Prof. Graziano Martello (Padova): “Somministrando all’embrione le cellule staminali pluripotenti sane entro la prima settimana di sviluppo otterremo la formazione dell’organo mancante”
Quale utilità ha lo studio delle galassie? Svariate persone si interrogano sul riflesso - culturale ed economico - derivante dagli studi sul cosmo e sulle sue meraviglie e altrettante estendono le medesime perplessità alla ricerca di base nel campo della biologia. La verità è che non ci può essere progresso in ambito medico e terapeutico senza prima capire nel dettaglio come funzionano i meccanismi cellulari o molecolari, è da lì che inizia il percorso tramite cui potremo disporre di terapie cellulari in grado di rivoluzionare la vita delle persone. Lo dimostra il progetto HUMANIZE – coordinato da Graziano Martello (insieme al dottor Xabier Lopez Aranguren), professore presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova e Direttore del Pluripotent Stem cell Biology Laboratory (Lab Martello) – che utilizza le conoscenze sulle cellule staminali con l’obiettivo di produrre organi.
ORGANI PER RISPONDERE ALLA NECESSITÀ DI TRAPIANTI
Pochi giorni fa il Ministero della Salute ha presentato alla stampa i dati relativi ai trapianti di organo in Italia: lo scorso anno sono stati realizzati 4.692 trapianti, 226 in più rispetto all’anno precedente con un aumento dei trapianti di rene (+6,6%), fegato (+1,8%) e cuore (+13%). Nonostante ciò le liste di attesa sono ancora troppo lunghe. Le patologie cardiovascolari rappresentano la prima causa di mortalità in Italia e almeno 700 persone attendono con urgenza un nuovo cuore per sperare nella prosecuzione di un’esistenza di qualità soddisfacente. Secondo le stime del Centro Nazionale Trapianti (CNT) molti di più (circa 6.000) sono coloro che aspettano un nuovo rene o un fegato (1.000). Tali numeri confermano la cocente necessità di trovare fonti alternative di organi da trapiantare e la ricerca di base è l’indispensabile chiave per risolvere il problema.
“Ormai da diversi anni gli scienziati stanno cercando di trapiantare il cuore di un animale [il maiale è considerato il candidato più idoneo, N.d.R.] in un essere umano ma il trapianto tra specie diverse è una procedura difficoltosa e il tasso di rigetto rimane elevatissimo”, spiega Martello. “Con il progetto HUMANIZE ci proponiamo perciò di identificare e produrre le cellule staminali umane adatte a esser somministrate a un embrione di roditore o di maiale con una mutazione che ostacola la formazione del cuore. In tal modo auspichiamo di arrivare alla produzione di un organo funzionante da trapiantare a una persona che ne abbia bisogno”. In pratica, il valore della ricerca di base sulle cellule staminali si ritrova nel potenziale di generare organi funzionanti e accessibili a quanti soffrono di gravi malattie per cui il trapianto è la sola opportunità di sopravvivenza.
UNA RICERCA UNICA E CHE PARTE DA LONTANO
L’approccio scelto è differente da quello di cui ci eravamo occupati spiegando la possibilità di rigenerare le cellule cardiache e riparare il cuore danneggiato dall’infarto anche se il perno rimane la comprensione dei meccanismi di differenziamento delle cellule. La finalità del progetto HUMANIZE - che ha ricevuto un finanziamento triennale dalla Fondazione spagnola La Caixa - è di “produrre” un cuore completamente nuovo partendo solo dalle cellule staminali. “Nel passato sono stati condotti degli studi su modelli murini in cui erano presenti mutazioni che conducevano a severi deficit di cellule della linea ematopoietica”, prosegue Martello. “Di conseguenza, gli esemplari avevano difetti nella produzione dei principali elementi del sangue [globuli rossi, bianchi e piastrine, N.d.R.] e morivano. Tuttavia, la somministrazione di cellule staminali pluripotenti sane durante le prime fasi di sviluppo permetteva di correggere il difetto e far sopravvivere i topi”. Più tardi si è capito che il medesimo approccio funzionava anche negli organi solidi (come pancreas, fegato e, appunto, il cuore): somministrando cellule staminali pluripotenti sane entro la prima settimana di sviluppo dell’embrione era possibile correggere il difetto legato all’assenza di un organo vitale e far nascere individui in salute. Sebbene non appartengano a specie diverse, questi individui sono formalmente delle chimere cioè il frutto della mescolanza di elementi di differente natura (un embrione e le cellule staminali).
“Si chiama chimerismo la capacità delle cellule staminali di integrarsi correttamente in un embrione e guidare lo sviluppo dell’organismo che, in tal modo, può persino essere composto da cellule originate da individui diversi”, precisa Martello. “Nei roditori più gruppi di studio hanno dimostrato di poter generare un cuore in un topolino affetto da gravi difetti genetici. Il progetto HUMANIZE nasce in collaborazione con il dott. Lopez Aranguren, ricercatore alla Cima Universidad de Navarra in Spagna, che è riuscito in questo intento, dimostrando come l’iniezione nei roditori delle cellule pluripotenti, sebbene in presenza di mutazioni nel DNA che ne impedivano lo sviluppo del cuore, abbia condotto a un cuore funzionante”. Perciò, il passaggio successivo è stato quello di passare a una specie diversa dai roditori per disporre di organi di dimensioni maggiori.
CONOSCERE LE CELLULE STAMINALI PER USARLE CORRETTAMENTE
“Mescolando le cellule staminali di una specie con gli embrioni di un’altra si è visto che l’integrazione era possibile perciò si è passati agli studi sui suini le cui dimensioni del cuore sono confrontabili con quelle dell’uomo”, prosegue il ricercatore padovano. “Fortunatamente, la procedura per modificare gli embrioni di maiale in modo tale da far nascere esemplari privi del cuore esiste già, ma il problema principale era dato dal fatto che aggiungere le cellule staminali umane e farle integrare in altre specie animali è tutt’altro che semplice poiché il chimerismo delle staminali umane non è affatto elevato e ancora adesso sono sconosciute le ragioni di questa peculiarità”.
A questo punto si è resa essenziale l’esperienza del professor Martello che, da oltre quindici anni studia i meccanismi di differenziamento delle cellule staminali pluripotenti in varie specie animali e ha recentemente sviluppato modelli in vitro che replicano le prime fasi dello sviluppo umano fino all’organogenesi. “Abbiamo iniziato a collaborare con i colleghi spagnoli fornendo loro supporto su due livelli”, puntualizza. “Per prima cosa cercando di capire che cosa regoli il chimerismo delle cellule; di conseguenza, punteremo a generare le cellule staminali con un’elevata potenzialità di chimerismo che meglio possano integrarsi con l’embrione. In secondo luogo utilizzeremo i nostri modelli per studiare con precisione e in condizioni controllate la formazione degli organi, identificando le popolazioni di cellule staminali umane che meglio concorrono a plasmare il cuore”.
Il sistema in vitro messo a punto nel Lab Martello consente, infatti, di testare simultaneamente un numero elevato di combinazioni e scegliere le più adatte da testare con successo nei modelli animali, in modo tale da utilizzare in modo etico e responsabile gli esemplari per le sperimentazioni.
UNA SFIDA DA ESTENDERE AD ALTRI ORGANI
Nel corso dei prossimi tre anni saranno generate le cellule staminali necessarie per gli esperimenti di chimerismo e, grazie a un approccio multidisciplinare che combina analisi informatiche e modelli in vitro, saranno saggiate numerose combinazioni di composti e diversi tipi di cellule umane. “Le combinazioni più promettenti verranno poi testate dai nostri collaboratori spagnoli, utilizzando embrioni di roditore e di maiale, i cui organi sono già utilizzati per il trapianto di valvole cardiache”, aggiunge Martello. “La nostra sfida è trovare le cellule staminali pluripotenti umane a più elevato potenziale chimerico. Una volta fatto ciò queste cellule potranno rivelarsi utili per generare anche altri organi, come il fegato o il pancreas, rappresentando quindi una potenziale soluzione di cura per numerose malattie, sia genetiche che oncologiche”. Una bella conferma del valore delle straordinarie applicazioni cliniche di una rigorosa ricerca di base.
