Di Melissa Mayer | Aggiornato il 30 agosto 2022

I ricercatori di tutto il mondo stanno svelando i segreti delle cellule staminali:cellule minuscole e versatili che mantengono la promessa di trasformare una singola cellula in organi e tessuti. Comprenderne la struttura e il comportamento potrebbe rivoluzionare il trattamento di un'ampia gamma di malattie.

Cosa sono le cellule staminali?

Durante le prime fasi dello sviluppo embrionale, un ovulo fecondato (zigote) si divide in uno sciame di cellule note come cellule staminali. Queste cellule sono entrambe proliferative – si dividono rapidamente – e sono pluripotenti , il che significa che possono differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula specializzata.

Man mano che l'embrione matura, passa da un semplice foglio di cellule staminali a un embrione strutturato chiamato gastrula, comprendente tre strati germinali:ectoderma, mesoderma ed endoderma, ciascuno dei quali dà origine a tessuti e organi distinti.

Struttura centrale di una cellula staminale

• Membrana cellulare —un doppio strato lipidico che regola il passaggio delle molecole.
• Citoplasma -l'interno acquoso che ospita gli organelli.
• Nucleo —contiene il DNA che determina la funzione cellulare.

Sebbene questi componenti siano comuni a tutte le cellule, le cellule staminali mantengono uno stato indifferenziato finché segnali specifici non innescano la specializzazione.

Cellule staminali embrionali (hESC)

Gli hESC derivano da embrioni soprannumerari creati tramite fecondazione in vitro (IVF). Poiché hanno origine prima dell'impianto, sono una tabula rasa in grado di dare origine a qualsiasi tipo di cellula.

Nella cultura, le hESC tendono a formare grappoli chiamati corpi embrionali e si differenziano spontaneamente a meno che non siano mantenuti in condizioni attentamente controllate. Mantenere uno stato indifferenziato per sei mesi e garantire la stabilità genetica sono prerequisiti per creare una linea di cellule staminali embrionali adatto per la ricerca.

Cellule staminali adulte (somatiche)

Molti tessuti maturi conservano cellule staminali residenti che ricostituiscono le cellule durante il normale ricambio o riparano dopo un infortunio. Queste cellule sono tessuto-specifiche e in genere generano solo i tipi di cellule presenti nel loro ambiente nativo.

• Cellule staminali emopoietiche nel midollo osseo producono sangue e cellule immunitarie.
• Cellule staminali mesenchimali danno origine a cellule ossee, cartilaginee, adipose e stromali.
• Cellule staminali epiteliali nella linea intestinale producono cellule assorbenti, caliciformi, enteroendocrine e di Paneth.
• Cellule staminali della pelle nello strato basale si generano cheratinociti che formano l'epidermide protettiva.

Le cellule staminali adulte sono scarse, hanno un potenziale di divisione limitato e sono difficili da coltivare, ma offrono il vantaggio di un ridotto rigetto immunitario quando raccolte in modo autologo.

Cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC)

Introdotte nel 2006, le iPSC sono cellule adulte riprogrammate che acquisiscono pluripotenza. Sebbene condividano molte funzionalità con le hESC, gli ostacoli tecnici, come i metodi di distribuzione virale che sollevano problemi di sicurezza, devono essere affrontati prima dell'uso clinico.

Applicazioni cliniche

La ricerca sulle cellule staminali è alla base dello screening farmacologico, della modellizzazione delle malattie e dello sviluppo di terapie basate sulle cellule . Le aree promettenti includono:

• Malattie cardiovascolari —differenziazione delle cellule del muscolo cardiaco per il trapianto.
• Diabete di tipo 1 —producendo cellule beta che secernono insulina.
• Brucia e degenerazione maculare —ripristino dei tessuti danneggiati.
• Osteoartrosi e artrite reumatoide —rigenerazione della cartilagine articolare.
• Lesioni del midollo spinale e ictus —promuovere la riparazione neurale.

Ostacoli chiave alla traduzione clinica

• Aumentare la produzione di cellule staminali per generare tessuti o organi funzionali.
• Indirizzare con precisione la differenziazione al tipo di cellula desiderato.
• Garantire la sopravvivenza, l'integrazione e la funzione a lungo termine delle cellule trapiantate.
• Prevenire esiti avversi come la tumorigenesi.

Sebbene il viaggio dal banco al letto del paziente sia complesso, la conoscenza fondamentale della biologia delle cellule staminali continua ad accelerare i progressi nella medicina rigenerativa.