Cellule staminali: informazioni scientifiche

[Skepto]

Riporto qui sotto, tradotto, il documento informativo della National Institutes of Health, un'importante associazione di ospedali e centri di ricerca statunitensi.
L'originale in lingua Inglese si può trovare
qui.
Cercherò di essere quanto più fedele possibile al testo, anche se non escludo la possibilità di errori di traduzione o simili.
Ovviamente, tutti i diritti restano dell'autore originale.
(nota all'Amministrazione: per il contenuto, il thread andrebbe forse nel Pendolo di Focault. Mi pare che la questione sia attualmente di interesse politico generale, ma casomai spostate pure)

I. Introduzione

La ricerca sulle cellule staminali sta aumentando la nostra comprensione di come un organismo si sviluppa da una singola cellula e come le cellule sane rimpiazzano quelle danneggiate in un oganismo adulto.
Questo settore promettente della scienza sta anche portando gli scienziati ad investigare la possibilità di tecniche di cura utilizzanti le cellule, spesso chiamate medicina riparativa o rigenerativa.

Le cellule staminali sono una delle aree di studio più affascinanti nella biologia odierna, ma come molti nuovi campi della scienza, la ricerca sulle cellule staminali pone nuove domande altrettanto rapidamente di quanto fornisca nuove risposte.

Il NIH ha sviluppato questo opuscolo per aiutare i lettori a comprendere le risposte a domande come: "Cosa sono le cellule staminali? Ce tipi diversi di cellule staminali esistono e da dove provengono? Quali sono le possibilità di nuove terapie che le utilizzino? Di che tipo di ricerca c'è bisongo per rendere queste cure una realtà?


A. Cosa sono le cellule staminali e qual è la loro importanza?

Le staminali hanno due caratteristiche importanti che le distinguono da altri tipi di cellule. Innanzitutto, sono cellule non specializzate che si possono rinnovare per lunghi periodi attraverso la divisione cellulare. Inoltre, sotto certe condizioni fisiologiche o indotte artificialmente, possono trasformarsi in cellule con funzioni specifiche come quelle pulsanti nel tessuto cardiaco o le produttrici di insulina del pancreas.

Gli scienziati lavorano principalmente con due tipi di cellule staminali, provenienti da animali o da umani: le cellule staminali embrionali e le cellule staminali adulte, che hanno caratteristiche e funzioni diverse che saranno spiegate in questo documento.
Gli scienziati hanno scoperto metodi per ottenere le cellule staminali da embrioni di topo ai primi giorni di sviluppo più di 20 anni fa.
Molti anni di studio dettagliato della biologia delle cellule estratte dai topi hanno portato alla scoperta, risalente al 1998, di come isolare le staminali anche dagli embrioni umani e di come coltivarle in laboratorio. Queste verranno chiamate cellule staminali embrionali umane
Gli embrioni utilizzati in questi studi erano stati originariamente creati per trattamenti di fecondazione in provetta per la cura dell'infertilità e quando non furono più necessari per quello scopo furono donati alla ricerca dietro consenso dei donatori.

Le cellule staminali sono importanti per vari motivi per gli organismi viventi.
In un embrione di 3-5 giorni, detto blastocisti*, le cellule staminali dei tessuti in via di sviluppo creano i tipi di cellule specializzate che compongono il cuore, i polmoni, la pelle e altri tessuti.
In alcuni tessuti adulti, come il midollo osseo, i muscoli e il cervello, colonie di cellule staminali adulte generano le cellule che vanno a sostituire quelle perse per la normale usura, le ferite e le malattie.

Gli scienziati hanno ipotizzato che le cellule staminali potrebbero, ad un certo punto in futuro, diventare la base per curare malattie come il morbo di Parkinson, il diabete e le malattie cardiache.

Gli scienziati sono interessati a studiare le cellule staminali in laboratorio per poterne conoscere le proprietà essenziali e che cosa le rende differenti dalle tipologie di cellule maggiormente differenziate.
Impariando di più a loro proposito, potrebbe essere possibile utilizzarle non solo a fini terapeutici ma anche per condurre test sui nuovi farmaci e per comprendere meglio i difetti congeniti.
Tuttavia, come detto in precedenza, le cellule staminali embrionali sono state studiate solo a partire dal 1998.
Così, per potere sviluppare nuovi trattamenti gli scienziati stanno cercando di comprendere alcune cose sulle cellule staminali, fra cui:

1. Determinare l'esatta quantità di tempo per cui le cellule staminali possono rimanere non specializzate e autorinnovantesi.
2. Identificare i segnali che porano alla loro differenziazione in cellule specializzate.

(continua...)

*Lo stesso sito riporta come informazioni addizionali: "Una blastocisti è un embrione non ancora impiantato nell'utero, composto da circa 150 cellule. Ha la struttura di una sfera composta da uno strato esterno di cellule (il trofoblasto), una cavità ripiena di fluido e una massa cellulare interna."
Personalmente ho trovato qualcosa anche a http://www.cragroup.it/blastocisti.htm

[Skepto]

II. Quali sono le proprietà specifiche comuni a tutti i tipi di cellule staminali?

Le staminali sono diverse dagli altri tipi di cellule del corpo. Tutte loro -indipendentemente da dove provengano- hanno tre proprietà generali: possono dividersi e rinnovarsi per lunghi periodi; non sono specializzate; possono dare origine a cellule specializzate.

Gli scienziati stanno cercando di comprendere due proprietà fondamentali delle cellule staminali che hanno a che fare con il loro rinnovo a lungo termine:

1. Perché le cellule embrionali possono proliferare per un anno o più senza differenziarsi, ma la maggior parte delle cellule adulte non può?
2. Quali fattori ne controllano la proliferazione e la riproduzione negli organismi viventi?

Trovare la risposta a queste due domande potrebbe rendere possibile la comprensione di com la proliferazione delle cellule viene regolata durante la normale crescita embrionale o durante le divisioni cellulari anormali che portano al cancro.
Queste informazioni renderebbero gli scienziati capaci di coltivare le staminali adulte ed embrionali in maniera più efficace in laboratorio.

Le cellule staminali non sono specializzate. Una delle proprietà fondamentali di una cellula staminale è il fatto di non avere alcuna struttura specifica di un certo tessuto che le permetta di svolgere operazioni specializzate. Una cellula staminale non può cooperare con le sue vicine per pompare il sangue nel corpo come fanno le cellule cardiache, nè portare molecole di ossigeno come fanno i globuli rossi nè trasmettere segnali elettrochimici ad altre cellule come le cellule nervose.
Tuttavia, le staminali indifferenziate possono dare origine a tutti questi tipi di cellule.

Le staminali possono dividersi e rinnovarsi per lunghi periodi. A differenza delle cellule cardiache, nervose o sanguigne (che normalmente non si autoreplicano), le staminali possono riprodursi varie volte.
Una riproduzione cellulare effetuata più volte verrà chiamata proliferazione.
Una popolazione iniziale di staminali che prolifera per parecchi mesi in laboratorio può produrre milioni di cellule. Se le cellule risultanti continuano ad essere non specializzate, come le cellule staminali di partenza, le cellule si dicono capaci di rinnovamento a lungo termine.

I fattori specifici e le condizioni che permettono ale staminali di rimanere non specializzate sono di grande interesse per gli scienziati. Ci sono voluti molti anni di tentativi per imparare a coltivare le staminali senza farle differenziare spontaneamente in tipi specifici di cellule.
Ad esempio, ci sono voluti 20 anni per imparare come far crescere le cellule staminali embrionali in laboratorio grazie ai metodi utilizzati per la coltura di cellule di topo.
Una parte importante della ricerca è dunque comprendere i segnali che fanno sì che una popolazione di cellule staminali rimanga non specializzata finchè è necessaria a riparare un tipo specifico di tessuto.
Tali informazioni sono critiche per permettere la coltura di grandi quantità di cellule in laboratorio per esperimenti futuri.

Il processo tramite cui le cellule staminali non specializzate genereano cellule specializzate è chiamato differenziazione e gli scienziati ne stanno cominciando solo ora a capire i segnali interni ed esterni alle cellule che lo innescano.
I segnali interni sono controllati dai geni di una cellula, dispersi in lunghe catene di DNA, e trasportano informazioni in codice per tutte le strutture e funzioni di una cellula.
I segnali esterni includono segnali chimici dalel altre cellule, il contatto fisico con altre cellule vicine, e infine determinate molecole nell'ambiente circostante.

Molte domande sulla differenziazione staminale rimangono aperte. Ad esempio, i segnali interni ed esterni sono simili per tutti i tipi di staminali? È possibile identificare certi tipi di segnali
che portino alla differenziazione in tipi specifici di cellule?
La risposta a queste domande è di importanza critica in quanto potrebbe mettere gli scienziati in grado di controllare la differenziazione in laboratorio, facendo quindi crescere cellule o tessuti che si possono usare per scopi specifici come ad esempio quelli terapeutici.

Le cellule staminali adulte generano tipicamente le cellule del tessuto in cui risiedono normalmente.
Una cellula produttrice di sangue nel midollo osseo, per esempio, normalmente produce globuli rossi, bianchi e piastrine.
Fino a poco tempo fa si pensava che una cellula produttrice di sangue (detta ematopoietica) non potesse dar luce a cellule di un tessuto molto diverso, come ad esempio le cellule nervose del cervallo.
Tuttavia un buon numero di esperimenti condotti negli ultimi anni hanno avanzato la possibilità che le staminali di un tessuto possano dar luce a quelle di un altro, un fenomeno chiamato plasticità.
Alcuni esempi includono cellule sanguigne che diventano neuroni, cellule epatiche che possono essere stimolate per produrre insulina e cellule ematopoietiche che possono svilupparsi nel muscolo cardiaco.
L'utilizzo di cellule staminali adulte a fini terapeutici è quindi diventato un'area di interesse molto attiva nella ricerca.

(continua...)