Il potenziale terapeutico delle cellule staminali ematopoietiche e mesenchimali.

Le cellule staminali sono cellule primitive, non specializzate, caratterizzate dalla capacità sia di generare, indefinitamente e ad ogni duplicazione, cellule con le stesse caratteristiche della cellula madre (proprietà che va sotto il nome auto-rinnovamento), che di differenziare dando origine ad una progenie cellulare con caratteristiche diverse.
Le uniche cellule staminali con potenzialità illimitata sono le cellule staminali embrionali, mentre le cellule staminali somatiche adulte conservano caratteristiche primitive limitatamente alla tipologia cellulare del tessuto/organo in cui risiedono, ossia possono rigenerare, nell'arco di tutta la vita, solo gli elementi differenziati del tessuto di appartenenza quando questi vengono distrutti in seguito al fisiologico "consumo" o per danni causati da eventi infettivi, tossici o traumatici. Negli ultimi anni gli straordinari progressi della ricerca sulle cellule staminali hanno in parte modificato queste teorie; evidenze sperimentali hanno dimostrato infatti che le cellule staminali adulte hanno una potenzialità più estesa di quella presunta e che, in determinate condizioni microambientali, possono acquisire la capacità di dare origine anche a cellule di tessuti diversi da quello di origine. Ad esempio le cellule del midollo osseo, che normalmente formano gli elementi del sangue, possono dare origine a cellule muscolari, scheletriche, epatiche, ecc. Tale fenomeno, viene definito “plasticità”.
Cellule staminali sono state identificate in molti organi e tessuti ma quelle più ampiamente studiate sono le cellule staminali ematopoietiche (CSE) che risiedono nel midollo osseo (MO) in particolari zone denominate “nicchie” e rappresentano l’1-2% della popolazione midollare; in piccola quantità sono presenti anche nel sangue periferico (SP). La capacità delle CSE di ripopolare il sangue è stata dimostrata da oltre 40 anni ed oggi il trapianto di cellule staminali midollari o mobilizzate da SP rappresenta una consolidata strategia terapeutica in numerose neoplasie ematologiche. Successivamente è stata dimostrata la presenza di CSE anche nel sangue di cordone ombelicale (SCO). Le cellule cordonali offrono diversi vantaggi rispetto alle cellule midollari e periferiche adulte in ragione della loro immaturità immunologica e dell’elevato potenziale proliferativo. Principale svantaggio è la limitata quantità di cellule nucleate e di cellule staminali presenti in un’unità di SCO. I risultati clinici del trapianto da SCO hanno infatti mostrato che i tempi di attecchimento più prolungati e la ridotta probabilità di attecchimento, rispetto al trapianto da MO o SP, correlano significativamente con il numero di cellule infuse. Tali osservazioni hanno stimolato la ricerca di soluzioni sperimentali finalizzate ad aumentare la dose cellulare disponibile e, di conseguenza, migliorare i risultati clinici del trapianto. In tale ottica una possibilità è rappresentata dall'amplificazione in vitro delle cellule staminali mediante fattori di crescita. L'elevata capacità proliferativa rende la cellula staminale cordonale particolarmente indicata per la manipolazione e l’espansione clonale ex vivo. La manipolazione in vitro delle CSE finalizzata ad impiego clinico è un processo critico in cui le condizioni di coltura devono garantire che la proliferazione ed amplificazione del compartimento staminale non comporti un esaurimento delle cellule staminali più indifferenziate, le uniche in grado di garantire nel trapianto il mantenimento dell’attecchimento a lungo termine. Cellule staminali cordonali amplificate in vitro per 21 giorni sono state impiegate, in associazione con cellule cordonali non manipolate, in 10 pazienti in uno studio clinico di fase I/II condotto dall’MD Anderson negli USA. Tale procedura ha consentito di aumentare di circa 200 volte il numero di cellule nucleate e di sei volte il numero di cellule CD34+  infuse. Lo studio ha dimostrato che il trapianto di cellule manipolate in vitro è ben tollerato. Per quanto riguardo l’efficacia, il ridotto numero di casi studiati non consente ancora di valutare l’effettivo vantaggio sull’attecchimento e sulla sopravvivenza indotto dall’incremento della dose cellulare infusa.
L'isolamento e l'espansione in vitro di cellule staminali da tessuti adulti rappresenta una grande speranza non solo per la terapia cellulare in campo trapiantologico ma anche per la terapia genica di molte malattie ereditarie e acquisite. Le cellule staminali sono infatti in grado di accettare e tollerare, molto meglio delle cellule mature, geni introdotti dall’esterno con tecniche d'ingegneria genetica, mirate a correggere l’effetto patologico di geni difettosi o mutati; la loro capacità di trattenere stabilmente nel tempo tali geni esogeni, le rende un substrato ideale per fungere da vettori cellulari per la terapia genica.
            Le cellule staminali mesenchimali (CSM) rappresentano una seconda popolazione di cellule staminali residente nel midollo osseo dove costituiscono fisiologicamente il microambiente che regola la sopravvivenza, proliferazione e differenziazione delle cellule staminali ematopoietiche.
Le (CSM) sono cellule multipotenti che, oltre alla capacità di autorinnovamento, caratteristica peculiare di tutte le cellule staminali, hanno la capacità di differenziare in osteociti, condrociti, adipociti, epatociti, miociti, neuroni e cardiomiociti.
Sono facilmente isolabili dal midollo osseo per la loro capacità di aderire a superfici di plastica. Recentemente le CSM sono state identificate anche nel tessuto adiposo, nell’epidermide, nelle pareti dei vasi sanguigni e nel sangue di cordone ombelicale. La caratterizzazione fenotipica delle CSM è difficile e talvolta ambigua a causa della mancanza di marcatori specifici noti. Hanno grande capacità di espansione in vitro e la loro plasticità, nonché la possibilità di impiego in setting autologo rende le CSM una fonte cellulare attraente per la terapia cellulare e l’ingegneria tessutale. E’ inoltre noto che le CSM producono e secernono una grande varietà di citochine e chemochine importanti nella riparazione tissutale.
Le CSM amplificate in vitro sono state impiegate nei primi studi clinici con la finalità di migliorare la ricostituzione ematopoietica nel trapianto di CSE. Due trials clinici condotti dal gruppo di Cleveland, uno in un contesto di trapianto autologo in pazienti affetti da carcinoma della mammella, e l’altro nel trapianto allogenico in emopatie maligne, hanno dimostrato che il co-trapianto di CSM e CSE è una procedura ben tollerata che ha un positivo effetto sull’attecchimento. Successivamente studi in vitro hanno dimostrato che le cellule staminali mesenchimali hanno proprietà immunomodulanti suggerendo la possibilità di impiego clinico nel trattamento della graft-versus host disease (GVHD) e nelle malattie autoimmuni.
Numerosi studi clinici hanno impiegato le CSM per indurre un effetto immunomodulante in diversi contesti trapiantologici. Gli studi sperimentali di fase I/II del gruppo svedese del Karolinska Institute, uno dei quali multicentrico condotto in collaborazione con i Centri italiani di Genova e Pavia, hanno impiegato le CSM quale trattamento della GVHD resistente alle terapie convenzionali. In un altro studio del gruppo olandese le CSM sono state utilizzate in pazienti pediatrici sottoposti a trapianto aploidentico con la duplice finalità di favorire l’attecchimento e di ridurre il rischio di GVHD. La tollerabilità è risultata buona in tutti gli studi, l’efficacia, valutata in termini di risoluzione o riduzione dell’incidenza di GVHD, di attecchimento o di sopravvivenza è stata documentata nei diversi studi anche se le casistiche attualmente riportate sono poco numerose e non consentono analisi statistiche che forniscano indicazioni conclusive.
All’ultimo congresso dell’European Hematology Association il gruppo di Bergamo ha riportato i risultati di un’esperienza condotta in pazienti adulti e pediatrici nel trattamento della GVHD acuta e cronica. Una risposta completa è stata ottenuta in circa la metà dei pazienti e un altro 35% circa ha ottenuto una risposta parziale.  
I promettenti risultati ottenuti dagli studi di fase I/II ha incoraggiato l’applicazione di protocolli randomizzati al fine di definire con maggior precisione le modalità di trattamento.
La dimostrazione sperimentale della vasta capacità differenziativa delle CSM ha suggerito inoltre la possibilità di impiego nella medicina rigenerativa. Numerosi sono gli studi sperimentali in cui le CSM vengono impiegate nella riparazione dei danni cellulari conseguenti ad infarto del miocardio, nella rigenerazione cartilaginea ed ossea per lesioni traumatiche o degenerative, nella rigenerazione neurale ed in altre condizioni.
            L’estesa potenzialità delle cellule staminali, associata al rapido sviluppo nei campi della biologia, biotecnologia e medicina, ha pertanto aperto la strada allo sviluppo di nuovi trattamenti, altamente innovativi, contenenti cellule vitali. La caratteristica fondamentale che separa queste nuove strategie terapeutiche da procedure già ampiamente impiegate e consolidate, quali i trapianti o le vaccinazioni, consiste nella ricerca di un trattamento specifico e selettivo, sia per quanto riguarda il tipo di cellule impiegate che per quanto riguarda il paziente da trattare, al fine di ottenere un trattamento che svolga un’azione biologica selettiva e non colpisca in modo indiscriminato tutti i tessuti.
La possibilità di sperimentazione e sviluppo di tali promettenti e innovative strategie terapeutiche richiede elevate professionalità e risorse economiche. La Terapia cellulare rappresenta, come descritto, una modalità di cura in cui i farmaci sono sostituiti da cellule. Pertanto i prodotti cellulari da utilizzare in protocolli clinici sperimentali devono essere rigorosamente realizzati secondo i criteri previsti dalle norme Good Manufacturing Practice (GMP) per la produzione di medicinali per uso umano. La produzione deve essere effettuata in laboratori dedicati, dotati di aree a contaminazione controllata, ed autorizzati alla produzione dal Ministero della Salute a seguito di verifica ispettiva effettuata dall’Agenzia Italiana del Farmaco (AIFA).
 
A cura di Lidia De Felice, Ematologa – Settembre 2009