Nuove cellule staminali potrebbero superare gli ostacoli della medicina rigenerativa

Nuove cellule staminali potrebbero superare gli ostacoli della medicina rigenerativa

Gli scienziati del Salk Institute scoprono un nuovo tipo di cellula staminale che potrebbe potenzialmente generare tessuti maturi e funzionali

LA JOLLA–Gli scienziati del Salk Institute hanno scoperto un nuovo tipo di cellule staminali pluripotenti – cellule in grado di svilupparsi in qualsiasi tipo di tessuto – la cui identità è legata alla loro posizione nell'embrione in via di sviluppo. Questo contrasta con le cellule staminali tradizionalmente utilizzate negli studi scientifici, che sono caratterizzate da una fase di sviluppo temporale.

Nel documento, pubblicato il 6 maggio 2015 in Nature, gli scienziati riferiscono di aver utilizzato queste nuove cellule staminali per sviluppare il primo metodo affidabile per integrare cellule staminali umane in embrioni di topo non vitali in una capsula di laboratorio, in modo tale che le cellule umane iniziassero a differenziarsi in tessuti in fase iniziale.

In questa immagine, un nuovo tipo di cellula staminale umana è mostrato in verde mentre si integra e si sviluppa nelle cellule circostanti di un embrione di topo non vitale. Il rosso indica le cellule della linea endodermica. Le cellule endodermiche possono dare origine al tessuto che ricopre gli organi dell'apparato digerente e respiratorio. La nuova cellula staminale, sviluppata presso il Salk Institute, promette di poter un giorno produrre cellule e tessuti funzionali sostitutivi.

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Immagine: per gentile concessione del Salk Institute for Biological Studies

"Le cellule specifiche della regione che abbiamo trovato potrebbero fornire enormi vantaggi in laboratorio per studiare lo sviluppo, l'evoluzione e le malattie e potrebbero offrire strade per generare nuove terapie", afferma il professor Salk. Juan Carlos Izpisua Belmonte, autore principale dell'articolo e titolare della cattedra Roger Guillemin del Salk.

I ricercatori hanno soprannominato questa nuova classe di cellule "cellule staminali pluripotenti selettive per regione", o rsPSC in breve. Le rsPSC erano più facili da coltivare in laboratorio rispetto alle cellule staminali pluripotenti umane convenzionali e offrivano vantaggi per la produzione su larga scala e l'editing genetico (alterazione del DNA di una cellula), entrambe caratteristiche auspicabili per le terapie di sostituzione cellulare.

Per produrre le cellule, gli scienziati del Salk hanno sviluppato una combinazione di segnali chimici che indirizzavano le cellule staminali umane in una capsula di laboratorio affinché si orientassero spazialmente.

Hanno quindi inserito le cellule staminali umane orientate spazialmente (rsPSC umane) in regioni specifiche di embrioni di topo parzialmente dissezionati e le hanno coltivate in una piastra per 36 ore. Separatamente, hanno anche inserito cellule staminali umane coltivate con metodi convenzionali, in modo da poter confrontare le tecniche esistenti con la loro nuova tecnica.

Mentre le cellule staminali umane derivate con metodi convenzionali non si integravano negli embrioni modificati, le rsPSC umane hanno iniziato a svilupparsi in tessuti in fase iniziale. Le cellule in questa regione di un embrione precoce subiscono cambiamenti dinamici per dare origine a tutte le cellule, i tessuti e gli organi del corpo. Infatti, le rsPSC umane hanno iniziato il processo di differenziazione nei tre principali strati cellulari nelle prime fasi dello sviluppo, noti come ectoderma, mesoderma ed endoderma. I ricercatori del Salk hanno bloccato l'ulteriore differenziazione delle cellule, ma ogni strato germinativo era teoricamente in grado di dare origine a tessuti e organi specifici.

Juan Carlos Izpisua Belmonte e Jun Wu

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Immagine: per gentile concessione del Salk Institute for Biological Studies

Collaborazione con i laboratori dei professori Salk Giuseppe Ecker e Alan Saghatelian, il team di Izpisua Belmonte ha eseguito un'ampia caratterizzazione delle nuove cellule e ha scoperto che le rsPSC mostravano caratteristiche molecolari e metaboliche distinte, nonché nuove firme epigenetiche, ovvero modelli di modifiche chimiche del DNA che controllano quali geni vengono attivati o disattivati senza modificare la sequenza del DNA.

"Lo stato selettivo della regione di queste cellule staminali è del tutto nuovo per le cellule staminali coltivate in laboratorio e offre importanti spunti su come le cellule staminali umane potrebbero differenziarsi in derivati che danno origine a un'ampia gamma di tessuti e organi", afferma Jun Wu, ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Izpisua Belmonte e primo autore del nuovo articolo. "Non dobbiamo considerare solo la tempistica, ma anche le caratteristiche spaziali delle cellule staminali. Comprendere entrambi gli aspetti dell'identità di una cellula staminale potrebbe essere cruciale per generare tipi cellulari funzionali e maturi per la medicina rigenerativa".

La nuova cellula staminale (verde), sviluppata presso il Salk Institute, promette di poter un giorno produrre cellule e tessuti funzionali sostitutivi.

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Immagine: per gentile concessione del Salk Institute for Biological Studies

Altri autori dell'articolo includono: Daiji Okamura, Mo Li, Keiichiro Suzuki, Li Ma, Zhongwei Li, Chris Benner, Isao Tamura, Marie N. Krause, Joseph R. Nery, Zhuzhu Zhang, Tomoaki Hishida, Yuta Takahashi, Emi Aizawa, Na Young Kim, Concepcion Rodriguez Esteban, Alan Saghatelian, Joseph Ecker, Chongyuan Luo, Yupeng He, tutti i Salk Istituto; Tingting Du e Bing Ren del University of California, San Diego; Jeronimo Lajara e Pedro Guillen, di UCAM Universidad Católica San Antonio, Murcia, Spagna; Josep M. Campistol, Clinica Ospedaliera di Barcellona, Spagna; e Pablo Ross del University of California, Davis.

La ricerca è stata sostenuta dall'Universidad Católica San Antonio, il Howard Hughes Medical Institute, la Fundacion Pedro Guillen, il Fondazione di beneficenza G. Harold e Leila Y. Mathers, l' Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust e Fondazione Moxie.

Informazioni sul Salk Institute for Biological Studies:
Il Salk Institute for Biological Studies è uno dei più importanti istituti di ricerca di base al mondo, dove docenti di fama internazionale affrontano questioni fondamentali delle scienze della vita in un ambiente unico, collaborativo e creativo. Concentrati sia sulla scoperta che sulla formazione delle future generazioni di ricercatori, gli scienziati del Salk forniscono contributi innovativi alla nostra comprensione di cancro, invecchiamento, Alzheimer, diabete e malattie infettive, studiando neuroscienze, genetica, biologia cellulare e vegetale e discipline correlate.

I risultati conseguiti dal corpo docente sono stati riconosciuti con numerosi riconoscimenti, tra cui premi Nobel e l'iscrizione alla National Academy of Sciences. Fondato nel 1960 dal pioniere del vaccino contro la poliomielite Jonas Salk, l'Istituto è un'organizzazione indipendente senza scopo di lucro e un punto di riferimento architettonico.