cellule staminali · medicina rigenerativa · 02 lug 2023

Cellule staminali mesenchimali: Una guida completa

di Alberto Regis

Cellule staminali mesenchimali: Una guida completa

Esplora i concetti fondamentali delle cellule staminali mesenchimali, il loro ruolo nella medicina rigenerativa e le potenziali applicazioni terapeutiche.

Cosa sono le cellule staminali mesenchimali?

Le cellule staminali sono la fonte primaria dell'organismo, cellule da cui si generano tutte le altre. Hanno due caratteristiche: la capacità di differenziarsi lungo diversi lignaggi e la capacità di auto-rinnovamento. Ci sono due tipi principali di cellule staminali: le staminali embrionali e le staminali mesenchimali.

Le cellule staminali mesenchimali (CSM) sono un tipo di cellule staminali che si trovano nel tessuto connettivo e negli organi solidi. Queste cellule hanno una capacità unica di differenziarsi in vari tipi di tessuti, come cordone ombelicale, polipi endometriali, mestruazioni sangue, midollo osseo, tessuto adiposo, ecc.

Quali sono le caratteristiche delle cellule staminali mesenchimali?

Le CSM hanno anche proprietà immuno-modulatorie e capacità di secrezione di fattori di crescita, che le rendono molto interessanti per applicazioni terapeutiche e rigenerative.

Le cellule staminali mesenchimali sono cellule stromale che hanno la capacità di auto-rinnovarsi e mostrano anche una differenziazione multilinea, ciò le rende molto interessanti per applicazioni terapeutiche e rigenerative. Sono capaci di modulare la risposta immunitaria, influenzando il sistema immunitario, sia in senso stimolatorio che soppressivo, a seconda del contesto.

In quali tessuti possono essere isolate le cellule staminali mesenchimali?

Le cellule staminali mesenchimali possono essere isolate da diversi tessuti del corpo umano, tra cui:

Midollo osseo: è uno dei principali tessuti da cui vengono isolate le CSM, solitamente dalla cresta iliaca dell'anca. Questo processo comporta una procedura chirurgica mininvasiva.
Tessuto adiposo: noto anche come grasso, è una fonte ricca di CSM. I campioni possono prelevati mediante liposuzione o lipectomia. Questo metodo è meno invasivo rispetto al prelievo di midollo osseo.
Cordone ombelicale: viene generalmente scartato dopo la nascita, è una fonte preziosa di CSM.
Placenta: è un altro tessuto ricco di CSM. Questa fonte è considerata eticamente accettabile poiché il tessuto della placenta viene di solito scartato.
Sangue: Le CSM possono essere anche isolate attraverso una procedura di prelievo.

Cellule staminali mesenchimali derivanti dal midollo osseo

Le cellule staminali mesenchimali derivanti dal midollo osseo sono una delle fonti più comuni e studiate tra le CSM. Il midollo osseo è il tessuto morbido all'interno delle ossa, ricco di nutrienti ed di CSM, con un grande potenziale rigenerativo e di differenziazione in diversi tipi di cellule.

La capacità delle cellule derivate dal midollo osseo, sia fetale che adulto, mostrano una condrogenesi migliore rispetto alle cellule derivate dal polmone e dalla placenta, come dimostrato dalla comparsa delle caratteristiche morfologiche tipiche della cartilagine, dall'intensità della colorazione del blu della toluidina e dall'espressione del collagene di tipo II, IX e X. (2)

Gli studi clinici hanno dimostrato che le CSM derivanti dal midollo osseo possono essere utilizzate con successo per trattare alcune condizioni, come lesioni del midollo spinale, osteoartrite, osteoporosi e difetti ossei.

Cellule staminali mesenchimali derivanti dal tessuto adiposo

Studi precedenti hanno confermato che le cellule staminali mesenchimali possono essere indotte a differenziarsi in cellule simili agli epatociti, cellule del fegato che svolgono quasi tutte le funzioni dell'organo legate alla sua attività metabolica.

Questa caratteristica è stata riscontrata nelle CSM presenti nel tessuto adiposo, e le rende adatte a combattere l’insufficienza epatica. In un recente studio, il tessuto adiposo postoperatorio della liposuzione di una giovane donna è stato utilizzato e studiato per verificare la sua effettiva funzione sul sistema epatico: gli esperimenti svolti hanno dimostrato come le cellule abbiano portato un significativo calo delle AST, aspartato aminotransferasi, sui tester dopo un solo giorno di trattamento. (3)

Ciò ha dimostrato la capacità delle CSM di modulare la risposta immunitaria e di migrazione, offrendo un'enorme promessa per il trattamento di una vasta gamma di malattie e lesioni.

Cellule staminali mesenchimali derivanti dal cordone ombelicale

Un altro tessuto le cui CSM hanno dimostrato essere eccellenti per contrastare l’insufficienza epatica è quello del cordone ombelicale. Le cellule staminali della matrice del cordone ombelicale umano rappresentano una nuova fonte, in quanto dal midollo osseo e dal tessuto adiposo, il numero di CSM diminuisce significativamente con l’età. (4)

Secondo uno studio le CSM del cordone ombelicale offrono chiari vantaggi. Vengono considerate come una fonte non controversa e inesauriva, con una minore potenza immunogenica e una maggiore attività proliferativa e multipotenza. (5)

Cellule staminali mesenchimali derivanti dalla placenta

Tra i tessuti da cui sono state isolate le CSM c’è anche la placenta umana. Nel 2012, il potenziale epatogeno delle cellule staminali derivate dalla placenta è stato confrontato con quelle derivare da midollo osseo e dal grasso utilizzando una trascrizione inversa quantitativa-PCR, colorazione PAS, saggi di assunzione ICG, espressione di albumina, produzione di urea e saggi di citochine. (6)

Il risultato ha mostrato che il potenziale proliferativo e l'espressione di marcatori epatogenici nelle cellule staminali derivate dalla placenta erano superiori rispetto agli altri.

I risultati suggeriscono che le CSM isolate possono essere indotte a subire una differenziazione epatogena in vitro e che quelle derivanti dalla placenta possono avere il maggior potenziale di differenziazione e proliferazione epatogena.

Cellule staminali mesenchimali derivanti dal sangue

Le CSM derivanti dal sangue rappresentano una tra le fonti di cellule staminali per applicazioni terapeutiche. Le cellule derivanti dal sangue hanno dimostrato di possedere molte delle caratteristiche distintive, come la capacità di differenziarsi in diversi tipi di cellule e la capacità di modulare la risposta immunitaria. Inoltre, sono più facilmente accessibili rispetto ad altre CSM e possono essere ottenute in quantità sufficienti per scopi terapeutici.

L'utilizzo delle CSM derivanti dal sangue offre quindi un'alternativa promettente per le terapie cellulari e la medicina rigenerativa. Inoltre è stato riportato da un recente studio che il sangue del cordone ombelicale umano (HUCB) contiene cellule staminali/progenitrici in numero maggiore rispetto al midollo osseo. (7)

L'HUCB può essere raccolto senza alcun danno per il neonato ed è risultato essere multipotente e causare meno episodi di rigetto a causa dell'immaturità.

Pertanto, le applicazioni delle cellule HUCB dovrebbero essere ulteriormente ampliate e potrebbero rappresentare un'ottima alternativa alle cellule staminali derivate dal midollo osseo per il trapianto di cellule in varie malattie.

Le cause e il trattamento delle malattie epatiche

Ci sono molti fattori causali (lesioni tossiche, infezioni virali, difetti autoimmuni, disturbi genetici) che possono causare disfunzioni epatiche, come la malattia epatica cronica o l'insufficienza epatica acuta. Il trapianto di fegato rimane il trattamento principale per le malattie del fegato allo stadio terminale.

Tuttavia, la principale limitazione di questo trattamento è la carenza di organi donatori. Inoltre, fattori avversi, come il rigetto, gli inevitabili effetti collaterali associati all'uso a lungo termine di immunosoppressori e l'alto costo, rendono il trapianto di fegato sfavorevole per molti pazienti. (8)

Qual è il ruolo delle cellule staminali mesenchimali nella medicina rigenerativa?

Le cellule staminali mesenchimali sono potenti fonti di terapia cellulare nella medicina rigenerativa. La capacità di ottenere efficaci epatociti derivati dalle cellule staminali migliorerebbe la terapia cellulare per le malattie del fegato.

Rispetto al trapianto di organi ed epatociti, il trapianto delle CSM presenta diversi vantaggi. I principali punti a favore sono:

Preoccupazioni etiche: Le CSM non derivano da cellule somatiche e quindi sollevano minori preoccupazioni etiche rispetto al trapianto di organi o di epatociti. Mentre il trapianto di organi può richiedere donatori compatibili e limitati, le CSM possono essere isolate da una varietà di fonti come il midollo osseo, il sangue del cordone ombelicale, il sangue periferico, la membrana sinoviale e il tessuto adiposo.

Facilità di ottenimento e ampliamento: Le CSM possono essere ottenute con relativa facilità e ampliate in coltura. Questo significa che è possibile ottenere una quantità sufficiente per scopi terapeutici, riducendo la dipendenza da donatori e il rischio di rigetto.

Potenziale di differenziazione: Le CSM hanno la capacità di differenziarsi in una vasta gamma di tipi di cellule. Studi condotti negli ultimi anni hanno dimostrato che sia le CSM di roditori che quelle umane, in specifiche condizioni, possono differenziarsi in cellule simili agli epatociti, chiamate epatociti simili alle cellule staminali mesenchimali (HLC). Queste HLC possiedono molte delle funzioni degli epatociti adulti, aprendo nuove prospettive nel trattamento delle malattie epatiche. (9)

Quali sono le potenziali applicazioni terapeutiche delle cellule staminali mesenchimali?

Le CSM possono essere utilizzate in diversi approcci terapeutici. L'utilizzo nella terapia delle malattie epatiche offre un'alternativa promettente rispetto al trapianto di organi o di epatociti.

Possono essere ottenute da diverse fonti, ampliate in coltura e differenziate in HLC, che possono svolgere funzioni simili agli epatociti nel corpo.

Questo approccio potrebbe consentire la rigenerazione del tessuto epatico danneggiato e il trattamento di malattie epatiche come la cirrosi, l'epatite e l'insufficienza epatica.

Oltre al trapianto diretto di CSM, sono state sviluppate anche altre strategie terapeutiche basate sulla modificazione delle cellule per produrre specifici fattori di crescita o proteine terapeutiche.

Le cellule staminali mesenchimali e l’ingegneria tessutale

Un'altra area di ricerca promettente riguarda l'ingegneria tissutale, in cui le CSM vengono utilizzate per costruire tessuti artificiali in laboratorio. Possono essere coltivate su un supporto tridimensionale e indotte a differenziarsi in un tipo di cellula specifico.

Si potrebbero avere applicazioni significative nel campo della medicina rigenerativa, consentendo la creazione di tessuti su misura per i pazienti.

Nonostante il grande potenziale terapeutico delle CSM, ci sono ancora molte sfide da affrontare. Una delle principali sfide è la scarsità di donatori di CSM, in particolare per quanto riguarda il midollo osseo.

È importante condurre ulteriori ricerche per comprendere appieno le potenzialità e le limitazioni delle CSM e sviluppare protocolli sicuri ed efficaci per il loro utilizzo clinico.

Quanto successo ha la terapia con le cellule staminali mesenchimali?

La terapia con le cellule staminali mesenchimali ha mostrato risultati promettenti su diverse patologie come:

Malattie del sistema muscolo-scheletrico, essendo state utilizzate con successo per trattare lesioni e patologie ossee, come fratture, difetti ossei e osteoporosi. Inoltre, sono state utilizzate per la rigenerazione del tessuto cartilagineo.
Patologie infiammatorie e autoimmuni, avendo proprietà immunomodulatorie, inibendo la risposta infiammatoria e stimolando la riparazione tissutale.
Lesioni del sistema nervoso, avendo dimostrato la capacità di differenziarsi in cellule neuronali e di supportare la riparazione e la rigenerazione del tessuto nervoso.
Patologie cardiovascolari, in quanto sono state utilizzate nel trattamento delle malattie cardiache, come l'infarto del miocardio, per promuovere la rigenerazione del tessuto cardiaco danneggiato e migliorare la funzione cardiaca.
Lesioni cutanee e guarigione delle ferite, essendo state utilizzate per accelerare la guarigione delle ferite e la rigenerazione dei tessuti cutanei, in particolare in caso di ustioni, ulcere cutanee e lesioni croniche.

Perchè scegliere una terapia con cellule staminali mesenchimali?

Nonostante sia necessario chiarire i meccanismi di differenziazione, mobilitazione e homing delle CSM. Le loro proprietà multipotenti le rendono una scelta attraente per il possibile sviluppo di applicazioni cliniche.

La loro proprietà immuno-modulatoria le rende promettenti per il trattamento di malattie autoimmuni, come l'artrite reumatoide o il morbo di Crohn, in cui il sistema immunitario attacca erroneamente i tessuti sani dell'organismo.

Sono in grado di secernere una vasta gamma di fattori di crescita e citochine che possono promuovere la rigenerazione tissutale e ridurre l'infiammazione. Questo potenziale è davvero promettente per il trattamento di lesioni e malattie degenerative, come lesioni al midollo spinale, infarto del miocardio e malattia di Parkinson.

Cellule staminali mesenchimali: Una guida completa

Conclusione

In conclusione, le cellule staminali mesenchimali rappresentano una risorsa preziosa e un campo di ricerca molto incoraggiante nella medicina rigenerativa e nella terapia cellulare.

Le loro proprietà uniche, tra cui la capacità di differenziarsi in diversi tipi di tessuti e la capacità di modulare la risposta immunitaria, le rendono particolarmente interessanti per una vasta gamma di applicazioni terapeutiche.

Le CSM hanno dimostrato successi significativi in diverse aree, come la rigenerazione del tessuto muscolo-scheletrico, il trattamento di malattie autoimmuni e infiammatorie, la riparazione del tessuto nervoso e il supporto alla guarigione delle ferite. Offrono una speranza tangibile per il trattamento di malattie e lesioni.

La ricerca continua e gli studi clinici sono fondamentali per comprendere appieno il loro potenziale terapeutico, per determinare i migliori protocolli di somministrazione e per garantire la sicurezza e l'efficacia delle terapie basate su di esse.

Le CSM rappresentano un'area in continua evoluzione e il loro potenziale è ancora in fase di scoperta. Con ulteriori progressi scientifici, sviluppo tecnologico e cooperazione tra scienziati, medici e autorità regolatorie, le CSM potrebbero diventare una realtà sempre più diffusa e accessibile per il trattamento di numerose patologie, aprendo nuove prospettive per la medicina moderna.

Riferimenti:

Dah-Ching Ding 1,Woei-Cherng Shyu,Shinn-Zong Lin "Mesenchymal Stem Cells". ell Transplantation. 2011, https://journals.sagepub.com/doi/10.3727/096368910X .
M. E. Bernardo, J. A. M. Emons, M. Karperien, A. J. Nauta, R. Willemze, H. Roelofs, S. Romeo, A. Marchini, G. A. Rappold, S. Vukicevic, F. Locatelli & W. E. Fibbe “Human Mesenchymal Stem Cells Derived from Bone Marrow Display a Better Chondrogenic Differentiation Compared with Other Sources”, Connective Tissue Research, 2007 https://www.tandfonline.com/doi/full 10.1080/03008200701228464 .
Jin Y, Shi R, Qi T, Li Q, Chen C, Gao S, Gao F, Yang D, Sun G, Xu J, Fu Q, Xu J, Zhang X. “Adipose-derived stem cells show hepatic differentiation potential and therapeutic effect in rats with acute liver failure” Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2023 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10195146/
Zhang S, Chen L, Liu T, Zhang B, Xiang D, Wang Z, Wang Y. “Human umbilical cord matrix stem cells efficiently rescue acute liver failure through paracrine effects rather than hepatic differentiation”. Tissue Eng Part A. 2012 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3397120/#B13 .
Weiss ML, Anderson C, Medicetty S, Seshareddy KB, Weiss RJ, VanderWerff I, Troyer D, McIntosh KR. “Immune properties of human umbilical cord Wharton's jelly-derived cells” 2008 https://academic.oup.com/stmcls/article/26/11/2865/6415549?login=false .
Hyun-Jung Lee,Jieun Jung,Kyung Jin Cho,Chang Kyou Lee,Seong-Gyu Hwang,Gi Jin Kim, “Comparison of in vitro hepatogenic differentiation potential between various placenta-derived stem cells and other adult stem cells as an alternative source of functional hepatocytes” Differentiation, 2012, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301468112000758?via%3Dihub .
Nonome K, Li XK, Takahara T, Kitazawa Y, Funeshima N, Yata Y, Xue F, Kanayama M, Shinno E, Kuwae C, Saito S, Watanabe A, Sugiyama T. "Human umbilical cord blood-derived cells differentiate into hepatocyte-like cells in the Fas-mediated liver injury model"
Am J Physiol Gastrointest Fegato Physiol. 2005 https://journals.physiology.org/doi/full/10.1152/ajpgi.00049.2005 .
Dutkowski P, Linecker M, DeOliveira ML, et al. Sfide al trapianto di fegato e strategie per migliorare i risultati.Gastroenterologia. 2014 https://doi.org/10.1053/j.gastro.2014.08.045 .
Liu WH, Song FQ, Ren LN, Guo WQ, Wang T, Feng YX, Tang LJ, Li K. The multiple functional roles of mesenchymal stem cells in participating in treating liver diseases. J Cell Mol Med. 2015 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4369809/#b1 .