Le cellule staminali rappresentano un campo di ricerca medico in continua evoluzione, con un potenziale trasformativo per la cura di numerose patologie. Il termine "cellula staminale" indica in generale una cellula non specializzata, capace di riprodursi in due cellule figlie in maniera asimmetrica. Da tale divisione, una delle due cellule figlie rimane non specializzata, mentre l'altra si differenzia in uno dei molti tipi di cellule diverse presenti nel nostro corpo, come un neurone, un globulo bianco o una cellula della pelle. Questa straordinaria capacità di autorinnovamento e differenziazione le rende fondamentali per la ricerca medica nel campo della cosiddetta medicina rigenerativa. Attraverso la medicina rigenerativa, si spera di riuscire a crescere in laboratorio tessuti o addirittura organi interi per sostituire quelli malfunzionanti, aprendo nuove frontiere terapeutiche per malattie oggi incurabili. Le applicazioni di queste cellule vanno dalla rigenerazione di tessuti danneggiati al trattamento di tumori e disturbi neurodegenerativi, con un'attenzione crescente alle cellule staminali derivate dal sangue del cordone ombelicale.
Classificazione delle Cellule Staminali: Un Potenziale Variabile
Le cellule staminali possono essere classificate in base alla capacità di differenziarsi nelle cellule che compongono uno o più tessuti dell’organismo. Questa distinzione è cruciale per comprenderne il potenziale terapeutico e le sfide etiche associate al loro utilizzo.
Sono chiamate "totipotenti" quelle in grado di dare luogo a qualsiasi cellula dell’organismo. Questa è la massima espressione del potenziale di differenziazione. Solo le staminali embrionali, cioè quelle prelevate da embrioni nelle primissime fasi di sviluppo, hanno questa capacità, essendo in grado di formare non solo tutti i tessuti dell'embrione ma anche i tessuti extraembrionali come la placenta. Se prelevate nelle fasi precocissime dello sviluppo, le cellule staminali embrionali sono totipotenti, altrimenti sono pluripotenti.
Le cellule "pluripotenti", invece, sono in grado di specializzarsi in tutti i tipi di cellule derivati da uno dei tre strati germinali che compongono l’embrione. Si tratta dei cosiddetti tre "foglietti embrionali", da ognuno dei quali si originano solo determinati tipi di tessuti: l'endoderma, che costituisce il rivestimento degli organi interni; il mesoderma, da cui si formano i muscoli, le ossa, il sangue e il tratto urogenitale; e l'ectoderma, che dà origine all'epidermide e al tessuto nervoso.
Sono dette "multipotenti" le staminali che danno origine a un numero limitato di tipi di cellule. Un esempio significativo è il caso delle staminali del sangue, che possono produrre globuli rossi, responsabili del trasporto dell'ossigeno, o globuli bianchi, componenti essenziali del sistema immunitario, ma non altri tipi di cellule al di fuori della linea emopoietica. Le cellule staminali ematopoietiche del midollo osseo sono staminali adulte che possono essere usate nella terapia di alcuni tumori del sangue, per esempio determinati tipi di leucemie e linfomi.
Le staminali "oligopotenti" possono dare origine a più tipi di cellule appartenenti allo stesso organo. Un esempio calzante è quello delle staminali vascolari, che formano la parete muscolare dei vasi sanguigni oppure l'endotelio, la struttura di rivestimento interno al vaso. La loro specificità le rende ideali per la riparazione e il mantenimento di un organo o sistema particolare.
Infine, le staminali "unipotenti" sono le meno versatili, dato che ricreano un solo tipo di cellula. L'esempio classico è quello degli epatociti, le cellule del fegato, in grado di ricostruire parte dell'organo (se questa viene asportata) e non altro. Pur essendo meno versatili, il loro ruolo è cruciale per la riparazione specifica e il mantenimento dell'omeostasi tissutale.
Cellule Staminali Embrionali: Ricerca, Etica e Progresso
Le cellule staminali embrionali sono state a lungo al centro della ricerca medica, soprattutto per le loro capacità di differenziazione estese. Sono usate nella ricerca medica nel campo della cosiddetta medicina rigenerativa e in particolare per studiare i meccanismi alla base della proliferazione delle cellule tumorali. Le cellule staminali embrionali sono usate soprattutto nella ricerca sul sistema nervoso centrale, per rigenerare strutture danneggiate da malattie degenerative come il morbo di Parkinson o quello di Alzheimer, o sul sistema nervoso periferico, per riparare il midollo spinale in caso di lesioni irreversibili.
Finora, tuttavia, i risultati sono stati al di sotto delle aspettative per alcuni problemi. Poiché queste cellule si dividono così tanto e così in fretta, possono dare facilmente origine a tumori, un rischio significativo in un contesto terapeutico. Inoltre, la ricerca è stata limitata dal dibattito etico e legale sull'uso degli embrioni umani per guarire malattie oggi incurabili. Nei limiti consentiti dalla legge, la ricerca va avanti, per esempio nel tentativo di riprodurre tessuti come quello cardiaco, che in età adulta non si rigenera da solo in caso di danno o malattia.
Dato che le cellule staminali embrionali si riproducono molto velocemente, sono anche usate come sistema in cui studiare i geni coinvolti nella proliferazione cellulare. Queste informazioni sono preziose per la ricerca sul cancro, poiché i tumori sono caratterizzati da una proliferazione cellulare incontrollata, a volte causata dalla riattivazione di geni che dovrebbero funzionare solo nella fase embrionale della vita di un individuo.
Negli ultimi anni, la ricerca ha fatto passi avanti per superare i problemi etici legati all'uso delle cellule embrionali. Alcuni laboratori sono per esempio riusciti a utilizzare con successo cellule prelevate nel corso dei test prenatali, come l'amniocentesi e la villocentesi, che hanno caratteristiche simili alle cellule embrionali ma non sollevano le stesse questioni etiche. A oggi, in Italia non è consentito utilizzare per la ricerca embrioni ottenuti nel nostro Paese, ma è possibile acquistare all'estero linee cellulari ottenute coltivando in laboratorio cellule embrionali, prelevate anche molto tempo prima da un embrione.
Cellule Staminali da Cordone Ombelicale: Un Tesoro Nascosto alla Nascita
Il sangue presente nel cordone ombelicale contiene cellule staminali adulte ematopoietiche, cioè capaci di trasformarsi in tutti gli elementi del sangue, e può essere utile a curare i tumori del sangue e altre malattie. Oltre 5 milioni di persone nel mondo hanno già scelto di non buttare via un patrimonio inestimabile: il cordone ombelicale. Per questo, negli ospedali italiani dove nascono i bambini se ne consiglia il prelievo al momento del parto e la donazione alle banche di sangue cordonale, che in Italia sono pubbliche.
Risolviamo i dubbi sulle cellule staminali
Molte persone sono convinte che sia meglio conservare il sangue cordonale per curare un'eventuale malattia futura del proprio bambino. Ciò è oggi fattibile solo inviando il prelievo in strutture all'estero, pagando i costi della conservazione. Non ci sono tuttavia ragioni scientificamente valide per farlo. Infatti, il sangue cordonale viene usato talvolta per curare la porfiria o rare forme di nanismo (sindrome di Hunter) e, più comunemente, per trattare i malati di leucemia. In genere è molto più facile trovare un donatore compatibile in una banca pubblica, ben collegata con una rete mondiale, che non usare il sangue cordonale che è stato conservato in una struttura privata all'estero. Conservare il sangue cordonale per il proprio figlio, per l'eventualità fortunatamente remota che si ammali, riduce le probabilità di guarigione di tutti gli altri senza aumentare la sua.
È bene anche ricordare che, al momento attuale, non ci sono applicazioni pratiche delle cellule staminali cordonali in medicina rigenerativa. Spesso le società private che conservano all'estero il sangue cordonale promettono applicazioni future mirabolanti, nessuna delle quali è oggi una realtà sostenuta da evidenze scientifiche. Inoltre, poiché non è ancora chiaro per quanti anni è possibile conservare correttamente le cellule del sangue cordonale, non è detto che eventuali future applicazioni avranno successo con il materiale biologico che è stato messo da parte decenni prima. Ammesso, peraltro, che tali strutture non falliscano per ragioni commerciali.
Le staminali del cordone ombelicale sono cellule adulte con la particolarità di avere dei geni embrionali che quelle prelevabili in un organismo maturo non hanno, conferendo loro una maggiore plasticità rispetto ad altre cellule staminali adulte.
Applicazioni Cliniche delle Cellule Staminali Ematopoietiche
Al momento l'unica applicazione terapeutica delle cellule staminali entrata nella clinica oncologica è il trapianto di cellule staminali ematopoietiche, usato per curare alcuni tumori del sangue, in particolare certi tipi di leucemie e linfomi. Si tratta di una terapia salvavita e consolidata di grande successo per curare gravi malattie del sangue, come le leucemie, i linfomi e alcuni disordini congeniti.
Le cellule ematopoietiche del midollo osseo sono staminali adulte che possono essere usate nella terapia di alcuni tumori del sangue, per esempio determinati tipi di leucemie e linfomi. Sono prelevate da un donatore geneticamente compatibile con il malato, che non è necessariamente un parente. Nel trapianto di midollo, il midollo osseo è prelevato dalle ossa del bacino del donatore, usando una siringa e aghi lunghi e sottili, e viene poi iniettato nel sangue del ricevente. È importante notare che il midollo osseo è diverso dal midollo spinale, una parte del sistema nervoso contenuta nella colonna vertebrale.
Oggi si preferisce parlare di trapianto di cellule staminali ematopoietiche perché, usando alcune molecole chiamate fattori di crescita, è possibile fare migrare le cellule da trapiantare dal midollo al sangue del donatore, da dove esse vengono poi purificate per essere infine trasfuse nel ricevente. Negli ultimi anni si è iniziato a usare sperimentalmente le staminali ematopoietiche anche per riprogrammare il sistema immunitario, affinché quest’ultimo sia più efficace nel combattere alcuni tipi di tumori solidi.
L'Evoluzione dei Trapianti di Sangue da Cordone Ombelicale: Pietre Miliari
Il primo trapianto di cellule derivate dal sangue di cordone ombelicale è stato effettuato, con successo per una malattia rara, oltre 30 anni fa. Da allora la ricerca è andata avanti e le applicazioni cliniche si sono moltiplicate. Il sangue del cordone ombelicale e le cellule staminali derivate dal sangue del cordone sono stati utilizzati in trattamenti per oltre tre decenni.
Il primo trapianto fu eseguito nel 1988 dalla ricercatrice francese Éliane Gluckman e dallo statunitense Hal Broxmeyer, che salvarono la vita a Matthew Farrow, un bambino di 5 anni. Matthew lottava contro l'anemia di Fanconi, una rara malattia caratterizzata da insufficienza funzionale del midollo osseo, e ha ricevuto un trapianto di cellule staminali dal sangue del cordone ombelicale di sua sorella neonata. Ora Matthew ha superato i 40 anni, è un papà, e veste i panni di ambasciatore per la donazione del sangue cordonale negli eventi pubblici.
Le cellule derivate dal sangue del cordone ombelicale, pur non avendo una perfetta compatibilità immunologica, possono essere trapiantate con sicurezza grazie al minore rischio di provocare la malattia del trapianto contro l'ospite, una grave complicazione che può verificarsi quando le cellule del donatore attaccano i tessuti dell'ospite.
La professoressa Joanne Kurtzberg, direttrice del Marcus Center for Cellular Cures e codirettrice dello Stem Cell Transplant Laboratory alla Duke University, un centro statunitense di eccellenza in queste procedure, è stata la prima al mondo ad eseguire, nel 1993 presso il Duke Hospital, il primo trapianto di cellule del sangue del cordone ombelicale su un bambino da un donatore senza gradi di parentela. Tre anni dopo, la stessa Kurtzberg ha esteso questa pratica anche agli adulti. Questi eventi hanno rappresentato momenti chiave nell'evoluzione dei trapianti di cellule staminali, ampliando le possibilità di trattamento per pazienti affetti da diverse patologie. Secondo la professoressa Kurtzberg, ci troviamo ora di fronte a un capitolo nuovo e molto promettente di questo filone di terapie basate sul sangue del cordone ombelicale.
Terapie Innovative con Cellule Staminali da Cordone Ombelicale
La ricerca guidata dalla professoressa Joanne Kurtzberg continua a esplorare nuove e promettenti applicazioni per le cellule staminali del cordone ombelicale. Il laboratorio della professoressa Kurtzberg ha coltivato cellule microgliali/macrofagiche derivate dal sangue del cordone ombelicale del donatore (dai monociti con antigene CD14), sviluppando la terapia cellulare DUOC-1, da destinare al trattamento di malattie neurodegenerative e demielinizzanti.
Le DUOC mostrano caratteristiche e comportamenti particolari. Queste cellule, analoghe ai macrofagi (ovvero quelle cellule del sistema immunitario in grado di fagocitare cellule o detriti cellulari), aderiscono alle superfici e rilasciano enzimi. Inoltre, hanno la capacità di promuovere la remielinizzazione, ovvero il ripristino della guaina mielinica danneggiata nel cervello. La mielina circonda le cellule nervose ed è vitale per il funzionamento del sistema nervoso. Tali capacità sono state dimostrate attraverso test di coltura su tessuti sperimentali. Hanno anche un ruolo chiave nella prevenzione della progressione della paralisi in modelli sperimentali di encefalite autoimmune, una condizione utilizzata per studiare la sclerosi multipla.
Il team della Duke University ha sviluppato un protocollo iniziale per trattare le leucodistrofie, malattie neurodegenerative, utilizzando una specifica percentuale di un'unità di sangue del cordone destinata al trapianto. Hanno trattato un bambino a cui hanno previsto di dare l'80% di tale unità, seguito da una ricostituzione ematopoietica post-chemioterapia ad alta dose. Successivamente, hanno utilizzato il rimanente 20% per produrre le cellule DUOC, pensate per funzionare come cellule microgliali, e le hanno somministrate un mese dopo il trapianto per favorire il processo di memorizzazione dell'innesto e per accorciare i tempi di arrivo delle cellule al cervello. Proseguendo nello sviluppo di questa terapia sperimentale, il team della Duke University è passato ad un approccio basato sull'uso di due unità di sangue del cordone: una per la ricostituzione ematopoietica e l'altra per produrre DUOC in dosi maggiori.
Attualmente, hanno trattato 34 bambini e neonati con DUOC somministrate come terapia adiuvante, alla quale è stato aggiunto idrocortisone. Poiché il gruppo di Joanne Kurtzberg ha dimostrato che sia i monociti estratti dal sangue del cordone ombelicale sia le cellule DUOC promuovono la proliferazione degli oligodendrociti nel cervello, un processo fondamentale per la remielinizzazione dei neuroni, è stato avviato uno studio clinico di Fase Ia a dosi più alte, somministrando DUOC come unico agente a pazienti adulti affetti da sclerosi multipla progressiva primaria. Nella sclerosi multipla il sistema immunitario attacca la mielina danneggiandola. Oltre a testare la sicurezza del trattamento, durante lo studio verrà effettuata una risonanza magnetica a tre mesi per valutare la remielinizzazione nei pazienti.
Il team statunitense sta anche, da tempo, studiando l’applicazione del trapianto di sangue dal cordone ombelicale autologo, e non da donatore come nei casi sopra citati, nella paralisi cerebrale. La paralisi cerebrale è il disturbo motorio più diffuso nell'infanzia, che colpisce 2-3 bambini su 1.000 nati e causa disabilità per tutta la vita. Nelle fasi di sperimentazione preclinica, la strategia ha mostrato risultati promettenti. In uno studio clinico di fase II condotto su bambini, nonostante non ci fossero differenze nel cambiamento medio dei punteggi della Misura della Funzione Motoria Grossolana (GMFM-66) a 1 anno tra i gruppi placebo e trattati, è stato identificato un effetto dose-dipendente. I risultati di questo studio suggeriscono che, quando somministrata in dosi adeguate, un'infusione endovenosa di sangue del cordone ombelicale autologo può migliorare la connettività cerebrale complessiva e la funzione motoria nei bambini piccoli con paralisi cerebrale.
Inoltre, dai loro studi, compresa una meta-analisi, è emerso che l'effetto più significativo delle infusioni di sangue del cordone si osserva nei bambini con paralisi cerebrale moderata. Questo ha incoraggiato la Food and Drug Administration (FDA) a dare l’ok per l’avvio di un nuovo studio clinico progettato per dimostrare l'efficacia di queste infusioni in pazienti con paralisi cerebrale e altri danni cerebrali.
Cellule Staminali Adulte e la Grande Sfida della Medicina Rigenerativa
In tutti gli organismi adulti esistono cellule staminali che funzionano da riserva per la riparazione dei tessuti. Queste cellule sono naturalmente presenti nel corpo e giocano un ruolo cruciale nel mantenimento e nella riparazione dei tessuti durante tutta la vita dell'individuo.
La grande sfida della medicina rigenerativa consiste nel riprogrammare le cellule staminali adulte in modo da ottenere anche tessuti di altro tipo. In pratica si tenta così di aumentare le potenzialità di specializzazione delle staminali adulte per poter rigenerare qualsiasi tessuto senza ricorrere alle staminali embrionali, aggirando le complesse questioni etiche ad esse associate. Alcune riprogrammazioni hanno già avuto successo: dalle cellule staminali adulte mesenchimali, presenti nei tessuti connettivi, è possibile ottenere cellule del sistema nervoso o cellule del pancreas che producono insulina. Si tratta di procedure sperimentali, ancora al vaglio della comunità scientifica, ma che rappresentano un passo importante verso terapie innovative e personalizzate.
Cellule Staminali Pluripotenti Indotte (iPSC): Un'Alternativa Promettente
Nel 2006 è stata messa a punto una tecnica rivoluzionaria che consente di "riprogrammare" cellule completamente differenziate e ottenerne di nuove che abbiano le caratteristiche di quelle staminali. Si tratta delle cosiddette "cellule staminali pluripotenti indotte" (iPSC). Per generarle si parte da cellule adulte, per esempio quelle della pelle, facili da prelevare, e vi si inseriscono artificialmente quattro geni che ne ripristinano la capacità di differenziarsi in altri tipi cellulari.
Le iPSC possono essere utilizzate per studiare i meccanismi alla base di determinate malattie e per sperimentare potenziali trattamenti terapeutici. Partendo dalle cellule di un paziente è inoltre possibile studiare cellule malate con il materiale genetico di quel preciso paziente, creando modelli di malattia estremamente personalizzati. Le iPSC sono guardate con molto interesse dalla comunità scientifica perché non comportano i problemi etici delle cellule staminali embrionali, offrendo una strada alternativa e promettente per la ricerca e le applicazioni cliniche. Per i loro studi sulle iPSC, nel 2012, gli scienziati Shinya Yamanaka e John Gurdon sono stati insigniti del premio Nobel per la fisiologia o la medicina, a testimonianza dell'impatto rivoluzionario di questa scoperta.
Distinguere le Cellule Staminali dalle Cellule Staminali Tumorali
Il termine "staminale" è usato anche per indicare una particolare popolazione di cellule presenti nei tumori: le cosiddette cellule staminali tumorali. In questo caso si tratta di cellule tumorali che servono da riserva per il cancro. Ogni cellula staminale tumorale, quando si riproduce, sembra dare origine a una cellula tumorale e a un'altra staminale, e così via, garantendo la crescita e la persistenza del tumore.
Le cellule staminali tumorali sono più difficili da eliminare rispetto alle cellule tumorali "normali" poiché sono più resistenti ai trattamenti, inclusi chemioterapia e radioterapia. Inoltre, possono dare origine a metastasi, poiché sono in grado di diffondersi nell'organismo. Le staminali tumorali sono quindi un bersaglio importante per le terapie anticancro, ma è fondamentale sottolineare che non sono uno strumento di cura diretto, bensì un target per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche mirate.
Dal momento che l'uso dello stesso aggettivo (staminale) per indicare due tipi di cellule molto diverse fra loro (tumorale e non tumorale) genera confusione, vale la pena ricordare due concetti fondamentali:
- le cellule staminali tumorali sono cellule del tumore con capacità pressoché infinite di riproduzione e grande resistenza alle terapie;
- le cellule staminali non tumorali sono presenti in tutti gli organi e servono per il differenziamento e la riparazione dei tessuti; sono studiate nella speranza che aiutino a curare diverse malattie e, nel caso dei tumori, sono già usate per la terapia dei tumori del sangue.
Le cellule staminali tumorali si usano, tra le altre cose, per studiare i geni coinvolti nella proliferazione cellulare incontrollata e sono il potenziale bersaglio di alcune innovative terapie antitumorali.
Il Contesto Italiano: Donazione e Conservazione del Sangue Cordonale
In Italia è consentito donare il sangue del cordone ombelicale a scopo solidaristico, a disposizione della collettività, oppure conservarlo ad uso dedicato. Queste due opzioni non comportano alcun onere economico per la famiglia e rientrano nei Livelli Essenziali di Assistenza (LEA).
La legge italiana sostiene la donazione solidale e dedicata sulla base di alcuni principi:
- Scientifici, fondati sulla cosiddetta "medicina dell’evidenza". Ad oggi, la principale applicazione clinica delle cellule staminali emopoietiche del cordone è il trapianto, che rappresenta una terapia salvavita e consolidata di grande successo per curare gravi malattie del sangue (come le leucemie), linfomi e alcuni disordini congeniti.
- Etici, fondati sulla reciprocità e solidarietà civile che contraddistingue il nostro Sistema Sanitario Nazionale.
La conservazione del sangue cordonale ad uso autologo, cioè per un eventuale futuro impiego sul proprio bambino, non è consentita in Italia proprio perché, al momento, non esistono evidenze scientifiche riguardo a un suo impiego a scopo personale al di fuori dei casi previsti dalla normativa di riferimento.
La raccolta del sangue cordonale è una manovra semplice, che viene effettuata dopo la nascita del bambino e del taglio del cordone, e quindi non comporta nessun rischio né per la madre né per il neonato. Il sangue cordonale è prelevato solo se in sala parto possono essere assicurati i massimi livelli assistenziali per la mamma e per il neonato, garantendo la sicurezza di entrambi.
È possibile donare presso una struttura ospedaliera che risulti accreditata come punto di raccolta. Per conoscere i punti di raccolta del sangue cordonale, si può consultare il sito del Centro Nazionale Sangue. La mamma che desidera donare il sangue cordonale dovrà sottoscrivere un consenso informato, eseguire un’anamnesi e sottoporsi ad esami del sangue (gratuiti) al parto e dopo sei mesi per escludere la presenza di malattie infettive che possono essere trasmesse al paziente.
Ci sono alcuni casi che escludono e controindicano la possibilità di donare il sangue del cordone, quali l’essere affetto da malattie trasmissibili con il sangue o da altre gravi malattie. Inoltre, la comunità scientifica sconsiglia il prelievo del sangue del cordone nei parti prematuri prima della 37° settimana per tutelare la salute del neonato (34° settimana nel caso di donazione dedicata).
È possibile donare il sangue del cordone ombelicale a scopo "dedicato" in specifiche circostanze:
- quando il nascituro o un suo consanguineo presenta, o al momento del parto o in epoca pregressa, una patologia per la quale il trapianto di cellule staminali emopoietiche è clinicamente valido;
- quando nella famiglia c’è il rischio di una malattia geneticamente trasmissibile a futuri figli per la quale il trapianto è una pratica scientificamente appropriata;
- in caso di patologie che, al momento, non sono ricomprese nell'elenco delle malattie trattabili con il trapianto di cellule staminali cordonali, ma per le quali sussistono comprovate evidenze scientifiche di un loro impiego nell’ambito di sperimentazioni cliniche regolamentate.
Il D.M. 18 novembre 2009, così come modificato dal D.M., stabilisce le linee guida e le normative specifiche per la gestione del sangue del cordone ombelicale nel contesto italiano. Il Sistema Sanitario Nazionale inoltre garantisce, vista l’importanza della conservazione del proprio patrimonio genetico, la possibilità per le famiglie a cui è riconosciuta o diagnosticata una delle 80 malattie individuate, di conservare le proprie cellule staminali, in banche pubbliche a spese dello Stato (donazione autologa familiare), dimostrando un impegno verso la salute pubblica e l'avanzamento della medicina.
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