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lunedì 11 novembre 2019
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Leggi i contenuti che seguono ed approfondirai la tua conoscenza sulle cellule staminali
In questa sezione troverai dettagliati approfondimenti scientifici sulle cellule staminali da cordone ombelicale; in particolare, nei contenuti che proporremo verrà dato risalto agli aspetti clinici e sperimentali. Ti invitiamo a rimanere sempre aggiornato sulle novità dal mondo delle cellule staminali consultando periodicamente questa pagina o sottoscrivendo gratuitamente il feed rss che potrai anche includere nel tuo sito web.
Approfondimenti

Espansione delle cellule staminali del cordone ombelicale e terapia genica

Uno dei pochi fattori che limitano l’uso delle cellule staminali in applicazioni terapeutiche, è la dose cellulare “disponibile” in una singola unità (1). Poiché è stato dimostrato che l’esito di un trapianto è strettamente correlato alla quantità di cellule staminali somministrate (2), sono stati sviluppati diversi protocolli al fine di aumentare ex vivo il numero di cellule trapiantabili. In uno studio sperimentale compiuto nel 2007, è stata indotta espansione in una popolazione di cellule ematopoietiche del cordone ombelicale, coltivando queste cellule in un sistema liquido di coltura contenente interleuchina 3, fattore delle cellule staminali (SCF) e fattore stimolante la crescita delle colonie di granulociti e macrofagi (3).  Dopo 12 giorni di coltura, la frazioni di cellule CD34+ e mononucleate erano aumentate in media, di 21.4 e 21 volte, con una vitalità media delle cellule nucleate pari al 87.9% (3). In un recente studio, cellule CD34+  derivanti da staminali cordonali precedentemente crioconservate, sono state coltivate in un medium serum free in presenza di SCF, fattore stimolante la crescita delle colonie di granulociti, fms-simile tirosin chinasi 3 ligando e fattore di crescita e sviluppo dei megacariociti (4). A seguito della coltura, è stato rilevato sia un aumento di circa 350 volte di cellule CD34+, sia un incremento di circa 130 volte di cellule formanti colonie (4). 

Uno dei pochi fattori che limitano l’uso delle cellule staminali in applicazioni terapeutiche, è la dose cellulare “disponibile” in una singola unità (1). Poiché è stato dimostrato che l’esito di un trapianto è strettamente correlato alla quantità di cellule staminali somministrate (2), sono stati sviluppati diversi protocolli al fine di aumentare ex vivo il numero di cellule trapiantabili. In uno studio sperimentale compiuto nel 2007, è stata indotta espansione in una popolazione di cellule ematopoietiche del cordone ombelicale, coltivando queste cellule in un sistema liquido di coltura contenente interleuchina 3, fattore delle cellule staminali (SCF) e fattore stimolante la crescita delle colonie di granulociti e macrofagi (3).  Dopo 12 giorni di coltura, la frazioni di cellule CD34+ e mononucleate erano aumentate in media, di 21.4 e 21 volte, con una vitalità media delle cellule nucleate pari al 87.9% (3). In un recente studio, cellule CD34+  derivanti da staminali cordonali precedentemente crioconservate, sono state coltivate in un medium serum free in presenza di SCF, fattore stimolante la crescita delle colonie di granulociti, fms-simile tirosin chinasi 3 ligando e fattore di crescita e sviluppo dei megacariociti (4). A seguito della coltura, è stato rilevato sia un aumento di circa 350 volte di cellule CD34+, sia un incremento di circa 130 volte di cellule formanti colonie (4). Il successivo trapianto di tali cellule nel midollo osseo di topi NOD/SCID ha evidenziato che il processo di espansione non ha alterato l’attività ematopoietica delle cellule (4). Al Dana Farber Cancer Institute e’ attualmente in corso un Trial che prevede l’espansione delle staminali cordonali modulando le prostaglandine (ClinicalTrials.gov Identifier: NCT00890500).

La possibilità di manipolare il genoma delle cellule staminali, offre la possibilità di definire terapie geniche ad hoc per la cura di specifiche patologie; nell’ambito di studi sperimentali, il trasferimento genico in cellule staminali di midollo osseo ha mostrato risultati incoraggianti. In uno studio eseguito nel 2008 da Meyerrose et al, cellule staminali mesenchimali ricavate da midollo osseo umano sono state sottoposte a trasduzione lentivirale in maniera tale da promuovere l’espressione dell’enzima beta-glucuronidasi (GUSB) (5). Le cellule ottenute vennero trapiantate in topi NOD/SCID sofferenti di mucopolisaccaroidosi VIII, patologia causata da un deficit di GUSB (5). A seguito del trapianto, i livelli di GUSB rilevati erano aumentati ed erano prossimi al 40% della concentrazione osservata in assenza di patologia (5). Tale aumento enzimatico ha consentito inoltre l’elevazione secondaria di altri enzimi (ad esempio α-Gal) e, in aggiunta, la degenerazione retinica associata alla malattia risultò essere normalizzata grazie al trapianto (5). In uno studio sperimentale condotto da Zhang et all, cellule mesenchimali del midollo osseo di ratto  sono state trattate in vitro con acido all – trans retinoico e, successivamente, geneticamente modificate inducendo in esse (mediante l’uso di un vettore adenovirale) over-espressione del gene per la neutrofenina 3 (NT-3) (6). Le cellule ottenute, quando trapiantate in ratto con lesioni al midollo spinale hanno determinato miglioramenti funzionali e strutturali, come ad esempio recupero dell’attività locomotoria degli arti posteriori, riduzione del volume cavo, rigenerazione assonale nonchè promozione della sopravvivenza delle linee neuronali (6). Miccio et. al, descrivono l’utilizzo di cellule staminali ematopoietiche murine geneticamente modificate in un modello animale di β-talassemia, patologia causata dalla assente o ridotta produzione delle catene β che costituiscono l’emoglobina (7). In particolare, in cellule midollari murine, mediante trasduzione lentivirale, è stata indotta l’espressione del gene per la β-globina umano (7). Successivamente alla trasduzione, le cellule ottenute sono state trapiantate in topi affetti β-talassemici determinando una correzione stabile e di lunga durata dello stato anemico (7).  I ricercatori, osservarono che una frequenza pari al 30-50% delle cellule trasdotte, era sufficiente per correggere completamente il fenotipo talassemico ed inoltre osservarono la presenza del transgene in tutte le cellule della linea eritrocitaria (7). Infine l’applicazione clinica di staminali midollari ematopoietiche midollari (BM-HSCs), ha dimostrato esiti positivi. In particolare, in un trials clinico eseguito da Aiuti et al., BM-HSCs cui era stata indotta l’espressione del gene per l’adenosin deaminasi (ADA) mediante trasduzione retrovirale, sono state iniettate in 10 bambini affetti da ADA.SCID, una immunodeficienza combinata grave determinata da un deficit di ADA (8). A 4 anni dall’infusione, tutti i pazienti erano in vita mostrando un attechimento stabile delle BM-HSCs trasdotte le quali, differenziandosi, hanno dato origine a linee mieloidi esprimenti ADA e linee linfoidi (8). In 9 pazienti è stata riscontrata una ricostruzione del sistema immunitario esibendo sia un aumento nel numero di cellule T, sia una normalizzazione nella funzionalità delle stesse (8). In conclusione, considerando l’ampio spettro differenziativo offerto dalle cellule staminali cordonali (9), la loro intrinseca capacità immunomodulatoria ed immunosoppressiva (10) e la loro possibilità di essere trapiantate in condizioni di compatibilità HLA meno stringenti rispetto alle fonti di cellule staminali adulte (11), risulta essere possibile lo sviluppo di terapie geniche basate sulla manipolazione delle staminali cordonali. 

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Bibliografia

1. Brunstein CG, Weisdorf DJ: Future of cord blood for oncology uses. Bone Marrow Transplant 44:699-707, 2009

2. Kelly SS, Sola CB, de Lima M, Shpall E: Ex vivo expansion of cord blood. Bone Marrow Transplant 44:673-681, 2009

3. Madkaikar M, Ghosh K, Gupta M, Swaminathan S, Mohanty D: Ex vivo expansion of umbilical cord blood stem cells using different combinations of cytokines and stromal cells. Acta Haematol 118:153-159, 2007

4. Satwani P, van de Ven C, Ayello J, Cairo D, Simpson LL, Baxi L, Cairo MS: Interleukin (IL)-15 in combination with IL-2, fms-like tyrosine kinase-3 ligand and anti-CD3 significantly enhances umbilical cord blood natural killer (NK) cell and NK-cell subset expansion and NK function. Cytotherapy

5. Meyerrose TE, Roberts M, Ohlemiller KK, Vogler CA, Wirthlin L, Nolta JA, Sands MS: Lentiviral-transduced human mesenchymal stem cells persistently express therapeutic levels of enzyme in a xenotransplantation model of human disease. Stem Cells 26:1713-1722, 2008

6. Zhang W, Yan Q, Zeng YS, Zhang XB, Xiong Y, Wang JM, Chen SJ, Li Y, Bruce IC, Wu W: Implantation of adult bone marrow-derived mesenchymal stem cells transfected with the neurotrophin-3 gene and pretreated with retinoic acid in completely transected spinal cord. Brain Res 1359:256-271

7. Miccio A, Cesari R, Lotti F, Rossi C, Sanvito F, Ponzoni M, Routledge SJ, Chow CM, Antoniou MN, Ferrari G: In vivo selection of genetically modified erythroblastic progenitors leads to long-term correction of beta-thalassemia. Proc Natl Acad Sci U S A 105:10547-10552, 2008

8. Aiuti A, Cattaneo F, Galimberti S, Benninghoff U, Cassani B, Callegaro L, Scaramuzza S, Andolfi G, Mirolo M, Brigida I, Tabucchi A, Carlucci F, Eibl M, Aker M, Slavin S, Al-Mousa H, Al Ghonaium A, Ferster A, Duppenthaler A, Notarangelo L, Wintergerst U, Buckley RH, Bregni M, Marktel S, Valsecchi MG, Rossi P, Ciceri F, Miniero R, Bordignon C, Roncarolo MG: Gene therapy for immunodeficiency due to adenosine deaminase deficiency. N Engl J Med 360:447-458, 2009

9. Rogers I, Casper RF: Umbilical cord blood stem cells. Best Pract Res Clin Obstet Gynaecol 18:893-908, 2004

10. Francese R, Fiorina P: Immunological and regenerative properties of cord blood stem cells. Clin Immunol 136:309-322, 2010

11. Kim YJ, Broxmeyer HE: Immune regulatory cells in umbilical cord blood and their potential roles in transplantation tolerance. Crit Rev Oncol Hematol

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