Le cellule staminali sono cellule indifferenziate che possono svolgere una varietà di funzioni rigenerative nel corpo umano. Possono ad esempio generare o sostituire una varietà di cellule attraverso la differenziazione, regolare il sistema immunitario e stimolare altre cellule nel loro ambiente naturale.
Le cellule staminali sono presenti in tutti gli esseri umani a partire dallo sviluppo dell’embrione/feto (cellule staminali embrionali) e per tutta la durata della vita di ogni individuo fino alla morte (cellule staminali adulte). Esistono 5 tipi generali di cellule staminali, definiti sia dalla loro origine che dalla loro capacità di generare nuove cellule.
- Totipotente: Conosciuta anche come ovulo fecondato, questa cellula si svilupperà e diventerà tutte le altre cellule, creando un essere umano.
- Pluripotenti: Queste cellule staminali possono differenziarsi in qualsiasi altro tipo di cellula, ma non hanno la capacità di creare un intero organismo come possono fare le cellule totipotenti.
- Multipotenti: Leggermente più limitate delle cellule pluripotenti, assegnate a una certa gamma di tipi di cellule.
- Oligopotenti: Queste cellule staminali sono simili alle cellule staminali multipotenti e sono anche in grado di differenziarsi in una gamma specifica di tipi di cellule.
- Unipotenti: Queste cellule staminali sono in grado di differenziarsi in un solo tipo di cellula.
Le cellule staminali embrionali (ESC) e le cellule staminali adulte (ASC) sono due categorie molto diverse di cellule staminali con proprietà differenti. In qualsiasi individuo dopo la nascita, il ricambio e la rigenerazione cellulare avvengono in due contesti: il rinnovamento delle cellule che muoiono naturalmente (apoptosi) e in risposta a lesioni esterne (causate da fattori quali lesioni traumatiche, infezioni, cancro, infarto, tossine, infiammazioni, ecc.) Le cellule staminali coinvolte in questo processo di rigenerazione sono le cellule staminali adulte (chiamate anche cellule staminali somatiche).
Cellule staminali adulte e cellule staminali embrionali
Le cellule staminali embrionali sono presenti nella massa cellulare interna della blastocisti, una palla di cellule prevalentemente cava che, nell’uomo, si forma da tre a cinque giorni dopo che una cellula uovo è stata fecondata da uno spermatozoo. Nello sviluppo normale, le cellule all’interno della massa cellulare interna daranno origine alle cellule più specializzate che daranno origine all’intero corpo, tutti i nostri tessuti e organi. Le cellule staminali embrionali sono pluripotenti, il che, come già detto, significa che possono dare origine a ogni tipo di cellula del corpo completamente formato, ma non alla placenta e al cordone ombelicale.
Le cellule staminali adulte (dette anche cellule staminali somatiche ) sono più specializzate delle cellule staminali embrionali. In genere, queste cellule staminali possono generare diversi tipi di cellule per il tessuto o l’organo specifico in cui vivono. Esistono diversi tipi di cellule staminali adulte, tutte con funzioni rigenerative specifiche. Ad esempio, le cellule staminali che formano il sangue (o ematopoietiche) possono dare origine a globuli rossi, globuli bianchi e piastrine. Tuttavia, le cellule staminali che formano il sangue non generano cellule epatiche o polmonari, ad esempio, e le cellule staminali di altri tessuti e organi non generano globuli rossi o bianchi o piastrine. Alcuni tessuti e organi del corpo contengono piccole riserve di cellule staminali specifiche per i tessuti, il cui compito è quello di sostituire le cellule di quel tessuto che vengono perse durante la normale vita quotidiana o in seguito a lesioni.
In che modo le cellule staminali agiscono sulle lesioni? – Homing
Nella scienza delle cellule staminali, il termine “homing” descrive la capacità delle cellule staminali di trovare la loro destinazione, o “nicchia”. Durante questo processo, i tessuti danneggiati o infiammati chiedono di essere riparati inviando segnali, alcuni dei quali agiscono come spunti per le cellule staminali e le attirano verso il tessuto danneggiato. Si tratta di un processo abbastanza rapido (misurato in ore e non più lungo di 1-2 giorni).
Come funzionano le cellule staminali per la riparazione dei tessuti? – Differenziazione diretta ed effetto paracrino
Una volta che le cellule staminali hanno raggiunto il sito della lesione, possono iniziare la loro azione rigenerativa agendo attraverso due diversi meccanismi: possono subire una differenziazione diretta per sostituire direttamente le cellule danneggiate o possono anche promuovere la rigenerazione dei tessuti attraverso l’effetto paracrino.
Che cos’è dunque l’effetto paracrino? Nella scienza delle cellule staminali, può essere definito come il processo in cui le cellule staminali rilasciano fattori che agiscono come segnali per le cellule circostanti e le costringono a cambiare il loro comportamento per avviare il processo di rigenerazione. Durante questo processo, le cellule staminali non contribuiscono al rinnovamento dei tessuti attraverso la differenziazione diretta.
Perché l’effetto paracrino è così importante?
In un gran numero di studi sui trapianti di cellule staminali, i ricercatori hanno osservato che i tessuti danneggiati dei pazienti venivano riparati dopo il trapianto di cellule staminali da un donatore. Tuttavia, dopo aver analizzato i tessuti appena generati, è stato osservato che le cellule del donatore erano assenti. Gli scienziati hanno quindi potuto dimostrare che le cellule staminali del donatore secernevano fattori che innescavano le cellule del paziente stesso a riparare il tessuto. È stato dimostrato che la maggior parte del processo di rigenerazione avviene attraverso la segnalazione paracrina e non attraverso la differenziazione diretta.
Il meccanismo paracrino si è rivelato molto vantaggioso. I vantaggi di un effetto paracrino sono ormai evidenti. Il fatto più importante è che, anche se le cellule staminali del donatore hanno una durata di vita molto limitata, hanno un effetto duraturo sulla rigenerazione dei tessuti, che continua anche molto tempo dopo l’esaurimento totale delle cellule staminali del donatore.
Diversi tipi di cellule staminali possono invocare una risposta paracrina, come le cellule staminali mesenchimali del cordone ombelicale e le cellule staminali del sangue del cordone ombelicale.
Cosa possono fare le cellule staminali attraverso la differenziazione diretta e l’effetto paracrino?
- Riparare i tessuti danneggiati: le cellule staminali hanno la capacità di attivare lo stato dormiente delle cellule staminali nel corpo umano e di avere un effetto riparatore sui tessuti e sugli organi danneggiati dalla perossidazione e dai rifiuti metabolici. L’equilibrio tra radicali liberi e antiossidanti è necessario per il corretto funzionamento fisiologico. Se i radicali liberi superano la capacità dell’organismo di regolarli, si verifica una condizione nota come stress ossidativo. I radicali liberi alterano quindi negativamente i lipidi, le proteine e il DNA e scatenano numerose malattie umane. Le cellule staminali possono anche intervenire sullo stress dei radicali liberi per ripristinare la loro normale funzione.
- Secernono fattori nutrizionali: Le cellule staminali possono promuovere la proliferazione e la differenziazione dei tessuti danneggiati e ripristinare le funzioni fisiologiche di tessuti e organi.
- Regolare la funzione immunitaria: Attraverso la secrezione di fattori solubili e il contatto diretto per regolare la proliferazione delle cellule immunitarie e la loro attività, le cellule staminali sono in grado di ridurre la risposta infiammatoria.
- Regolare la funzione metabolica: Grazie alla capacità di differenziazione multidirezionale, le cellule staminali possono migliorare l’efficienza del sistema metabolico, accelerando così il funzionamento dell’organismo e l’escrezione dei rifiuti metabolici per promuovere l’assorbimento dei nutrienti, in modo da mantenere la normale funzione fisiologica.
Inoltre, gli studi hanno indicato che l’effetto paracrino è amplificato perché le cellule del donatore sono attratte dai tessuti danneggiati che hanno bisogno del loro aiuto. Le cellule danneggiate del paziente secernono citochine, proteine regolatrici che agiscono come mediatori per generare una risposta immunitaria che attrae le cellule del donatore. A loro volta, le cellule del donatore secernono il proprio cocktail di proteine che stimolano le cellule staminali del paziente e contribuiscono a ridurre l’infiammazione, a promuovere la proliferazione cellulare e ad aumentare la vascolarizzazione e il flusso sanguigno nelle aree che devono guarire. Le cellule ad effetto paracrino possono anche secernere fattori che inibiscono la morte delle cellule del paziente a causa di lesioni o malattie.
Un terzo importante effetto paracrino è la loro capacità di “smorzare” la risposta immunitaria che si verifica durante il rigetto del trapianto o durante la malattia autoimmune. In questo caso, le cellule possono essere utilizzate direttamente o insieme ad altre cellule staminali per scopi terapeutici. Ad esempio, l’applicazione di cellule mesenchimali insieme a cellule staminali del sangue durante un trapianto di midollo osseo sembra ridurre la malattia del trapianto contro l’ospite.
Un vantaggio dell’uso di cellule, rispetto ai farmaci, per promuovere la rigenerazione è che le cellule trapiantate rispondono al loro ambiente e secernono i fattori quando sono necessari e nella concentrazione appropriata. Le cellule possono essere considerate come “fabbriche di farmaci” che si adattano alla riparazione del tessuto. Studi preclinici hanno dimostrato l’efficacia delle cellule mesenchimali e delle cellule del sangue del cordone ombelicale per il trattamento di malattie neurali, cardiache, renali e muscolari. Sono stati condotti studi convincenti sull’effetto neuroprotettivo delle cellule del sangue cordonale.
Ricerca sulle cellule staminali di Beike