Curare la cecità, il morbo di Parkinson, le malattie cardiache... Queste cellule staminali sono davvero così potenti?

Autore: Zhu Jieying (Istituti di biomedicina e salute di Guangzhou, Accademia cinese delle scienze)

L'articolo proviene dall'account ufficiale dell'Accademia delle Scienze (ID: kexuedayuan)

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Nel 2019, Kohji Nishida, un oculista dell'Università di Osaka in Giappone, ha eseguito un intervento chirurgico su una donna sulla quarantina e ha trapiantato cellule staminali corneali nella cornea danneggiata della donna. Attualmente, a un mese dall'operazione, la cornea del paziente è ancora trasparente, la sua vista è migliorata e riesce già a leggere libri e giornali.

Kohji Nishida, un oftalmologo presso l'Università di Osaka in Giappone (Fonte della foto: sito web personale di Kohji Nishida)

Questa volta a compiere il miracolo sono state le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC). Come ripristina la vista del paziente? Quali altri utilizzi si possono attualmente trovare per questo tipo di cellule staminali?

Trapianto di cornea → Trapianto di cellule staminali corneali

La cornea è la struttura trasparente posta davanti all'occhio che ricopre l'iride e la pupilla. In circostanze normali, ci sono cellule staminali corneali che possono rinnovare e riparare la cornea quando necessario per mantenerla trasparente e consentire alla luce di penetrare. Se queste cellule staminali corneali vengono danneggiate e non riescono a mantenere la cornea, si può verificare un deterioramento della vista o addirittura la cecità. Prima dell'avvento di questa nuova tecnologia di Nishida, i pazienti con cornee danneggiate potevano solo attendere passivamente il trapianto di cornea, un processo lungo e doloroso. In media, solo 1 paziente su 70 può ottenere una nuova cornea. La tecnologia delle cellule staminali ha portato una brillante speranza ad alcuni di loro.

Cornea (Fonte immagine: Nature News)

Sulla base del successo degli esperimenti sugli animali, il Ministero della Salute giapponese ha autorizzato Nishida e altri a eseguire quattro interventi chirurgici di riparazione della cornea. Va notato che quanto affermato da Nishida et al. la parte trapiantata non era la cornea, ma le cellule staminali corneali. Questa tecnologia è adatta solo ai pazienti privi di cellule staminali corneali. La donna che si è recentemente sottoposta a un intervento chirurgico soffre di deficit di cellule staminali limbari (LSCD), una malattia ereditaria in cui il numero di cellule staminali nella cornea diminuisce, causando secchezza e sbiancamento della cornea, con conseguente offuscamento della vista e, infine, cecità.

I ricercatori hanno coltivato le cellule iPS in uno strato sottile di cellule staminali corneali e le hanno trapiantate nella cornea del paziente. Queste cellule staminali corneali devono avere la capacità di autorinnovarsi, sia per mantenere uno stato quiescente di cellule staminali, sia per produrre una prole differenziata che preservi l'equilibrio dell'organo (cornea). Se questo studio clinico potrà avere successo a lungo termine dipenderà anche dall'esistenza di una nicchia funzionale normale nello stroma limbare dei pazienti affetti da LSCD.

Secondo Nishida, entro la fine dell'anno verrà eseguita una seconda operazione e nei prossimi cinque anni l'operazione sarà accessibile a più persone. Se questo metodo potesse essere utilizzato in ambito clinico, potrebbe in una certa misura alleviare la carenza di trapianti di cornea.

Le cellule iPS sono impegnate a fondo nella cura del morbo di Parkinson, delle lesioni del midollo spinale, delle malattie cardiache, ecc.

Con tecnologia delle cellule staminali pluripotenti indotte si intende la tecnologia che induce le cellule somatiche a diventare cellule staminali pluripotenti attraverso la riprogrammazione. Fu scoperto per la prima volta da Shinya Yamanaka dell'Università di Kyoto in Giappone nel 2006. Le cellule iPS sono simili alle cellule staminali embrionali in termini di morfologia, espressione genica e proteica, stato di modificazione epigenetica, capacità di moltiplicazione cellulare, capacità di generazione di corpi embrionali e teratomi e capacità di differenziazione. Nel 2012 Yamanaka ha condiviso il premio Nobel per la medicina e la fisiologia con Sir John B. Gurdon del Regno Unito.

Il processo di induzione delle cellule iPS

Shinya Yamanaka, scienziato specializzato in cellule staminali presso l'Università di Kyoto in Giappone (Fonte foto: https://hot-fashion.click/wp-content/uploads/2015/10/山中申弥.jpg)

La tecnologia iPS non utilizza embrioni o ovuli, quindi non ci sono problemi etici; la preparazione di cellule staminali specifiche dalle cellule del corpo del paziente stesso può ridurre notevolmente la possibilità di rigetto immunitario. L'avvento della tecnologia iPS ha suscitato una forte risposta nei campi delle cellule staminali, dell'epigenetica e della biomedicina, consentendo alle persone di comprendere meglio il meccanismo regolatore della pluripotenza e riducendo ulteriormente la distanza tra le cellule staminali e il trattamento clinico delle malattie. La tecnologia iPS ha un grande potenziale di valore nella terapia di sostituzione cellulare, nella ricerca sulla patogenesi, nello screening di nuovi farmaci e nel trattamento di patologie cliniche come quelle neurologiche e cardiovascolari.

Il Giappone è sempre stato all'avanguardia a livello mondiale nell'esplorazione delle applicazioni cliniche delle cellule iPS e la prima applicazione clinica al mondo ha avuto luogo proprio in Giappone. Nel 2014, Masayo Takahashi, ricercatore sulle cellule staminali presso il RIKEN Center for Developmental Biology, ha trapiantato cellule epiteliali pigmentate della retina derivate da iPS in una donna settantenne per curare la degenerazione maculare legata all'età, una malattia degli occhi che causa cecità negli anziani.

Masayo Takahashi, un oftalmologo del Centro di biologia dello sviluppo (cdb) a Kobe, in Giappone (Fonte immagine: Nature News)

Nel 2018, il team sperimentale guidato dal marito di Masahiko Takahashi, Takahashi Jun, scienziato esperto in cellule staminali dell'Università di Kyoto in Giappone, ha impiantato per la prima volta cellule precursori neuronali convertite da cellule iPS nel cervello dei pazienti affetti da Parkinson. Queste cellule possono produrre il neurotrasmettitore dopamina [3]. Nel febbraio 2019, il Ministero della Salute giapponese ha approvato uno studio sull'uso delle cellule iPS per il trattamento delle lesioni del midollo spinale. Hideyuki Okano, scienziato esperto di cellule staminali presso la Keio University di Tokyo, indurrà le cellule iPS a trasformarsi in cellule progenitrici neurali e le inietterà nei pazienti con lesioni del midollo spinale. Il team di ricerca condurrà trattamenti sperimentali su quattro persone e deciderà se avviare sperimentazioni cliniche su larga scala in base ai risultati [4].

Hideyuki Okano, scienziato specializzato in cellule staminali presso l'Università Keio di Tokyo

Anche gli scienziati cinesi sono intervenuti in questo ambito. Secondo le informazioni di registrazione del database statunitense degli studi clinici, la Cina sta conducendo due studi clinici iPS: uno è condotto dal Nanjing Drum Tower Hospital affiliato alla Nanjing University Medical School e dal First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University, che utilizzerà cardiomiociti derivati ​​da iPS per il trapianto intramiocardico durante l'innesto di bypass aorto-coronarico in pazienti con cardiomiopatia ischemica cronica [5]; l'altro è condotto dall'Università di Medicina Cinese di Pechino e dal suo affiliato Sun Simiao Hospital, che utilizzerà cardiomiociti differenziati con iPS per il trapianto per curare la malattia coronarica, la cardiomiopatia dilatativa e la malattia di Keshan [6].

Tuttavia, l'applicazione clinica su larga scala dovrà ancora attendere.

Nonostante siano stati condotti così tanti studi clinici, non è realistico aspettarsi che le cellule iPS vengano utilizzate clinicamente su larga scala nel breve termine. Di solito ci vogliono circa 20 anni per trasferire una scoperta scientifica ad applicazioni cliniche e commerciali, e l'applicazione delle cellule iPS seguirà più o meno la stessa traiettoria.

Anche a più di un decennio dalla scoperta delle cellule iPS, i ricercatori non hanno ancora compreso appieno come avviene la riprogrammazione. A causa delle differenze nel background genetico o nell'espressione genica, anche le cellule iPS dei pazienti e le cellule iPS dei controlli sani si comportano in modo molto diverso durante la coltura. Come tutte le linee cellulari, le cellule iPS variano da un ceppo all'altro, rendendo necessari controlli rigorosi durante gli esperimenti.

Anche la sicurezza della tecnologia delle celle iPS deve essere controllata. Ad esempio, prima che Takahashi Masahiko e altri si preparassero a eseguire il secondo trapianto, il team di ricerca di Yamanaka ha scoperto due piccole alterazioni genetiche nelle cellule iPS e nelle cellule epiteliali pigmentate della retina differenziate tramite iPS del paziente. Sebbene non vi fossero prove che queste due mutazioni fossero correlate alla formazione del tumore, l'esperimento venne interrotto su suggerimento di Yamanaka [2].

Per qualsiasi terapia con cellule iPS, ci vorranno anni per trovare i metodi giusti per produrre i tipi di cellule giusti in quantità sufficienti e con la purezza necessaria. I ricercatori devono essere tenaci e pazienti e hanno bisogno del forte sostegno dell'industria farmaceutica e del governo.

In breve, le cellule iPS non sono magiche. Come ogni nuova tecnologia, ci vogliono ancora molto tempo e ricerche approfondite prima che possa trovare applicazione clinica e apportare benefici all'umanità.

Quindi... ora quando sentite "trattamento con cellule staminali per la malattia xx", fate attenzione!

Riferimenti:

1. Una donna è la prima a ricevere una cornea realizzata con cellule staminali "riprogrammate" 02 SETTEMBRE 2019

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02597-2

2. Una donna giapponese è la prima ricevente di cellule staminali di nuova generazione 12 settembre 2014

https://www.nature.com/news/japanese-woman-is-first-recipient-of-next- generation-stem-cells-1.15915

3. Cellule staminali "riprogrammate" impiantate in un paziente affetto dal morbo di Parkinson 14 NOVEMBRE 2018

https://www.nature.com/articles/d41586-018-07407-9

4.22 FEBBRAIO 2019

Cellule staminali "riprogrammate" per curare per la prima volta le lesioni del midollo spinale https://www.nature.com/articles/d41586-019-00656-2

5.https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03759405?term=ips+cells&cntry=CN&rank=2

6.https://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT03759405?term=ips+cells&cntry=CN&rank=2

Wu Lin, Ouyang Zhaohui, Cao Shuchao, Yi Delian, Sun Shaoxue e Liu Xia. (2005). Applicazione e progressi della ricerca sulla spettroscopia Raman. Rivista di diffusione della luce, 180-186.