Cellule staminali e Malattia di Parkinson.
Vincenzo Silani e Andrea Ciammola, U.O. Neurologia e Laboratorio di Neuroscienze, Centro "Dino Ferrari" - Università degli Studi di Milano - IRCCS Istituto Auxologico Italiano
(IV Congresso Nazionale Parkinson Italia, Viareggio, 22-23 aprile 2004)

LE CELLULE STAMINALI IN NEUROLOGIA.
Le cellule staminali neuronali (CSN), altamente indifferenziate, possiedono la capacità, per definizione, di autorigenerarsi e di differenziare nei tre principali fenotipi neuro-gliali (cellule neuronali, astrocitarie ed oligodendrocitarie). Le CSN sono state isolate da diverse regioni dell'encefalo durante lo sviluppo e, più recentemente, anche da Sistema Nervose Centrale (SNC) adulto, sia nell'animale sperimentale che nell'uomo, infrangendo il dogma "storico" della impossibilità di auto-rigenerazione all'interno del SNC. Sfortunatamente, nonostante la presenza di cellule staminali "in loco", il SNC presenta una ridotta capacità di auto-rigenerazione e ricostituzione dei circuiti neuronali funzionali danneggiati in seguito a lesione traumatica, cerebrovascolare (e.s. ictus ischemico), o neurodegenerativa (Malattia di Parkinson). L'innovativo approccio della terapia cellulare prevede quindi l'integrazione tra terapia farmacologica classica volta a limitare il danno neurologico e l'infusione di cellule neuronali immature ancora capaci di formare estese connessioni assonali per il ripristino della funzionalità.
Il rapido incremento delle conoscenze relative alle CSN, unitamente alla possibilità di transdifferenziare cellule non-neuronali (per esempio della serie ematopoietica) verso il fenotipo neuro-gliale (con una alterazione significativa del destino cellulare) ha aperto una delle aree più interessanti della moderna neurobiologia per un approccio riparativo strettamente connesso nel paziente ad una strategia neuroriabilitativa per migliorare l'integrazione funzionale della cellula impiantata nel circuito neuronale lesionato.

LA TERAPIA CELLULARE NEL SNC.
Il recupero di funzione nel SNC può essere ottenuto tramite due meccanismi distinti ed interdipendenti. Le cellule danneggiate dal processo neurodegenerativo o traumatico vengono sostituite da nuove cellule capaci successivamente di differenziarsi ed integrarsi nei circuiti neuronali polifunzionali pre-esistenti. Il SNC adulto possiede scarsa capacità sia per un recupero cellulare endogeno che per la riorganizzazione dei circuiti a causa delle lunghe connessioni regolanti il rapporto sinaptico tra diverse aree. Questi due limiti tendono a pregiudicare il ripristino del recupero funzionale. La neurotrapiantologia può aiutare il SNC a sostituire cellule perdute per un processo neurodegenerativo o lesionale. Le cellule impiantate possono, oltre che integrarsi, anche rilasciare, se ingegnerizzate geneticamente, neurotrasmettitori (quali dopamina, acetilcolina e GABA) oppure produrre un effetto benefico mediante sintesi di fattori neurotrofici, capaci di combattere la degenerazione in atto e/o di promuovere la rigenerazione.
L'impatto clinico della trapiantologia nelle malattie neurodegenerative del SNC è stato rilevante sin dagli anni '80 quando una serie di pazienti affetti da Malattia di Parkinson (PD) è stata impiantata con cellule neuronali umane fetali ottenute da substantia nigra (1). Anche le cellule della midollare surrenale, per le ben note potenzialità di trasformazione neuronale dopo trattamento con Nerve Growth Factor (2), sono state impiantate nell'encefalo di pazienti affetti da PD con rilevanti risultati e l'Università di Milano ha svolto un ruolo pionieristico maturando competenza sia in campo clinico che di neurobiologia di base (3, 4, 5). La neuroimplantologia negli anni successivi si è notevolmente sviluppata a livello sperimentale con applicazioni cliniche in altre patologie, prime tra tutte la malattia di Huntington (6). Malgrado i promettenti risultati, l' implantologia con cellule umane era e rimane gravata da problematiche di ordine biologico ed etico, non ultima quella dell'approvvigionamento del tessuto. Il destino finale delle cellule neuronali impiantate è lontano dall'essere definito, inoltre le cellule neuronali post-mitotiche utilizzate non possono essere espanse o conservate per lunghi periodi di tempo, richiedendo la sincronizzazione tra momento del prelievo ed impianto terapeutico. Le recenti scoperte relative alle cellule staminali hanno, quindi, improvvisamente aperto nuovi orizzonti per la trapiantologia cerebrale.

CELLULE STAMINALI: CONCETTI DI BASE.
Nei vertebrati le cellule staminali sono state tradizionalmente suddivise in due gruppi: il primo è rappresentato dalle cellule embrionali o ES, pluripotenti, ottenute della blastocisti, capaci di generare tutti i differenti tipi cellulari dell'organismo (7). Il secondo gruppo comprende le cellule staminali organo-specifiche multipotenti, cioè capaci di generare solo progenie differenziata appartenente allo specifico foglietto embrionale da cui originano. L'esempio più evidente del secondo gruppo è rappresentato dalle cellule staminali del tessuto ematopoietico (8).
Le cellule staminali sono presenti anche nella vita adulta dove si mantengono in nicchie specifiche come cellule indifferenziate, capaci di proliferare in modo indefinito ma, a differenza dei tumori, in maniera controllata (9).
In alcuni tessuti ad alta proliferazione (ad esempio, cute) esiste un evidente razionale per la presenza di cellule staminali; in altri, come il sistema nervoso, la presenza di cellule staminali può essere provata "in vitro" solo dal loro isolamento, crescita e capacità di differenziamento in coltura (8).
Le cellule staminali neurali sono state ritrovate inizialmente in selettive aree dell'encefalo di roditore e possono proliferare "in vitro" sotto forma di neurosfere (aggregati clonali in sospensione) amplificabili e criopreservabili (10, 11). Il ruolo del rinnovamento cellulare nel SNC è incerto, anche se nell'adulto nuove cellule neuronali possono generarsi in almeno due zone anatomiche: il giro dentato e la zona subventricolare (12). Dati successivamente acquisiti tendono a dimostrare che cellule progenitrici multipotenti possono essere presenti in stato di quiescenza in varie regioni dell'encefalo adulto (13) inclusa la corteccia frontale del primate non umano (14).
La neurogenesi è regolata da stimoli ambientali e può essere influenzata da eventi lesionali per cui non è possibile escludere a priori che il tessuto neuronale adulto possegga una insospettata capacità di autorinnovamento, drasticamente ridotta o persa in caso di patologie neurodegenerative (15). Grazie alle loro potenzialità intrinseche, le CSN adulte possono essere sfruttate per innovative applicazioni cliniche come sorgente autologa di tessuto per impianto (trapianto di cellule staminali). Alternativamente esse possono essere stimolate "in loco" mediante infusione sistemica di fattori neurotrofici (ad es. il basic Fibroblast Growth Factor, bFGF) in grado di sottrarle al loro normale stato di quiescenza (16, 17).
Le cellule ES e le cellule staminali sono state iniettate in diversi modelli animali di malattie neurodegenerative dove hanno dimostrato efficacia funzionale come, per esempio, il miglioramento del metabolismo dopaminergico in modelli sperimentali di parkinsonismo (18). Inoltre, le cellule staminali possono essere manipolate geneticamente e successivamente re-impiantate nell'animale dove, per proliferazione, originano una progenie differenziata esprimente geni specifici. Recentemente, cellule ingegnerizzate a produrre il Glial Cell line-Derived Neurotrophic Factor o GDNF sono state iniettate nel modello sperimentale di morbo di Parkinson e si sono dimostrate efficaci nel prevenire la degenerazione dei neuroni dopaminergici, limitando quindi il danno motorio indotto dalla 6-idrossidopamina (19). Grande clamore hanno suscitato i recenti risultati di recupero funzionale indotto dal trapianto di CSN adulte in un modello animale di sclerosi multipla cronica (20). Nonostante i buoni risultati ottenibili con il trapianto di cellule staminali in modelli animali, ogni preparazione allogenica cellulare per l'impianto deve essere pura ed omogenea per divenire eleggibile per l' approccio clinico nell'uomo, situazione ancora ben lontana dall'essere raggiunta (21). I limiti maggiori all'applicazione clinica sono a tutt'oggi correlati alla carenza di metodi affidabili e riproducibili per l'isolamento di popolazioni pure, in assenza di marcatori cellulari specifici per le cellule staminali (22).

SORGENTI ALTERNATIVE DI CELLULE STAMINALI NEURALI.
Per lungo tempo si è ritenuto che il destino delle cellule staminali organo-specifiche fosse strettamente limitato e che potessero dare origine a progenie differenziata tipica del tessuto di provenienza. Le cellule ES, invece, sono in grado di generare cellule neuronali, ad es. dopaminergiche, capaci di sopravvivere ed integrarsi funzionalmente dopo essere state impiantate nello striato lesionato di un modello sperimentale di parkinsonismo (23). Tuttavia di difficile soluzione è ovviare al problema dell'alta potenzialità teratogena delle ES (7).
Studi recenti suggeriscono che, di fatto, non esiste una restrizione per le cellule staminali organo-specifiche. Dati sperimentali indicano che le cellule staminali adulte possono cambiare il loro destino cellulare e differenziarsi in cellule specifiche di altri organi e/o tessuti sia "in vitro" che "in vivo". Una delle prime dimostrazioni riguarda le cellule staminali ematopoietiche che sono state indotte a trasformarsi in cellule muscolari (24). Anche cellule staminali neurali, in opportune condizioni, possono differenziare in cellule ematopoietiche (25) e viceversa (26, 27). Una potente dimostrazione è stata prodotta relativamente alla pluripotenzialità delle cellule mesenchimali ematopoietiche derivate dal midollo osseo adulto a generare cellule a fenotipo neuro-gliale (28), mentre il transdifferenziamento di cellule mesenchimali con acquisizione di un fenotipo neuronale è stato ottenuto "in vitro" (29). Tali esperimenti tendono a dimostrare la possibilità di transdifferenziare cellule adulte verso nuovi fenotipi cellulari dopo condizionamento epigenetico con una sostanziale omologia tra le cellule ES e le cellule staminali organo- o tessuto-specifiche. Tale rivoluzionario concetto ha modificato l'approccio terapeutico di diverse patologie del SNC e Periferico aprendo un rilevante settore di ricerca.

DALLE EVIDENZE SPERIMENTALI AD UN REALISTICO APPROCCIO CLINICO.
L'area di ricerca strettamente connessa alle cellule staminali vive giornalieri progressi che dal laboratorio si trasmettono alla comunità ed ai pazienti sollevando aspettative di pronta terapia che trascendono i limiti stessi della sperimentazione. E' per questo che le notizie scientifiche devono essere vagliate e trasmesse al pubblico con particolare attenzione per non pagare lo scotto di un repentino e incauto impiego clinico. La neuro-trapiantologia nella malattia di Parkinson ha vissuto momenti drammatici alla fine degli anni '80, quando un numero maggiore di pazienti fu sperimentalmente trapiantato rispetto ai primati non-umani. La stessa esperienza non va oggi ripetuta perché il rischio di recare un irreparabile danno alla ricerca di base è direttamente proporzionale all'avidità di entrare nell'arena clinica con procedure sperimentali ancora non pienamente definite.
Un approccio più razionale si è verificato nel caso, per esempio, della malattia di Huntington dove la recente definizione del deficit di un fattore trofico (Brain derived neurotrophic factor o BDNF) ha aperto nuovi orizzonti terapeutici per l'impianto di cellule trasformate a produrlo (30).
Il recente cauto editoriale del Comitato Esecutivo dell'European ALS Consortium, rappresenta una posizione scientifica ed etica applicabile più estesamente a tutto il campo di impiego delle cellule staminali per patologie neurodegenerative, cerebrovascolari e traumatiche (31,32).

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