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Nuove frontiere

Staminali

Cosa sono le staminali?

Sono cellule dette “immature” perché la loro principale caratteristica è quella di potersi specializzare, cioè di poter diventare qualunque tessuto e organo del nostro corpo. Purtroppo non tutti i tessuti del corpo umano adulto sono forniti di zone ove si producono staminali, mentre allo stadio iniziale di sviluppo dell’embrione tutte le cellule sono in questo stato. Esse possono essere considerate cellule “bambine” che possono rigenerare diverse parti dell’organismo.

Quali tipi esistono?

Esistono quattro tipi differenti di cellule staminali:

  1. totipotenti: possono diventare qualunque cellula dell’organismo (muscolare, nervosa, ecc.);
  2. pluripotenti: si possono evolvere in molti tipi cellulari, ma non in tutti;
  3. multipotenti: si specializzano solo in certi tipi di cellule (ad esempio cellule nervose);
  4. unipotenti: generano solo un certo tipo di cellula (ad esempio della cornea, del fegato, ecc.).

Le staminali sono poi dette somatiche (impropriamente “adulte”: non sono ancora specializzate – sono multipotenti – e si trovano, in genere, tra le cellule specializzate di un tessuto specifico) ed embrionali (primi stadi dello sviluppo successivi alla fecondazione).

Come si ottengono le staminali?

L’embrione è il bacino delle staminali per eccellenza, ma per problemi etici lo studio e l’utilizzo delle staminali embrionali è, nei Paesi dove ciò è consentito, comunque limitato. Ovviamente, man mano che l’embrione si sviluppa, le cellule si specializzano e, dunque, perdono la loro capacità di trasformarsi in tutti i tipi di cellula. Però, se si vuole dare la possibilità a chi nascerà di avere alcune “cellule di ricambio” (come quelle sanguigne, muscolari o nervose), c’è almeno la possibilità di conservare il cordone ombelicale. Le staminali sono contenute, inoltre, nel liquido amniotico. Infine, esiste la possibilità di ottenere staminali da cellule adulte; questa tecnica, messa a punto per la prima volta nel 2006 in Giappone (dal premio Nobel per la medicina S. Yamanaka), richiede una “riprogrammazione genetica”. Si possono cioè utilizzare tre o quattro geni diversi (Oct3/4, Sox2, Klf4 e cMyc) per avviare un ringiovanimento della cellula adulta, che torna così allo stadio di staminale; una volta avviata questa trasformazione i geni che hanno funzionato da “innesco” vengono rimossi dal Dna. Vista la complessità della procedura, alcune équipe di ricercatori sarebbero riusciti tuttavia a farne a meno.
Le staminali riprogrammate (iPS) sono pluripotenti e rappresentano una frontiera importante della medicina rigenerativa. Nel 2009 l’Università del Wisconsin-Madison ha pubblicato su PNAS i risultati di una ricerca con la quale si è riusciti a trasformare le cellule adulte della pelle in cellule staminali retiniche umane dopo un’opportuna riprogrammazione genetica: in futuro tali cellule ringiovanite potranno, almeno in linea di principio, essere utilizzate per riparare la retina, che può essere colpita da malattie degenerative soprattutto nella terza età. Al momento in cui scriviamo, tuttavia, questo risultato ancora non è stato ottenuto.

Nel 2012 la Columbia University (Usa) ha pubblicato uno studio su Molecular Medicine, in cui i ricercatori sostengono di aver migliorato la vista in cavie cieche utilizzando cellule della pelle umane opportunamente riprogrammate sino allo stadio di staminali retiniche.

Nell’adulto si trovano le cellule staminali?

Sì, in un adulto si possono ottenere, ad esempio, dal midollo osseo (staminali emopoietiche ossia produttrici di cellule del sangue), dal tessuto adiposo (grasso) e da una serie di zone specifiche deputate alla produzione delle staminali stesse. Per quanto riguarda gli occhi, in particolare la cornea, è presente una zona specifica chiamata limbus (che si trova ai bordi della cornea, in corrispondenza dei margini dell’iride).
Le staminali embrionali si possono ottenere, nei Paesi dove ciò è consentito, mediante fecondazione in vitro. Il problema è che questa tecnica ha una precisa limitazione temporale: fino a cinque giorni dalla fecondazione in provetta. In alternativa, in alcuni Paesi (come la Spagna) è possibile ricorrere agli embrioni sovrannumerari ossia quelli che non vengono impiantati nell’utero dopo la fecondazione artificiale. Se vengono congelati possono “vivere” alcuni anni, rappresentando una vera e propria scorta di staminali embrionali.

Come si sviluppano?


Consideriamo le cellule staminali embrionali, che sono ottenute da un embrione fecondato. Le cellule si possono dividere e fare delle copie di se stesse per lungo tempo, ma senza differenziarsi. Quindi, le staminali possono generare gli strati embrionali persino dopo essere state messe in coltura per un periodo di tempo praticamente indefinito. I tre tipi di strati embrionali originati dalle staminali sono: l’ectoderma, il mesoderma e l’endoderma.
L’ectoderma dà origine non solo al cervello, ai nervi della spina dorsale, alle cellule nervose, ma anche ai capelli, alla pelle, ai denti nonché alle cellule sensoriali dell’occhio, dell’orecchio e del naso, della bocca, ecc. Il mesoderma dà origine, invece, ai muscoli, al sangue, ai vasi sanguigni, ai tessuti connettivi nonché al cuore. Infine, dall’endoderma si genera il pancreas, lo stomaco, il fegato, a cui vanno aggiunti i polmoni e le cellule germinali (ovuli e spermatozoi).

Quali sono le possibilità che offrono le staminali?

Da un lato si possono produrre cellule e tessuti da impiantare. Dall’altro lo studio delle staminali permette di comprendere meglio la prevenzione e il trattamento dei difetti genetici. Infine si possono effettuare più facilmente persino dei test sulla tossicità di alcuni farmaci. Sono molte le malattie che le staminali promettono di curare, almeno in futuro: dal morbo di Parkinson all’Alzheimer, dall’infarto ai danni alla retina. Secondo la rivista scientifica Nature “le cellule staminali adulte sono state già un successo clinico, come nel caso del trapianto di midollo spinale per il trattamento della leucemia, della crescita di nuovi strati di pelle per trattare le usioni e per la rigenerazione delle cornee”. Esistono anche delle potenzialità di rigenerazione della retina, ma allo stato attuale si è ancora a uno stadio sperimentale sia negli Stati Uniti che in Giappone.

Quali sono le prospettive avveniristiche?

Le staminali non solo possono costituire qualunque tipo di tessuto, ma in linea di principio potrebbero consentire di “fabbricare” un intero organo di ricambio che non provocherebbe alcuna forma di rigetto, essendo composto da cellule del nostro stesso organismo. Teoricamente moltissime malattie degenerative potrebbero, un giorno, essere curate in questo modo: le staminali costituiscono una riserva virtualmente illimitata di cellule nervose, muscolari, ematiche, ecc.

Le cellule staminali sono miracolose?

Definire miracolose le cellule staminali è un’esagerazione: il loro campo di applicazione è ancora limitato. Tuttavia, se le ricerche scientifiche dovessero confermare tutte le aspettative, allora il loro utilizzo avrebbe enormi potenzialità, permettendo di riparare quei tessuti per cui oggi non esiste una possibilità di cura.

Quali sono i rischi?

Il rischio principale è quello di indurre un tumore: la proliferazione incontrollata di cellule staminali può potenzialmente provocare il cancro. Inoltre, bisogna guardarsi dalle facili cure a base di staminali se non sono supportate da validi risultati scientifici. Infine c’è il rischio che le staminali adulte riprogrammate possano non funzionare esattamente come quelle embrionali: sono quasi uguali, ma non perfettamente identiche. Ad esempio, le cellule cardiache non si coordinano tra loro se sono state indotte da cellule adulte, mentre il loro battito avviene all’unisono se sono state sviluppate da embrionali.

In quali casi si possono utilizzare le staminali per gli occhi?

Per quanto riguarda gli occhi l’utilizzo di staminali riguarda principalmente la cornea (già possibile) e la retina (come già detto non ancora possibile).
A livello retinico il primo esperimento sugli esseri umani durerà almeno tre anni ed è iniziato in Giappone alla metà del 2014 su un gruppo di sei ipovedenti affetti da AMD (forma umida di degenerazione maculare legata all’età, che ha ridotto la loro acuità visiva a meno di 1/10). I ricercatori sperano di recuperare, in questo modo, circa un decimo. Il protocollo sperimentale – che fa ricorso a cellule adulte geneticamente riprogrammate sino allo stadio di staminali (iPS) – è stato approvato dal Ministero della Salute giapponese a luglio 2013. L’esperimento prevede che cellule della pelle (fibroblasti) vengano “ringiovanite” intervenendo sul loro Dna e poi vengano fatte sviluppare sino allo stadio di cellule retiniche (epitelio pigmentato retinico). Inoltre è in corso negli Stati Uniti uno studio che coinvolge persone colpite dalla forma secca dell’AMD e da una malattia genetica retinica (maculopatia di Stargardt).

Come funzionano le staminali corneali?

Il limbus corneale (la zona di passaggio dalla cornea alla congiuntiva bulbare) rappresenta la sede delle cellule staminali corneali naturali, che servono come riserva per la rigenerazione e la proliferazione dell’epitelio corneale stesso. Le staminali epiteliali hanno un potenziale virtualmente illimitato di divisione cellulare. Infatti, in seguito allo stimolo da parte dei fattori di crescita, queste si differenziano in “cellule amplificanti transitorie”, le quali poi si replicano e differenziano ulteriormente fino a raggiungere uno stato di maturazione definitiva. Nel soggetto sano è, quindi, evidente come la presenza di cellule staminali efficienti a livello del limbus corneale permetta di riparare i danni corneali causati da fenomeni traumatici, infettivi ed infiammatori di media e lieve entità. Purtroppo, quando una malattia o un trauma corneale causano un’alterazione delle staminali limbari determinando una loro diminuzione di numero, si ha il cosiddetto deficit o insufficienza limbare: la cornea non riesce più a riparare il proprio epitelio di superficie e va incontro a gravi complicazioni che possono mettere a repentaglio la vista. In questi casi le ricerche scientifiche degli ultimi anni hanno permesso di compiere grandi passi avanti; infatti, eseguendo trapianti di staminali limbari si è potuto restituire all’epitelio corneale la capacità di rigenerarsi, anche se ancora con risultati non sempre soddisfacenti. Tuttavia, il solo trapianto di cellule staminali non permette di ottenere un’acuità visiva paragonabile a quella precedente al trauma, ma spesso è la combinazione del trapianto di cellule staminali e di altre procedure chirurgiche (trapianto di cornea) che dà la possibilità di migliorare la condizione visiva, restituendo la trasparenza alla cornea danneggiata.

Quali sono le reali prospettive che offrono le staminali per la retina?

Anche la retina umana adulta sembra che sia dotata di cellule staminali: ricerche approfondite hanno permesso di localizzare queste cellule nella regione più periferica della retina stessa. Infatti, esse si troverebbero nella pars plana e nella pars plicata, dove sarebbero presenti in misura indicativa di una cellula ogni 500. Le staminali retiniche sono state individuate a partire dai primi mesi dalla nascita fino ai 70 anni. Ancora oggi il loro campo di applicazione è ampiamente sperimentale, ma sono stati effettuati studi importanti: si è tra l’altro tentato di rigenerare i fotorecettori retinici attraverso il loro impianto in forma staminale; tuttavia la complessità della struttura retinica e dei meccanismi deputati alla visione sono un ostacolo non semplice da superare.

In uno studio pubblicato ad aprile 2013 su Cell Research si sostiene che le “cellule staminali multipotenti isolate dalla retina di topi adulti sono capaci di produrre fotorecettori funzionanti”, cioè sono in grado di ripristinare la sensibilità alla luce in cavie in cui è stata indotta la cecità. Un rigoroso studio sulle staminali retiniche è stato pubblicato però sulla rivista The Lancet a metà ottobre del 2014. In esso si evidenzia come in 10 occhi su 18 si siano riscontrati miglioramenti visivi a livello sperimentale: si tratta di esseri umani colpiti dalla forma secca di degenerazione maculare legata all’età (AMD) e da maculopatia di Stargardt, in alcuni dei quali il visus è migliorato a 3-12 mesi dall’impianto di staminali embrionali umane. Un progetto sperimentale di ricerca è in corso a Londra su una decina di pazienti affetti dalla forma umida dell’AMD. Al primo paziente - che ha perso la visione centrale improvvisamente - sono state impiantate staminali retiniche alla fine del 2015 e bisognerà attendere i risultati. Complessivamente, presso il Moorfields Eye Hospital, la sperimentazione durerà almeno 18 mesi e i singoli pazienti saranno seguiti per un anno.

Cosa si può realmente sperare?

La speranza è che, almeno in futuro, le staminali possano essere utilizzate per curare una serie di malattie degenerative che, allo stato attuale, costituiscono una delle principali cause della cecità (retinite pigmentosa, degenerazione maculare legata all’età, ecc.). Grandi potenzialità sono date, nel caso di malattie genetiche di tipo degenerativo, dall’uso combinato della terapia genica (iniezione del gene corretto sotto alla retina) e dall’impiego delle staminali (ad esempio quelle adulte riprogrammate).

John Gurdon, premio Nobel per la Medicina 2012, ha affermato – il 12 aprile 2013 – che, per il trattamento delle degenerazioni retiniche con staminali adulte “ci sono prospettive molte solide”. Bisognerà però aspettare ulteriori studi prima di avere un’eventuale applicazione clinica su larga scala, ammesso che tutte le fasi degli esperimenti sugli esseri umani abbiano successo.

Leggi anche “Vista salvata con le staminali“, “Staminali riprogrammate contro la cecità“, “Usa, rigenerata la retina centrale con staminali embrionali

Per approfondire: sito della SOI.

Sitografia e bibliografia


Scheda informativa a cura dell’Agenzia internazionale per la prevenzione della cecità-IAPB Italia onlus
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Pagina pubblicata il 27 marzo 2009. Ultimo aggiornamento: 23 settembre 2016.

Ultima revisione scientifica: 23 settembre 2016.

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