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USO DELLE CELLULE STAMINALI
MESENCHIMALI ADULTE IN MEDICINA
RIGENERATIVA DA SOLE OD IN
ASSOCIAZIONE AI FATTORI DI CRESCITA:
LE CERTEZZE E LE PROSPETTIVE
Fabiano Svolacchia , M.D.
Anzio ( RM )
L’utilizzo delle cellule staminali mesenchimali adulte rappresenta oggi uno
dei settori della medicina di maggior interesse in medicina rigenerativa .
Definiamo rigenerativa quella branca della medicina che ha come scopo
quello di sostituire con cellule dello stesso tipo del tessuto danneggiato o
modificato dal processo dell’ invecchiamento. L’obiettivo è quello di
ripristinare la funzionalità di questi organi/tessuti . La Medicina
rigenerativa identifica dunque l’insieme delle terapie che, nel perseguire
l’obiettivo della rigenerazione, utilizzano o comunque sfruttano le
potenzialità delle cellule staminali , sia stimolate localmente alla
duplicazione e differenziazione , sia trasferite dopo opportuna selezione ed
estrazione . Parliamo di terapie in cui le cellule stesse entrano a far parte
integrante della evoluzione migliorativa e rigenerativa dei tessuti : le
terapie cellulari. Le staminali hanno dimostrato una grande capacità di
rigenerazione dei tessuti, di rimodulazione del sistema immunitario e
posseggono, inoltre, una serie di altre qualità da cui l'organismo può trarre
beneficio . Le recenti ricerche condotte sulle cellule staminali adulte hanno
permesso di definire che queste cellule sono multipotenti, ossia possono
replicarsi e se stimolate opportunamente, differenziarsi in specifiche e
diverse popolazioni cellulari (ossee, cartilaginee, tendinee, muscolari etc) .
Sono capaci di auto-replicarsi e di proliferare illimitatamente .
Ma non è esatto parlare di cellule staminali e delle capacità rigenerative
proprie di queste come se fosse una cosa unica . Prima nell'embrione e
successivamente all'interno del nostro organismo adulto , molti tipi di
cellule staminali svolgono funzioni continue di formazione e rigenerazione
dei tessuti. Le cellule staminali mesenchimali adulte costituiscono un tipo
di cellule che possono essere utilizzate in medicina rigenerativa . Queste
cellule sono reperibili in molti tessuti del nostro organismo ed hanno la
capacità una volta aumentate di numero e differenziate ( indirizzate ad
uno specifico tessuto) di rigenerarlo in parte o interamente . Questo può
accadere anche a distanza dal tessuto bersaglio. Le cellule mesenchimali
adulte sono caratterizzate da una morfologia simile a quella dei fibroblasti
e sono cellule multipotenti , in grado replicarsi .
Queste caratteristiche hanno causato un crescente interesse verso quelle
prospettive terapeutiche basate sulla capacità rigenerativa e riparativa di
organi e tessuti, che le cellule staminali offrono . Alcuni studi hanno
dimostrato che le MSC sono dotate di potere rigenerativo e che possono
essere ottenute da diversi tessuti, come midollo osseo, sangue periferico,
cordone ombelicale, tessuto adiposo e derma .Il midollo osseo contiene
cellule staminali mesenchimali o stromali (MSC) e cellule staminali
ematopoietiche (HSC ). Le MSC sono presenti nel midollo in quantità
minore rispetto alle HSC e sono responsabili della genesi di tutte le cellule
non emopoietiche che risiedono nel midollo osseo. Per molti anni il
midollo osseo è stato considerato la principale fonte di cellule staminali
mesenchimali in grado di rispondere a stimoli provenienti da lontano ed
essere richiamate da tessuti danneggiati. Tuttavia, a causa dell’invasività
delle procedure di prelievo e della progressiva riduzione con l’età del
numero di cellule isolate e del loro potenziale differenziativo, i ricercatori
si sono indirizzati verso la ricerca di nuove fonti di MSC.
Recentemente è stato dimostrato che il sangue venoso periferico può
essere considerato una fonte alternativa di cellule staminali mesenchimali .
Grazie alle loro particolari caratteristiche le MSC possono essere
considerate da utilizzare in medicina rigenerativa , in terapia cellulare ed
in ingegneria dei tessuti da sole o in associazione con biomateriali che
funzionino da impalcatura . L’elevato potenziale proliferativo in vitro, il
trofismo, la capacità antinfiammatoria, la possibilità di disporre di cellule
off-the-self ed in modo particolare la possibilità di differenziare e trans
differenziare verso cellule specializzate, se impiantate nel giusto contesto e
microambiente, fanno si che le MSC possano essere uno strumento per la
rigenerazione e la riparazione di tessuti . Infatti la cellula staminale è una
cellula capace di autorigenerarsi infinite volte , spesso per dare vita
all’organismo a cui appartiene. Nelle opportune condizioni , in seguito a
stimoli specifici queste cellule possono generare diversi citotipi
differenziati nei tessuti che le ospitano.
Le proprietà delle cellule staminali si possono riassumere in statiche e
dinamiche . Le proprietà statiche sono : l’essere indifferenziate , avere
capacità proliferativa , avere la possibilità di automantenimento , avere la
possibilità di generare progenitrici differenziate. Dinamiche perché
possono proliferare ed automantenersi e perché hanno flessibilità nella
differenziazione
Esistono quattro tipi di cellule staminali: embrionali, fetali, degli annessi
embrionali ed adulte. Le cellule staminali embrionali sono cellule
indifferenziate. Le cellule staminali fetali si trovano negli stadi tardivi
dell'embrione e nel feto e sono le cellule che in utero provvedono
all'accrescimento dei tessuti. Altre cellule con caratteristiche che vanno
dalla multipotenza all'unipotenza si possono trovare negli annessi
embrionali (cordone ombelicale, placenta, sacco amniotico).
Le cellule staminali embrionali sono totipotenti, ossia possono
differenziarsi in tutti i tessuti , fino allo stadio di morula a 8 blastomeri,
dopodiché diventano pluripotenti, che sono in grado di differenziarsi in
uno qualsiasi dei tre foglietti embrionali ma non negli annessi embrionali.
Sono pluripotenti le cellule della massa interna della blastocisti rivestita
dal trofoblasto. Le cellule staminali multipotenti sono in grado di
differenziare in un numero di tipi cellulari limitato al tessuto in cui
risiedono; appartengono a questa classe le cellule ematopoietiche (HSC) e
le cellule mesenchimali (MSC).
Con "cellule staminali adulte" vengono indicate le cellule staminali
derivate dai tessuti di organismi adulti, per distinguerle da quelle di origine
embrionale.
Le cellule staminali adulte sono cellule non differenziate in grado sia di
autoreplicarsi , cioè dividersi in modo simmetrico dando origine a due
cellule uguali alla cellula di partenza , sia sotto l'influenza di particolari
stimoli, di differenziare , dando origine a cellule specializzate proprie del
tessuto in cui sono localizzate o nel nostro caso , trasferite . Normalmente
il differenziamento non avviene direttamente, ma attraverso la generazione
di cellule con caratteristiche intermedie ed orientamento già ben definito
che vengono chiamate progenitori/precursori o trans amplifying cells.
Questo processo avviene per divisione asimmetrica o per divisione
simmetrica seguita da un dedifferenziamento della cellula progenitrice in
staminale: questo garantisce la presenza continua di un pool di staminali
nella nicchia di appartenenza. Il ruolo principale delle cellule staminali è
quello di garantire il fisiologico ricambio delle cellule "invecchiate" (tissue
renewing) e di ripristinare le cellule eventualmente danneggiate o morte a
seguito di traumi o malattie.
In particolare le cellule staminali umane adulte non presentano i problemi
etici e di sicurezza derivati dall'utilizzo di quelle embrio-fetali, in quanto
non richiedono il sacrificio di un intero organismo e non sono
tumorigeniche.
Infatti le staminali adulte sono isolate da tessuti dell'organismo e possono
essere usate in autologous setting eludendo il problema della risposta
immunologica e del rigetto . Le MSC sono le cellule staminali adulte ad
oggi più studiate in quanto presentano caratteristiche proprie, in aggiunta a
quelle di staminali derivanti da altri tessuti/organi.
Le cellule sono definite in funzione alle molecole di superficie, per lo più
glicoproteine, espresse sulla loro membrana cellulare. Queste molecole
sono usate comunemente come marker cellulari e sono dette “cluster di
differenziazione” (CD). A oggi sono stati identificati più di 320 CD.
Generalmente una combinazione di marker è in grado di caratterizzare un
solo tipo cellulare, che viene quindi descritto come avente questi marker.
La classificazione cellulare mediante l’uso di CD è stata applicata anche
alle cellule staminali . Fenotipicamente le MSCs esprimono un certo
numero di marcatori che, sfortunatamente però, non sono specifici per
ciascuna MSC. Le MSCs adulte non esprimono i marcatori delle cellule
ematopoietiche (CD45, CD34, CD14, CD11). Inoltre non esprimono le
molecole co-stimolatorie CD80, CD86, CD40 o molecole di adesione
CD31 (platelet/endothelial cell adhesion molecule [PECAM]-1), CD18
(leukocyte function-associated antigen-1 [LFA]-1), o CD56 (neuronal cell
adhesion molecule-1). Possono esprimere i marker CD105 (SH2), CD73
(SH3/a), CD44, CD90 (Thy-1), CD71, Stro-1, molecole di adesione
CD106 (vascular cell adhesion molecule [VCAM]-1), CD166 (activated
leukocyte cell adhesion molecule [ALCAM]), molecole di adesione
intracellulare (ICAM)-1 e CD29 .
In particolar modo è stato osservato che le MSC sono:
- facilmente isolabili grazie alla loro capacità adesiva;
- facilmente separabili da altre tipologie cellulari grazie all'espressione di
un set di marcatori di membrana specifici (CD44+, CD90+,
CD105+166+73+, CD34-, CD45-31-14-);
- facilmente espandibili in vitro in quanto presentano un elevato potenziale
replicativo ;
- in grado di espletare funzioni immunosuppressive e immunomodulatorie;
- in grado di migrare spontaneamente nei tessuti di origine ed anche
selettivamente in tessuti danneggiati (multiorgan homing capacity/
trofismo ). In sede di danno promuovono la rigenerazione del tessuto
compromesso sia mediante differenziamento che secrezione paracrina di
fattori anti infiammatori .
Inoltre presentano una spiccata plasticità funzionale ed un potenziale
differenziativo multilieneage .
In tutti i tessuti esiste una presenza di cellule staminali per preservare
l’omeostasi del tessuto stesso. Le cellule staminali mesenchimali sono già
state isolate da diversi tessuti e testate per il differenziamento in diverse
linee cellulari .
Ovviamente vi sono delle differenze tra tessuto e tessuto e durante il
prelievo per la estrazione è necessario preservare nei tessuti il pool
presente per non impoverire il pool stesso . Le cellule che si prelevano e
che vengono reimpiantate devono mantenere e possedere una alta capacità
proliferativa , differenziativa e con la possibilità eventuale di interattività
con biomateriali .
E’ dimostrato che all’interno di un tessuto differenziato i progenitori
mesenchimali hanno delle caratteristiche diverse rispetto dalle
differenziate : hanno una dimensione ridotta con alta complessità
citoplasmatica . La staminale infatti ha un controllo post trascrizionale ,
cioè trascrive tutti i geni , ma andrà a tradurre solo quelle proteine tipiche
del tessuto di appartenenza . Queste sono in grado di neovascolarizzare e
di trasformarsi verso il citotipo del tessuto in cui sono iniettate .
Potenzialmente producono una serie di fattori autocrini ( che influiscono
sulla cellula stessa ) e paracrini ( che influiscono su cellule vicine ) .
Attraverso le integrine , che rappresentano la modalità di interconnettersi
con le cellule vicine , riconoscono il tessuto in cui sono state impiantate e
producono come nel tessuto . Come sopra detto esprimono determinati
recettori di superficie .
Il processo sistemico dell’invecchiamento produce delle variazioni cutanee
, intrinseche delle cellule : minore capacità di smaltimento dei ROS ,
variazioni ormonali e delle caratteristiche della cute . L’utilizzo delle MSC
riduce gli effetti delle aggressioni a livello cellulare.
Oggi le metodiche di estrazione delle staminali per un utilizzo in medicina
estetica , è divenuto di estrema attualità . Infatti un semplice prelievo di un
frustolo di tessuto di 1 mm , viene inserito in un macchinario che lo
disgrega . Disgregandolo rilascia una sospensione di staminali attive .
Questa sospensione contiene da 50.00 ad 80.000 cellule multipotenti (
MSC ) in grado di differenziarsi una volta inserite nel tessuto che
intendiamo rigenerare mediante un apporto di MSC . Recentemente , come
sopra ricordato , è stato dimostrato che il sangue venoso periferico può
essere considerato una fonte alternativa al midollo osseo per l’isolamento
di cellule staminali mesenchimali .
Si pensa che le MSC riescano a evitare il processo differenziativo tipico
delle cellule durante lo sviluppo embrionale e a colonizzare appropriate
nicchie; queste ultime avrebbero la funzione sia di mantenere la
potenzialità delle cellule nella vita adulta sia di limitarne i processi di
differenziamento.
Le indicazioni cliniche di questa metodica sono : rughe , atonia tissutale ,
cheloidi , cicatrici , smagliature , vitiligine , ustioni , piaghe , ecc.
L’utilizzo , unito a fattori di crescita è potenzialmente in grado , oltre che
di ottenere un alta replicazione dopo l’impianto anche di modificare
aumentandola la produzione dei componenti fondamentali della matrice e
dei prodotti di rigenerazione tipici del tessuto. Propongo l’utilizzo di
concentrato piastrinico, sia nella sua forma liquida sia in quella gelatinosa,
come matrice per l’applicazione di cellule staminali. Lo scopo è di
ottenere, dalle piastrine debitamente attivate, la liberazione di diversi
fattori di crescita necessari per la differenziazione delle cellule
multipotenti in modo da accelerare la crescita e l’impianto delle cellule
staminali .
I fattori di crescita liberati dalle piastrine, infatti, hanno dimostrato di
possedere la capacità di favorire la differenziazione delle cellule staminali
verso il destino cellulare e di promuovere l’angiogenesi .
L’utilizzo combinato di MSC e di PRP ha come importante vantaggio che
entrambi i biomateriali sono due composti autologhi, non tossici e
biodegradabili.
La rigenerazione tissutale è un processo molto complesso che vede
coinvolti numerosi meccanismi cellulari e molecolari. In condizioni
fisiologiche, le cellule implicate producono una serie di molecole che
consentono la rigenerazione tissutale e che, a loro volta, influenzano le
cellule che intervengono in questo processo.
Le piastrine sono frammenti citoplasmatici fondamentali poiché
possiedono, oltre che di un ruolo nell’emostasi, proprietà pro-
infiammatorie, regolatrici e rigenerative mediate dall’interazione con
alcune cellule ( neutrofili e cellule endoteliali) e dalla liberazione di fattori
di crescita (GF), chemochine e altre molecole regolatrici.
Le piastrine rilasciano numerosi GF e altre molecole coinvolte nella
guarigione
I GF principalmente secreti delle piastrine sono il Platelet-derived Growth
Factor (PDGF), il Transforming Growth Factor β1 (TGF-β1), il
Transformig Growth Factor β2 (TGF-β2), l’Epidermal Growth Factor
(EGF), il Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF), l’Insulin-like
Growth Factor di tipo 1 (IGF-I) e l’Hepatocyte Growth Factor (HGF) .
Questi peptidi inducono chemiotassi, proliferazione e differenziazione
cellulare, neovascolarizzazione e sintesi di ECM che favoriscono la
risoluzione della flogosi e del processo di rigenerazione tissutale.
Il concentrato piastrinico o plasma arricchito di piastrine (PRP, Platelet
Rich Plasma) è un prodotto ricavato dal sangue che si presenta come un
concentrato autologo di piastrine sospese in un piccolo volume di plasma
ed è pertanto considerato un emoderivato, secondo quanto definito dalla
normativa vigente in materia .
Il PRP, per essere definito tale, deve essere di origine autologa, in caso
contrario la presenza di membrane cellulari di prodotti omologhi, che
fungerebbero da elementi antigenici, scatenerebbe una reazione
immunitaria. Contiene numerose molecole che rivestono un ruolo di
fondamentale importanza nel processo di rigenerazione tissutale; alcune di
queste molecole sono rappresentate dai fattori contenuti nei granuli α
piastrinici mentre altre da proteine del sangue, come la fibrina, la
fibronectina e la vitronectina .
Il vantaggio dato dall’impiego del PRP è dovuto alla concentrazione
soprafisiologica di fattori di crescita che è in grado di incrementare la
velocità di riparazione delle ferite, di ridurre l’infiammazione associata al
trauma e di ridurre al minimo la produzione di tessuto cicatriziale.
Numerosi studi sperimentali e clinici, realizzati in questi anni sia in
medicina umana che non , hanno permesso di investigare in modo
approfondito l’efficacia del concentrato piastrinico e la possibilità di
utilizzarlo routinariamente come supporto terapeutico per diverse
patologie.
Recentemente, l’impiego di PRP autologo per stimolare la rigenerazione
tissutale, è aumentato in ambito chirurgico in medicina umana unito alle
MSC .Per questo motivo è importante conoscere i processi responsabili
della genesi delle piastrine (PLT), i meccanismi biochimici e cellulari
coinvolti alla riparazione tissutale, i metodi impiegati per la preparazione e
l’impiego clinico del PRP.
L’inoculazione demica di MSC e PRP è sicura e non induce nell’ospite
alcuna reazione di tipo immunitario o altri effetti collaterali locali o
sistemici. Il trattamento dell’invecchiamento con MSC e PRP ,
l’associazione quindi di questi biomateriali determina un potenziamento
del processo di guarigione inteso come miglioramento del derma e
dell’epidermide per l’effetto sinergico che in grado di migliorare
l’efficacia d’azione .
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