espansione staminali

Le staminali del cordone ombelicale moltiplicate
migliaia di volte.
03/10/2010 – Sidney (Australia) – Una delle critiche più diffuse all' uso delle staminali del cordone
ombelicale era, fino a pochi mesi fa, il numero limitato di cellule presente in ogni singolo cordone.
Ciò aveva portato le banche pubbliche addirittura a scartare e gettar via un' elevata percentuale di
campioni prelevati. Tale decisione si è dimostrata davvero avventata e poco lungimirante: in questi
mesi molte ricerche per espandere rapidamente le cellule staminali sono state sviluppate e almeno 4
sono giunte ad importanti risultati. Tra queste la più clamorosa permetterà la moltiplicazione di
migliaia di volte proprio delle tanto sottovalutate staminali cordonali.
La più recente è stata annunciata il 3 Ottobre 2010 a Sidney (Australia) dal team del professore
John Rasko(1) del Centenary Istitute, del Royal Price Alfred Hospital e dell' Università di Sydney.
La scoperta è stata pubblicata su Nature Biotechnology: ha sviluppato una sostanza elastica e super
sottile, che viene a formare un supporto per le cellule molto simile alla struttura interna del corpo
umano, creando un microambiente favorevole, che, secondo il professor Rasko, sarebbe percepito
dai recettori cellulari, sensibili all' ambiente fisico intorno a loro. Mimando gli stimoli naturali, si
favorisce una forte moltiplicazione, anche se avviene in realtà su una piastra di laboratorio,
portando a triplicare il numero delle staminali finali. Le ha paragonate singolarmente ad un gatto,
che su un sofà vada a cercare la posizione più comoda per elasticità e morbidezza dei tessuti, per
potersi “stiracchiare” comodamente.
La nuova superficie elastica molecolare è stata chiamata “tropoelastin” ed ha uno spessore di soli 12
nanometri (0,000012 centimetri), pur avendo forti proprietà elastiche(2) .
In passato erano stati fatti molti passi avanti nell' uso di ormoni e farmaci per influenzare questi
ambienti di nicchia, al fine di espandere le cellule, ma molto meno si sapeva riguardo l' effetto delle
forze fisiche. Per la prima volta è stato dimostrato che esse, influenzate dall' elasticità, hanno un
ruolo chiave nella crescita delle staminali ematopoietiche cordonali, simulando l' ambiente a loro
più adatto all' interno del nostro organismo: un ambiente “super elastico”, ottenuto sfruttando la
capacità eccezionale degli scienziati australiani di sintetizzare proteine estremamente versatili e
simili a quelle naturali .
L' effetto del tropoelastin sarà ulteriormente aumentato dall' aggiunta di specifici ormoni,già usati in
passato, che hanno un effetto sinergico nella moltiplicazione cellulare(3,4).
La scoperta determinerà la possibilità di ridurre i dolorosi prelievi dal midollo osseo e di ottimizzare
e moltiplicare l' uso dei cordoni ombelicali crioconservati. Grazie ad essa si potranno usare meno
sangue placentare o midollo osseo per le neoplasie ematiche e molte altre patologie, oppure le
stesse quantità con risultati nettamente migliori. I trapianti di staminali sono vitali, ad esempio, in
pazienti il cui midollo osseo è stato distrutto dalla chemioterapia e l' aumento del loro numero sarà
decisivo per il successo finale, superando le difficoltà di prelievo: ad esempio nei bambini più
grandi o negli adulti non saranno più necessari 2 cordoni ombelicali per un trapianto sicuro, ma ne
basterà uno(3,4).
Gli studiosi hanno moltiplicato le cellule sia umane che di topi,ma finora sono state trapiantate solo
nei roditori. Nella prossima fase sarà sperimentata la loro infusione anche nei nostri simili, ed essi
stimano che saranno necessari da 5 a 10 anni prima che il metodo possa essere usato per i malati di
cancro (5,6,8,9).
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3.500 persone muoiono solo in Australia ogni anno per leucemie e linfomi e tale numero è destinato
ad aumentare drasticamente con l' invecchiamento della popolazione. Rasko afferma che 1.100
australiani ricevono trapianti in 12 mesi e tutti potranno beneficiare di questa nuova tecnologia (2,7).
Ancora più clamorosa la ricerca pubblicata il 17 Gennaio 2010 da Nature Medicine : i ricercatori
del Fred Hutchinson Cancer Research Center di Seattle (Washington - USA) hanno ideato un
“moltiplicatore” di cellule staminali del cordone ombelicale con capacità di espansione cellulare
quasi “fantascientifiche”.
Secondo il coordinatore dello studio, la dottoressa Colleen Delaney (10), è possibile manipolare le
staminali del cordone ombelicale in laboratorio usando questo macchinario, fino ad espanderne il
numero di ben 146 volte in due settimane, ma in futuro milioni di volte, utilizzando tempi più
lunghi. Gli elementi trapiantati attecchiscono in soli 14 giorni e iniziano subito a produrre cellule
del sangue, contro le 4 settimane necessarie utilizzando unità cordonali non espanse, con
diminuzione della mortalità e morbilità connesse strettamente a questi tempi. I test hanno inoltre
dimostrato che il ripristino dei globuli bianchi subito dopo il trapianto era d' attribuirsi
prevalentemente alle staminali trattate in laboratorio (14).
I risultati pubblicati sull' autorevole rivista riguardano per ora 10 pazienti, tra i 3 ed i 43 anni, malati
di leucemia acuta ad alto rischio, che hanno ricevuto due unità di staminali “modificate” e due
normali (11).
Il moltiplicatore ideato da Delaney si basa su di un interruttore molecolare che accende il gene
Notch, che poi determina l' espansione delle staminali. In questo modo il numero di cellule CD34+
delle unità di sangue cordonale aumenta di 164 volte. Queste staminali sono caratterizzate dal gene
e cluster di differenziazione 34 e, in conseguenza di ciò, dalla produzione di un tipo particolare di
proteine, che vanno a formare una superficie glicoproteica. Essa funziona come un fattore di
adesione cellula-cellula,che favorisce il mantenimento dei legami tra staminali e tessuti del midollo
osseo.
Se normalmente un' unità di sangue del cordone ombelicale contiene meno di 200.000 staminali per
chilogrammo di peso del paziente ricevente, le unità da cordone espanse racchiudono circa 6
milioni di CD34+ per chilo. Trapiantate nei pazienti si sono dimostrate efficaci in 2 settimane,
ripristinando il midollo osseo e le cellule del sangue, senza effetti collaterali (12,13).
Nei leucemici questa scoperta è particolarmente importante perché si possono annullare i rischi
dovuti alla presenza di poche staminali da trapiantare: tempi più lunghi di attecchimento e infezioni
pericolose per la mancanza di un numero sufficiente di globuli bianchi maturi, che le fronteggino.
Il “Notch signaling pathway” è una tecnica che è stata messa a punto in laboratorio per la prima
volta da Irwin Bernstein, M.D., membro del Hutchinson Center's Clinical Research Division e fu
pubblicato per la prima volta su Nature Medicine nel 2000. Da allora sono stati necessari dieci anni
per trasferire con successo i risultati di queste prime ricerche di laboratorio sui pazienti nell'ambito
della sperimentazione e della pratica clinica.
Delaney ed i suoi colleghi sono partiti dal lavoro svolto precedentemente da Bernstein costruendo
una proteina che può essere utilizzata per attivare il “Notch signaling pathway” nelle staminali
CD34+ e manipolarle in coltura cellulare, per espanderne il numero fino ad una media di 164 volte
in 14 giorni, il tempo utile per un trapianto ottimale in caso di leucemia, ma di milioni di volte, se si
continuasse la tecnica moltiplicativa per più di un mese e mezzo.
Lo studio è stato reso possibile grazie al sostegno del National Istitutes of Health, del American
Cancer Society e del Damon Runyon Cancer Research Foundation (14).
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Un terzo sistema tecnologico per la moltiplicazione delle staminale è giunto agli onori della cronaca
a fine Agosto 2010: il “Nanex” ideato dai geniali scienziati del DARPA di Arlington in Virginia,
dipendente direttamente dal Pentagono,e costruito dall'industria Arteriocyte di Cleveland (OhioUSA).
Esso ha permesso di sostituire la funzione naturale del midollo osseo nella maturazione delle
staminali emopoietiche del cordone ombelicale, ma ne ha anche determinato una più rapida
moltiplicazione per ottenere sangue artificiale, tanto che un domani sarà possibile produrlo anche in
zone difficili da raggiungere, come sui campi di battaglia. Adam Sorkin, direttore del settore di
ricerca e sviluppo della Arteriocyte, sostiene che in pochi anni si potranno espandere le staminali
cordonali di ben 300-350 volte in appena 10 giorni (15).
Un' altra industria biotecnologica con programmi di ricerca innovativi sull' espansione delle
staminali, ancora una volta ottenute dal cordone ombelicale, è la Proteonix di Mountainside (New
Jersey – USA). E' un' azienda focalizzata sullo sviluppo di terapia avanzate, basate sull' uso delle
cellule umane e loro derivati per la cura del cancro, malattie cardiache, diabete, patologie
autoimmunitarie, dermatologiche e legate all' invecchiamento. Ma, oltre a questi interessanti studi,
ha messo a punto un'avveniristica piattaforma d'espansione con un nuovo “medium”biologico e dei
ponteggi, che permetteranno un notevole aumento del tasso di crescita delle staminali cordonali.
Queste nuove tecnologie saranno presto messe alla prova della Food & Drug Administration, per
iniziarne la produzione ed la vendita(16,17).
Infine per quanto riguarda il nostro Paese è all'avanguardia l' industria biotecnologica Rigenerand
di Medola in provincia di Modena. La punta di diamante delle sue ricerche è una collaborazione con
l' Università di Modena-Reggio Emilia e con la Rand Biotech, che ha portato alla nascita di
ISOCULT (Integrated Space Optimized Culture-System), un bioreattore di nuova generazione. I
Professori Gabriella Aggazzotti, Aldo Tomasi e Pier Franco Conte, Preside della Facoltà di
Medicina, Rettore dell' Università e Direttore del Dipartimento, lo hanno presentato nel Maggio
2010, soprannominandolo il “motore della fabbrica di cellule in 3D”.
ISOCULT è un nuovo sistema di coltura cellulare per uso clinico. In questo ambiente le staminali
possono espandersi da 7 a 10 volte di più rispetto ai normali dispositivi di pari superficie.
Un' altra importante ed innovativa applicazione del sistema è la possibilità di far crescere cellule su
matrici tridimensionali riassorbibili, compatibili con i tessuti umani,con lo scopo di ottenere
strutture solide, per riparare o sostituire parti degli organi malati o deteriorati (18).
I ricercatori ed i tecnici modenesi hanno cercato di superare i limiti delle attuali tecniche di crescita
ex-vivo in supporti bidimensionali. L'espansione in fiasca è problematica per l' ingombro, la scarsa
maneggevolezza, la contaminazione microbica, oltre l' elevato costo di gestione.
E' dotato di una membrana di ossigenazione, che consente ottimali scambi gassosi, senza bisogno di
un sistema di ventilazione aperto; può essere inserito in un sistema chiuso, che permette di
rinnovare i terreni di coltura, senza la necessità di operare direttamente all' interno del campo d'
espansione; consente la totale automazione del sistema (19).
1) Il Dottor John Rasko è un ematologo clinico australiano, specializzatosi nella cura di gravi
patologie, soprattutto neoplastiche, con l' uso della terapia genica e delle cellule staminali. Conduce
un attivo programma di ricerca, che gli ha dato fama internazionale, su biologia molecolare,
genetica, cancro, terapia genica d'avanguardia e biologia delle staminali presso il Centenary Istitute,
così come su applicazioni terapeutiche cellulari d' avanguardia al RPA Hospital. IL suo lavoro ha
determinato la scoperta di nuovi meccanismi connessi alla leucemia e al modo di agire di alcuni
ormoni nel sangue, di nuovi test clinici e di nuove terapie biologiche per il cancro e per malattie
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emorragiche. Nel 2004 ha guidato il team che ha identificato il gene responsabile della malattia di
Hartnup. Più di recente ha determinato importanti innovazione nella terapia genica dell' emofilia
insieme a studiosi americani. Lavora per il Sydney Hospital, nella Facoltà di Medicina
dell' Università di Sydney, per enti statali e nazionali, tra cui il Gene Technology Technical
Advisory Comitee, l' ARC, il MH&MRC e il Cancer Council Grant Review Panels.
2) AAP – 04/10/2010
3) Life Sciences World – 03/10/2010
4) Alert Eurek - 03/10/2010
5) ANSA – 05/10/2010
6) ADUC – 05/10/2010
7) ABC – 04/10/2010
8) Mondo Raro – 10/10/2010
9) Heath Jockey – 05/10/2010
10) La Dottoressa Colleen Delaney S., MD, ha ottenuto il Msc alla Oxford University, si è
specializzata alla Harvard Medical School, ha svolto il suo internato presso la University of
California San Francisco Pediatrics, ha ottenuto la borsa di studio nel Reparto di
Oncologia/Ematologia Pediatrica della University of Washington. E' specialista in Oncologia
Pediatrica, Trapianto di Midollo Osseo Pediatrico,Trapianto di Cellule Staminali Pediatrico,
Trapianto di Sangue del Cordone Ombelicale e Espansione In Vivo di Cellule Staminali
Ematopoietiche. E' Direttrice del Cord Blood Transplant Program, Assistant Member della Clinical
Research Division del Fred Hutchinson Cancer Research Center e Assistant Professor del
Department of Pediatrics della University of Washington School of Medicine.
11) SmartBank – 06/02/2010
12) ANSA – 17/01/2010
13) ADUC – 18/01//2010
14) BBC – 18/01/2010
15) SRC – Advancing the Chimical Sciences – Luglio/2010
16) Yahoo! Finance
17) Penny Stock Live - 25/09/2010
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18) MONRIF NET – 21/05/2010
19) Premio Nazionale per l' Innovazione – Perugia - 2009
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