La coltivazione di organi umani per trapianti

 

La coltivazione di organi umani per trapianti

Realizzare la visione di coltivare organi da usare in procedure di trapianto salvavita è ancora molto lontano. Tuttavia, il lavoro del Prof. Jacob Hanna sulle cellule staminali sta aprendo la strada perché questo diventi realtà.


Hanna e il suo team del dipartimento di genetica molecolare del Weizmann Institute of Science hanno trovato un modo per coltivare le cellule staminali umane in uno stato molto più precoce di quanto fosse possibile in precedenza. Non solo, le cellule staminali che hanno creato sono molto più competenti, il che significa che sono in grado di integrarsi in modo più efficiente con il loro ambiente ospite. Questo migliora sostanzialmente le possibilità di ottenere quella che viene chiamata chimera cross-specie, permettendo alle cellule di una creatura di giocare un ruolo sostanziale nello sviluppo di un'altra.


I risultati recentemente pubblicati dimostrano che cellule umane molto precoci possono essere create e poi integrate con successo nei topi, grazie al loro stato indifferenziato (o "naïve"), in cui possono svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo, comprese altre cellule staminali. Inoltre, i ricercatori stabiliscono un protocollo per aumentare significativamente l'efficienza (o competenza) con cui queste cellule possono integrarsi. Migliorare la nostra capacità di creare e studiare questi tipi di cellule potrebbe essere usato in futuro per trasferire cellule - se non organi - da un animale all'altro, compresi gli esseri umani.


Il laboratorio di Hanna ha aperto la strada nel 2013 quando è stato il primo a iniettare cellule staminali umane nei topi e a dimostrare che possono integrarsi con successo negli embrioni in via di sviluppo di questi ultimi. Otto anni dopo la pubblicazione di questo studio, Hanna e il suo team hanno ritenuto di poter fare un ulteriore passo avanti cercando di produrre una forma ancora più precoce, "completamente" ingenua di cellule staminali da utilizzare in procedure simili. Mentre rimuginavano sull'idea, Hanna sapeva che questo potrebbe essere quasi - se non del tutto - impossibile da realizzare. "La nostra esperienza con la produzione di cellule simili nei topi ci ha insegnato ad aspettarci ostacoli impegnativi lungo la strada", dice Hanna.


Queste cellule normalmente soffrono di instabilità genetica ed epigenetica, e alla fine non si differenziano troppo bene, che è la chiave per un corretto sviluppo embrionale e un prerequisito per la loro integrazione nell'embrione di un altro animale. Infatti, solo circa l'1-3% delle cellule che sono state trasferite tra le specie riescono effettivamente a integrarsi e a contribuire allo sviluppo.


Per aumentare questi numeri, i ricercatori del nuovo studio hanno inibito due vie di segnalazione aggiuntive per produrre cellule staminali umane ingenue con un genoma stabile, relativamente pochi difetti di regolazione genica e, soprattutto, la capacità di differenziarsi perfettamente. I ricercatori hanno anche mutato un gene importante che contribuisce alla stabilità del genoma, il che ha portato a cellule staminali non solo competenti ma anche competitive che possono integrarsi bene senza causare danni all'ospite. "Abbiamo trovato un modo per rendere le cellule staminali umane più competenti, e competitive, aumentando le possibilità di un trasferimento di successo di circa cinque volte rispetto a quanto eravamo in grado di fare in passato", conclude Hanna.


Mentre lo studio precedente ha dimostrato che le cellule staminali ingenue umane possono differenziarsi in cellule germinali primordiali - i progenitori delle cellule uovo o sperma - le cellule staminali completamente ingenue prodotte nel presente studio possono anche differenziarsi in tessuti extraembrionali, la placenta e le cellule del sacco vitellino che sostengono l'embrione in via di sviluppo. Tali cellule potrebbero essere usate, per esempio, come fonte per sviluppare embrioni sintetici senza bisogno di uova di donatori. "Raggiungere questo stato con le cellule staminali di topo è particolarmente difficile da realizzare", spiega Hanna, notando che "le cellule umane sono apparentemente diverse".


Questa è forse la scoperta più sorprendente che i ricercatori hanno fatto, evidenziando le differenze tra il comportamento delle cellule staminali umane e del topo, e tra i diversi stati delle cellule ingenue. Queste differenze espongono il lavoro che deve ancora essere fatto per rendere il sogno di sviluppare organi "su misura" una realtà del mondo reale.


Secondo Hanna, la comprensione di queste differenze sarà fondamentale per superare la miriade di problemi che ancora affrontano il campo della ricerca e dell'applicazione delle cellule staminali: "Se in futuro vorremo far crescere un pancreas nei maiali per un trapianto umano, per esempio, dovremo tenere conto di queste enormi differenze evolutive tra le specie, a cominciare dai topi e dagli umani". Per ora, sembra che Hanna e il suo team abbiano fatto un salto costruttivo in questa direzione.


Studio http://dx.doi.org/10.1016/j.stem.2021.04.001

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