo adulto.
Il nodo embrionale dell’embrione preimpianto (blastocisti) e’ costituito da una ventina di cellule staminali che possono essere isolate e coltivate in vitro fino all’ottenimento, a partire da singole blastocisti, di migliaia di cellule (dette cellule embrionali staminali o cellule ES dall’inglese Embryonic Stem Cells) altamente proliferanti ed in grado di differenziarsi, se opportunamente trattate, nel tipo cellulare desiderato. Nel topo queste ricerche sono iniziate nei primi anni ottanta (Nature 291: 151-156, 1981) ed oggi si e’ in grado di ottenere il differenziamento delle cellule ES in cellule epiteliali, muscolari, nervose o pancreatiche. In particolare due lavori sono risultati molto promettenti. Cellule ES sono state differenziate in cellule della glia e poi trasferite nel cervello di topi le cui cellule non erano in grado di produrre la mielina, ristabilendo cosi’ una normale attivita’ sintetica di questa proteina (Science 285: 754-756, 1999).
Ancora, cellule ES differenziate in cellule nervose immature si sono rivelate capaci, quando trasferite nella spina dorsale di ratti sottoposti a traumi meccanici, di ristabilire le connesioni nervose danneggiate e le normali funzioni deambulatorie (Nature Medicine 5: 1410-1412, 1999). Nel 1998 un gruppo di ricercatori americani pubblicava un lavoro in cui veniva descritto l’ottenimento delle cellule ES da blastocisti umane (Science 282: 1145-1146, 1998), aprendo cosi’ la strada ad un impiego terapeutico delle metodologie messe a punto nei vent’anni precedenti su modelli animali. Lo stesso gruppo, in uno studio successivo (Nature Biotechnology 18: 399-404, 2000) ha descrito il differenziamento delle cellule ES umane in cellule nervose mature. Le blastocisti impiegate in questi studi provenivano dalle cliniche di fecondazione in vitro. Durante un ciclo di fecondazione assistita viene spesso prodotto un numero di blastocisti superiore a quello necessario per garantire un positivo trasferimento ed impianto in utero; in questo caso, previo consenso dei genitori, questi embrioni possono essere impiegati per la ricerca.
L’impiego delle tecnologie per il differenziamento delle cellule ES nella nostra specie sta creando non pochi problemi di carattere etico e legislativo. E’ di questi giorni (16.8.2000) la notizia che il governo inglese ha proposto la discussione in parlamento di una legge per permettere l’impiego di embrioni umani preimpianto, finalizzato alle ricerche sul differenziamento delle cellule ES. L’amministrazione Clinton ha approvato linee guida gia’ entrate in vigore (25.8.2000). La ragione di fondo, sottesa alle decisioni inglese e statunitense, e’ l’enorme numero di embrioni gia’ presenti nei congelatori delle cliniche di fecondazione in vitro (piu’ di 200.000 embrioni nella sola Gran Bretagna), embrioni che avrebbero una scarsa possibilita’ di essere reimpiegati dai genitori e che verrebbero distrutti.
Le cellule staminali possono essere isolate anche da un individuo adulto, essendo presenti ad esempio nel midollo spinale, nell’epitelio seminifero della gonade maschile, nella retina, in diversi tipi di epiteli, nel cervello. Anche queste cellule possono essere differenziate ad hoc, sebbene il loro impiego soffra di due grandi limitazioni, l’una numerica (sono molto poche e di difficile reperibilita’) e l’altra fisiologica (dopo alcune divisioni cellulari in coltura tendono a perdere le caratteristiche di pluripotenzialita’). Diversamente, le cellule ES possono essere mantenute in coltura per moltissimi cicli di divisione, addirittura per piu’ di dieci anni, senza perdere la pluripotenzialita’.

Nell’embrione postimpianto e poi nel feto sono ancora molte le cellule staminali presenti, ma difficile e’ il loro isolamento. Tra le piu’ studiate sono sicuramente le cellule germinali primordiali (PGC, Primordial Germ Cells) che rappresentano lo stadio di differenziamento che precede la formazione delle gonadi. Le PGC fanno la loro comparsa alla 1a e 3a settimana di sviluppo nell’embrione di topo e umano rispettivamente. Se isolate dall’embrione queste cellule sono in grado di moltiplicarsi e produrre cellule pluripotenti dette EG (Embryonic Germ cells) in grado anche queste, come le cellule ES, di differenziarsi in quasi tutti i tipi cellulari presenti nell’individuo adulto. La loro difficile reperibilita’ ne ostacola pero’ fortemente il possibile impiego quale sorgente di reagente biologico utile nel trattamento terapeutico di varie patologie.
Una via alternativa per ottenere cellule staminali e’ il loro isolamento dal cordone ombelicale successivamente al parto. Va comunque ricordato che le limitazioni numerica e fisiologica si presentano anche in questo caso, sebbene in minor misura.
Una svolta importantissima nella ricerca sulle cellule staminali e’ venuta con la clonazione della pecora Dolly e del topo Cumulina. Hans Spemann (embriologo sperimentale, premio Nobel per i suoi studi sul differenziamento cellulare) attorno agli anni 1920 – 1930 gia’ si chiedeva se terminata la differenziazione una cellula era ancora in grado di de-differenziarsi e riassumere lo stato di totipotenza caratteristico dello zigote. Gli esperimenti di Willmut e Campbell (Nature 385: 810-813, 1997), impiegando come modello animale la pecora e successivamente di Yanagimachi e collaboratori (Nature 394: 369-374, 1998), con il topo, hanno dato una chiara risposta stabilendo che il nucleo di cellule somatiche terminalmente differenziate, trasferito nel citoplasma di una cellula uovo, e’ in grado di acquisire un nuovo programma genetico e di iniziare e terminare lo sviluppo embrionale con la nascita di un nuovo individuo. Dal punto di vista genetico il nuovo individuo e’ una “copia genomica” del donatore della cellula somatica impiegata per il trasferimento nucleare e quindi possiamo definirlo un clone genetico.
Rimangono oscuri quali siano i meccanismi e le molecole coinvolte in questo processo di deprogrammazione e riprogrammazione del genoma della cellula somatica dopo il suo trasferimento nell’ooplasma. La comprensione di questi meccanismi e fattori molecolari e’ pero’ cruciale per governare appieno la riprogrammazione del nucleo somatico. In particolare, la conoscenza dei fattori citoplasmatici coinvolti aprirebbe vastissimi scenari applicativi in ambito biomedico e farmacologico. Immaginiamo la possibilita’ di ottenere in vitro, in assenza della cellula uovo, la de-differenziazione di una cellula somatica prelevata da un individuo e poi guidarne la re-differenziazione cosi’ da ottenere un tipo cellulare nuovo in grande quantita’, ritrasferibile nel corpo del paziente oppure coltivabile fino all’ottenimento di una popolazione omogenea e potenzialmente in grado di progredire nelle fasi successive dell’istogenesi e dell’organogenesi. La conoscenza dei fattori citoplasmatici coinvolti permetterebbe, inoltre, di indurre direttamente nell’organismo adulto cellule quiescenti a riacquisire capacita’ moltiplicativa e pluripotenzialita’ utili a ristabilire funzioni fisiologiche compromesse; o, ancora, di modificare la progressione neoplastica fino alla completa reversione del tumore ed alla riprogrammazione delle normali attivita’ fisiologiche della cellula. Tutto questo sarebbe possibile senza l’impiego del gamete femminile e quindi il dibattito etico sull’uso dell’embrione non si porrebbe.
Questi scenari sono pero’ ancora molto lontani ed e’ prioritario il proseguimento della ricerca di base dei meccanismi che sottendono ai fenomeni di de-programmazione e ri-programmazione del genoma su modelli animali. Gli studi ad oggi realizzati impiegando il modello topo forniscono interessanti indicazioni. L’embrione preimpianto di topo inizia ad esprimere i geni embrionali a partire dallo stadio di sviluppo a 2 cellule. Se questi geni non sono espressi temporalmente e quantitativamente in maniera corretta, l’embrione non e’ in grado di continuare lo sviluppo. Su questa base si puo’ affermare che il processo di riprogrammazione del genoma del nucleo trasferito nel citoplasma dell’oocita termina prima che l’embrione raggiunga lo stadio di 2 cellule. In caso contrario, l’embrione non sara’ in grado di trascrivere correttamente i geni e non proseguira’ lo svilupppo. E’ all’interno di questa finestra temporale, che va dal momento del trasferimento del nucleo al raggiungimento dello stadio a 2 cellule, che dovranno focalizzarsi le ricerche. E’ in questo lasso di tempo che dura circa 20 ore che avviene la riprogrammazione da genoma somatico a genoma di tipo embrionale. Queste sono le ricerche che i nostri gruppi stanno conducendo grazie anche ai finanziamenti della Fondazione Telethon.
Da quanto esposto risulta chiara la mole di ricerca che ancora deve essere svolta. Paesi come gli Stati Uniti, la Gran Bretagna, l’Australia puntano molto su queste ricerche i cui risultati possono tradursi in migliore qualita’ della salute da un lato ed opportunita’ di lavoro dall’altro. Questi Stati si sono preparati ad affrontarle con adeguati strumenti normativi ed economici. Il nostro Paese rischia di richiudersi sull’ennesima disputa politica, non operando alcuna scelta. Con cio’ penalizzando un capitale umano rappresentato da ricercatori di ottimo livello internazionale e, fatto ancora piu’ grave, non contribuendo allo sforzo collettivo attuato dagli altri paesi del G7 per dare risposta alle attese dei tanti pazienti. Il turismo terapeutico basato sul censo e’ dietro l’angolo.