Le staminali del cordone ombelicale si dimostrano superiori alle altre staminali

di Paolo De Lillo

ROMA, domenica, 8 gennaio 2011 (ZENIT.org) - Nonostante l’ostracismo della stampa e la poca attenzione del mondo scientifico e politico internazionale, le staminali del cordone ombelicale oltre ad ottenere eccezionali successi sperimentali, dimostrano sempre più di avere caratteristiche vincenti rispetto alle altre cellule indifferenziate in molte importanti patologie.

Clamorosa è stata la scoperta resa nota dalla prestigiosa rivista scientifica Nature Biothecnology nel suo numero del Febbraio 2007: il Dottor Duncan E. C. Baker del Sheffield Regional Cytogenetics Service, presso lo Sheffield Children’s Trust, nel South Yorkshire (Bran Bretagna), con la sua equipe di scienziati provenienti anche dal Centre for Stem Cell Biology, nel Department of Biomedical Science, alla University of Sheffield e della Academic Neurology Unit, nella School of Medicine and Biomedical Science, sempre presso lo stesso Ateneo, è giunto a stabilire che le staminali embrionali non riescono a mantenere la stabilità cromosomica durante i lunghi periodi di coltura necessari e a causa dei passaggi di alcune cellule in nuovi medium di crescita.

Ciò dimostra chiaramente la loro pericolosità: presentano un’elevata possibilità di causare il cancro; ben diversamente dalle staminali del cordone ombelicale umano, che sono completamente sicure anche da questo punto di vista.

Le aberrazioni osservate nel cariotipo riflettono probabilmente il loro progressivo adattamento alle diverse condizioni di coltura. Mutazioni genetiche, che permettano alla cellula di aumentare la possibilità di moltiplicarsi in modo irregolare, di pari passo accrescono l’incidenza di trasformazioni maligne. Per questi motivi gli studiosi inglesi sono convinti che i cambiamenti patologici osservati durante i loro esperimenti nelle colture di staminali embrionali si riflettano in processi neoplastici, che possono certamente verificarsi anche in vivo.

Un ulteriore sostegno al legame tra il nuovo equilibrio genetico rispetto al medium di crescita e malignità lo hanno individuato nella formazione di una regione cromosomica omogeneamente colorata in una linea di differenziazione delle staminali embrionali: essa è una caratteristica genetica, che corrisponde ad un vero e proprio segno distintivo delle cellule tumorali. L’identificazione dei geni critici per l’adattamento in cultura possono quindi rivelarsi come i principali attori sia per la mantenimento delle cellule staminali embrionali in vitro, sia per la genesi del cancro causato dalle stesse cellule in vivo. (1)

Già nel Febbraio 2005 Experimental Hematology ha pubblicato un significativo lavoro di un team di ricercatori dello Stem Cell Biology Program, nel Department of Medicine and Cancer Center, presso la University of Minnesota Medical School, a Minneapolis (USA). Il Dottor Koen Theunissen, che lo dirigeva, ha dimostrato, con un saggio di sua ideazione, che le staminali cordonali presentano una maggiore capacità di ripopolare il midollo osseo, rispetto a quelle numericamente limitate ricavate dal sangue periferico o alle staminali ottenute con metodiche traumatiche dallo stesso midollo.

Tale proprietà in vivo è dovuta ad una maggiore concentrazione di staminali ematopoietiche nel sangue del cordone ombelicale ed ad un più elevato potenziale rigenerativo.

L’aggiunta di trombopoietina ed del Ligando per la Fms-Like Tyrosine Kinase 3 (FLT3-L) aumenta il numero di cellule che si possono differenziare lungo le linee mieloide e linfoide. (2)

Una dei primi rapporti scientifici, che affronta complessivamente questa situazione di vantaggio delle staminali del cordone ombelicale, è apparso sul Journal of Transplantation Medicine nel Gennaio del 2007, ad opera del Dottor Neil H. Riordan e di altri scienziati, come il Dottor Thomas E. Ichim, anch’egli del Medistem Laboratories Inc, a Tempe, in Arizona (USA) , e ricercatori dell’Institute for Molecular Medicine, a Huntington Beach, in California (USA).

Lo studioso americano individua numerosi fattori di superiorità delle staminali cordonali ematopoietiche rispetto a quelle di altra origine, in particolare quelle del midollo osseo: le cordonali CD34+ ne hanno approssimativamente la stessa concentrazione, ma dimostrano di possedere una più elevata attività della telomerasi, (3) un maggior numero di cellule stimolanti la formazione di colonie nel lungo periodo, come di quelle in grado di ripopolare il sistema immunitario dopo SCID (4,5) e, soprattutto, un più intenso potenziale proliferativo in vitro (6). La potente attività emopoietica di queste staminali CD34+, derivate del sangue del cordone ombelicale, può essere attribuito al fatto che esso è una fonte molto più immatura di cellule staminali rispetto alle altre fonti adulte. Riesce ad ottenere una ricostruzione ematopoietica conseguente all’ablazione del midollo osseo, coronata da successo, anche se in ritardo, attraverso il trapianto di appena un decimo delle staminali necessarie rispetto alle tecniche che utilizzano quelle del midollo osseo. (7)

In un’altra relazione la frazione CD11b, che comprende meno della metà delle staminali CD34 del sangue del cordone ombelicale, ha dimostrato di possedere capacità di differenziarsi in cellule endoteliali funzionali in vitro e in vivo. (8)

Cordonali VEGF-R3+ CD34+ hanno dato prova di possedere, non solo la capacità di differenziarsi in cellule endoteliali in vivo, ma anche di essere in grado di espandersi di circa 40 volte in vitro, e in seguito di mantenere la funzione angiogenica in vivo. Lo stesso studio ha rivelato che la concentrazione di questa frazione di progenitrici endoteliali individuata tra le staminali CD34+ nel cordone ombelicale è di circa dieci volte superiore rispetto alle cellule corrispondenti del midollo osseo. (9)

Indipendentemente dalla precedente differenziazione, le staminali del cordone ombelicale si sono dimostrate efficaci in questo campo di ricerca nella terapia di patologie in modelli animali, (10) come per l’infarto (11) o le neoplasie vascolari, (12) così come nella sperimentazione clinica, (13) sempre con il fine, coronato da successo, di stimolare l’angiogenesi. Inoltre sono note per la capacità di secernere numerose citochine e fattori di crescita come il Vascular Endothelial Growth Factor VEGF e il Fibroblast Growth Factor FGF-2, (14) che stimolano processi di neoformazione vascolare. In realtà, ci sono rapporti scientifici su l’azione di staminali mesenchimali del cordone ombelicale, che contribuiscono all’angiogenesi attraverso la differenziazione diretta in cellule endoteliali. (15)

Si sono dimostrate eccezionali le capacità di differenziazione di questa popolazione di cordonali nei più vari tessuti dell’organismo, dai neuroni (16) agli epatociti, (17) dagli osteoblasti (18) alle cellule muscolari cardiache (19) e alle dopaminergiche della sostanza nigra, la cui degenerazione causa il Parkinson. (20)

Un loro aspetto fondamentale risiede nelle loro proprietà antinfiammatorie e immuno-nomodulatrici. Ciò si determina attraverso la secrezione di citochine inibitorie immunitarie, come interleuchina Il-10 ed il Transforming Growth Factor TGF-beta, pur mantenendo la possibilità di presentare l’antigene ai linfociti T, determinando così la tolleranza immunitaria. Queste scoperte fanno ipotizzare che la componente mesenchimale delle staminali cordonali possa spiegare le caratteristiche tollerogeniche dei loro trapianti a scopo terapeutico, come ad esempio nella prevenzione dell’insufficienza renale acuta, dovuta ad ischemia vascolare. (21)

Anche in questo settore si evidenzia una superiorità delle staminali del cordone ombelicale: infatti le mesenchimali da esso derivate si sono dimostrate in grado d’espandersi 20 volte, mentre quelle ottenute dal tessuto adiposo si sono moltiplicate in media 8 volte e le cellule del midollo osseo appena 5. (22)

Note

1) Baker DE, Harrison NJ, Maltby E, Smith K, Moore HD, Shaw PJ, Heath PR, Holden H, Andrews PW. - Adaptation to culture of human embryonic stem cells and oncogenesis in vivo. - Nat Biotechnol. 2007 Feb;25(2):207-15.

2) Theunissen K, Verfaillie CM. - A multifactorial analysis of umbilical cord blood, adult bone marrow and mobilized peripheral blood progenitors using the improved ML-IC assay. - Exp Hematol. 2005 Feb;33(2):165-72.

3) Sakabe H, Yahata N, Kimura T, Zeng ZZ, Minamiguchi H, Kaneko H, Mori KJ, Ohyashiki K, Ohyashiki JH, Toyama K, Abe T, Sonoda Y. Human cord blood-derived primitive progenitors are enriched in CD34+c-kit- cells: correlation between long-term culture-initiating cells and telomerase expression. Leukemia. 1998;12:728–734. doi: 10.1038/sj.leu.2401001.

4) Ng YY, van Kessel B, Lokhorst HM, Baert MR, van den Burg CM, Bloem AC, Staal FJ. Gene-expression profiling of CD34+ cells from various hematopoietic stem-cell sources reveals functional differences in stem-cell activity. J Leukoc Biol. 2004;75:314–323. doi: 10.1189/jlb.0603287.

5) Hogan CJ, Shpall EJ, McNulty O, McNiece I, Dick JE, Shultz LD, Keller G. Engraftment and development of human CD34(+)-enriched cells from umbilical cord blood in NOD/LtSz-scid/scid mice. Blood. 1997;90:85–96.

6) Theunissen K, Verfaillie CM. A multifactorial analysis of umbilical cord blood, adult bone marrow and mobilized peripheral blood progenitors using the improved ML-IC assay. Exp Hematol. 2005;33:165–172. doi: 10.1016/j.exphem.2004.10.016.

7) Neil H Riordan, Kyle Chan, Annette M Marleau, and Thomas E Ichim - Cord blood in regenerative medicine: do we need immune suppression? - J Transl Med. 2007; 5: 8.

8) Hildbrand P, Cirulli V, Prinsen RC, Smith KA, Torbett BE, Salomon DR, Crisa L. The role of angiopoietins in the development of endothelial cells from cord blood CD34+ progenitors. Blood. 2004;104:2010–2019. doi: 10.1182/blood-2003-12-4219.

9) Salven P, Mustjoki S, Alitalo R, Alitalo K, Rafii S. VEGFR-3 and CD133 identify a population of CD34+ lymphatic/vascular endothelial precursor cells. Blood. 2003;101:168–172. doi: 10.1182/blood-2002-03-0755.

10) Cho SW, Gwak SJ, Kang SW, Bhang SH, Song KW, Yang YS, Choi CY, Kim BS. Enhancement of Angiogenic Efficacy of Human Cord Blood Cell Transplantation. Tissue Eng. 2006.
11) Botta R, Gao E, Stassi G, Bonci D, Pelosi E, Zwas D, Patti M, Colonna L, Baiocchi M, Coppola S, Ma X, Condorelli G, Peschle C. Heart infarct in NOD-SCID mice: therapeutic vasculogenesis by transplantation of human CD34+ cells and low dose CD34+KDR+ cells. Faseb J. 2004;18:1392–1394.
12) Le Ricousse-Roussanne S, Barateau V, Contreres JO, Boval B, Kraus-Berthier L, Tobelem G. Ex vivo differentiated endothelial and smooth muscle cells from human cord blood progenitors home to the angiogenic tumor vasculature. Cardiovasc Res. 2004;62:176–184. doi: 10.1016/j.cardiores.2004.01.017.

13) Tomonari A, Tojo A, Takahashi T, Iseki T, Ooi J, Takahashi S, Nagamura F, Uchimaru K, Asano S. Resolution of Behcet’s disease after HLA-mismatched unrelated cord blood transplantation for myelodysplastic syndrome. Ann Hematol. 2004;83:464–466. doi: 10.1007/s00277-003-0819-6.

14) Mayer H, Bertram H, Lindenmaier W, Korff T, Weber H, Weich H. Vascular endothelial growth factor (VEGF-A) expression in human mesenchymal stem cells: autocrine and paracrine role on osteoblastic and endothelial differentiation. J Cell Biochem. 2005;95:827–839. doi: 10.1002/jcb.20462.

15) Gang EJ, Jeong JA, Han S, Yan Q, Jeon CJ, Kim H. In vitro endothelial potential of human UC blood-derived mesenchymal stem cells.Cytotherapy. 2006;8:215–227. doi: 10.1080/14653240600735933.

16) Jeong JA, Gang EJ, Hong SH, Hwang SH, Kim SW, Yang IH, Ahn C, Han H, Kim H. Rapid neural differentiation of human cord blood-derived mesenchymal stem cells. Neuroreport. 2004;15:1731–1734. doi: 10.1097/01.wnr.0000134846.79002.5c.

17) Kang XQ, Zang WJ, Bao LJ, Li DL, Song TS, Xu XL, Yu XJ. Fibroblast growth factor-4 and hepatocyte growth factor induce differentiation of human umbilical cord blood-derived mesenchymal stem cells into hepatocytes. World J Gastroenterol. 2005;11:7461–7465.

18) Hutson EL, Boyer S, Genever PG. Rapid isolation, expansion, and differentiation of osteoprogenitors from full-term umbilical cord blood.Tissue Eng. 2005;11:1407–1420. doi: 10.1089/ten.2005.11.1407.

19) Kadivar M, Khatami S, Mortazavi Y, Shokrgozar MA, Taghikhani M, Soleimani M. In vitro cardiomyogenic potential of human umbilical vein-derived mesenchymal stem cells. Biochem Biophys Res Commun.2006;340:639–647. doi: 10.1016/j.bbrc.2005.12.047.

20) Fu YS, Cheng YC, Lin MY, Cheng H, Chu PM, Chou SC, Shih YH, Ko MH, Sung MS. Conversion of human umbilical cord mesenchymal stem cells in Wharton’s jelly to dopaminergic neurons in vitro: potential therapeutic application for Parkinsonism. Stem Cells. 2006;24:115–124. doi: 10.1634/stemcells.2005-0053.

21) Togel F, Hu Z, Weiss K, Isaac J, Lange C, Westenfelder C. Administered mesenchymal stem cells protect against ischemic acute renal failure through differentiation-independent mechanisms. Am J Physiol Renal Physiol. 2005;289:F31–42. doi: 10.1152/ajprenal.00007.2005.

22) Kern S, Eichler H, Stoeve J, Kluter H, Bieback K. Comparative Analysis of Mesenchymal Stem Cells from Bone Marrow, Umbilical Cord Blood or Adipose Tissue. Stem Cells.

Fonte Zenit.org

Le staminali del cordone ombelicale e le malformazioni cardiache

Valido aiuto nella chirurgia delle malattie congenite

di Paolo De Lillo

ROMA, domenica, 12 febbraio 2012 (ZENIT.org).- Le staminali del cordone ombelicale potrebbero diventare in un futuro molto prossimo la soluzione più efficace per riparare il cuore di un bambino, dalla sostituzione o modificazione di parti del sistema cardiovascolare in neonati affetti da cardiopatie congenite, fino all' ipotesi sempre più realistica di ricostruire l' intero cuore, facendo moltiplicare le staminali cordonali autologhe su uno scaffold progettato appositamente.

Un bambino ogni 120 nasce oggi con un difetto cardiaco, che rappresenta la forma più comune di malattia congenita.1

Nell' autunno del 2008 un team di ricercatori tedeschi coordinati dal Dottor Can Yerebakan del Department of Cardiac Surgery, nella Medical Faculty, presso la University of Rostock (Germania), ha valutato con successo la fattibilità e l' efficacia di un trapianto di staminali cordonali autologhe in un vasto modello animale sofferente di sovraccarico del ventricolo destro alla nascita.

Nei loro studi le hanno anche sperimentate per curare uno dei più complessi e comuni difetti congeniti del cuore: la Tetralogia di Fallot o Sindrome del Bambino Blu. La patologia si caratterizzata per la coesistenza di quattro difetti, che determinano cianosi: la conservazione della comunicazione tra i due ventricoli, l' origine dell' aorta da ambedue i ventricoli, la stenosi della valvola polmonare e l' ipertrofia del ventricolo destro.2

Presenta un' incidenza tra i 33 ed i 40 casi ogni 100.000 nati vivi, con circa 50.000 nuovi malati nel mondo ogni anno.3 Mentre fattori di rischio sono il diabete nella madre, l' uso di acido retinoico nel Io trimestre di gravidanza e la fenilchetonuria non controllata.4

La sperimentazione è stata pubblicata nell' Aprile 2009 sulla rivista scientifica Cell Transplantation.

Il Dottor Yerebakan ha preso spunto dalla constatazione che le staminali del cordone ombelicale umano hanno già dimostrato di essere agenti terapeutici efficaci in pazienti adulti, che soffrano delle principali patologie cardiovascolari e di disordini ematologici.5

In un gruppo di 10 soggetti ha creato artificialmente una situazione cardiologica simile a quella della Tetralogia di Fallot, soprattutto per quanto riguarda l' insufficienza del ventricolo destro. Poi sono state innestate 8,22x107 staminali autologhe del cordone ombelicale in ogni soggetto. Tutti gli animali sono sopravvissuti e non è stata osservata nessuna modifica negativa dei tessuti interessati, ma un maggior numero di microvasi, nella zona dove sono state trapiantate le staminali cordonali.

La funzione del ventricolo destro è stata valutata con l' ecocardiografia trans-toracica dopo 6 settimane e con la TAC a distanza di 3 mesi dall' intervento. La curva pressione/volume, sotto stress farmacologico, ha mostrato un netto miglioramento della funzione diastolica ventricolare destra nel gruppo che ha ricevuto l'innesto di staminali del cordone ombelicale. Secondo gli scienziati tedeschi la loro efficacia per la Tetralogia di Fallot ed il sovraccarico circolatorio sarebbero mediati dall' aumento dell' angiogenesi.2

Il Dottor Yerebakan ha dichiarato riguardo alla sua importante ricerca:“Per queste patologie la correzione chirurgica risulta inevitabile e mira a normalizzare il flusso ematico polmonare, normalizzando le alterazioni anatomiche del tratto terminale del ventricolo destro, ma nessuna sperimentazione era stata ancora condotta, per studiare il potenziale della staminali autologhe cordonali nella terapia del sovraccarico di tale struttura cardiaca.”

Tre mesi dopo l' intervento i ricercatori della Università di Rostock sono stati in grado di confermare una modifica positiva nella funzione del ventricolo destro, che risulta uno dei parametri determinanti di morbilità e mortalità dopo trattamento chirurgico della Tetralogia di Fallot.

“Abbiamo osservato un significativo aumento nella formazione di capillari tra i soggetti trapiantati con staminali cordonali, che ha reso possibile comprendere le cause di una funzione diastolica migliore, osservata in questo gruppo di animali da esperimento rispetto a quello di controllo.” Ha detto lo scienziato tedesco. “La nostra scoperta evidenzia chiaramente l' importanza delle staminali autologhe del cordone ombelicale umano, per il rimodellamento del ventricolo destro dopo l' intervento d' infundibolo-tomia.”

“Questi studi aumentano il numero di potenziali utilizzi delle staminali cordonali, che vanno dalle terapie per le malattia neurologiche, come l' ictus od il morbo di Alzheimer, al diabete ed ora la riparazione di cuore e polmoni danneggiati” ha commentato il Dottor Giulio Voltarelli, professore di Medicina Clinica ed Immunologia Clinica della Head, Bone Marrow Transplantation Unit nello University Hospital, presso l' Università di San Paolo in Brasile.4

Secondo le più recenti ricerche le staminali autologhe del cordone ombelicale risulterebbero estremamente utili nei neonati anche per altre malattie congenite cardiache. Ad esempio potrebbero fornire la materia prima, per riparare i cuori di migliaia di bambini nati ogni anno con valvole cardiache difettose, come è stato spiegato in modo approfondito dalle relazioni del meeting annuale dell' American Heart Association.

Risultati altrettanto positivi sono stati ottenuti da studi preclinici sull' uso delle staminali autologhe cordonali, per realizzare tessuti ingegnerizzati, da utilizzare nei trapianti vascolari. Potrebbero risultare estremamente efficaci, per riparare difetti congeniti in campo angiologico. Tali ricerche si devono alla Dottoressa Doerthe Schmidt insieme ai colleghi del Department of Surgical Research and Clinic for Cardiovascular Surgery, presso la University Hospital, a Zurigo (Svizzera), e sono apparse su The Annals of Thoracic Surgery nel Dicembre 2004.

Anche in questo caso le staminali autologhe del cordone ombelicale hanno permesso di superare un limite fondamentale ai possibili progressi della chirurgia cardiocircolatoria pediatrica: la mancanza di materiali adeguati per la riparazione di difetti congeniti. Per colmare questa lacuna, risulta fondamentale l'ingegneria dei tessuti, che è un settore scientifico che mira alla fabbricazione in vitro di innesti autologhi vitali con capacità di crescita, di riparazione e rigenerazione.

Le ricerche presentate dagli scienziati già da alcuni anni, come i risultati preclinici, offrono una ragione convincente perché i genitori, il cui figlio ha avuto una diagnosi in fase prenatale per difetti congeniti, debbano considerare la possibilità di conservare il sangue o le staminali del cordone ombelicale del loro bambino: esse possono offrire una valida opzione di trattamento in futuro anche in campo cardiologico, oltre che per decine di patologie, su cui sono in corso avanzate sperimentazioni.

*

1) Centers for Disease Control and Prevention. About Heart Disease Page. 2008

2) Yerebakan C, Sandica E, Prietz S, Klopsch C, Ugurlucan M, Kaminski A, Abdija S, Lorenzen B, Boltze J, Nitzsche B, Egger D, Barten M, Furlani D, Ma N, Vollmar B, Liebold A, Steinhoff G. - Autologous umbilical cord blood mononuclear cell transplantation preserves right ventricular function in a novel model of chronic right ventricular volume overload.- Cell Transplant. 2009;18(8):855-68. Epub 2009 Apr 9.

3) Child JS (July 2004). - "Fallot's tetralogy and pregnancy: prognostication and prophesy". - J. Am. Coll. Cardiol. 44 (1): 181–3.

4) Tetralogia di Fallot - www.sunhope.it/ - TOF-SP-CoA