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CELLULE STAMINALI - IL FUTURO
INTRODUZIONE ALLE CELLULE iPS
Un film di Amy Hardie e Clare Blackburn
Una delle più grandi scoperte scientifiche di questo secolo
è stata fatta da un medico giapponese diventato scienziato.
Shinya Yamanaka era stato attivo
nel campo delle cellule staminali per dieci anni,
quando le sue scoperte cambiarono la biologia umana alla radice.
Shinya Yamanaka è medico e scienziato.
Voleva trovare una cura
per i suoi pazienti affetti da lesioni incurabili al midollo spinale.
Ero un chirurgo ortopedico,
e non facevo ricerche sulle staminali in quel periodo,
cioè 20 anni fa.
Avevo molti casi difficili di pazienti
con lesioni al midollo spinale
per i quali non esistono cure.
Questo è il motivo che mi ha portato alla ricerca di base.
Ho creduto che facendo ricerca di base
un giorno sarei stato capace di curare, di aiutare quei pazienti.
Il desiderio di Yamanaka di aiutare i suoi pazienti
lo ha condotto ad un esperimento geniale,
al limite ed oltre la nostra conoscenza,
e ci ha rivelato qualcosa di straordinario.
Ci sono due tipi di cellule staminali.
Le cellule staminali adulte o tissutali producono
le cellule dei tessuti cui appartengono.
Le cellule staminali del sangue formano il sangue,
le cellule staminali dei muscoli creano i muscoli etc.
Poi c'è un altro tipo di cellule: le cellule staminali embrionali.
Queste cellule sono chiamate pluripotenti:
possono generare sia copie di se stesse
che trasformarsi in qualsiasi altro tipo di cellula del corpo umano.
Le cellule staminali tissutali adulte
sono specializzate a riparare i tessuti specifici.
Le embrionali si trovano in uno stadio di sviluppo iniziale,
quando non ci sono ancora muscoli, sangue o ossa:
ci sono soltanto loro.
Lo sviluppo inizia con l'embrione e le cellule pluripotenti fondatrici.
Il processo viene poi ristretto e incanalato
così da formare il corpo umano. Sarebbe un vero caos
se i diversi tipi di cellule potessero convertirsi l'uno nell'altro.
Shinya sapeva già da precedenti esperimenti sulla clonazione
che lo sviluppo era reversibile: una cellula specializzata,
che gli scienziati chiamano differenziata,
può produrre cellule embrionali.
Ma non si sapeva come questo processo funzionasse.
Per scoprirlo Shinya ha cercato indizi
all'interno della cellula.
Sapevo che gli ovuli
o le cellule staminali embrionali hanno fattori
che possono riportare una cellula della pelle allo stato embrionale.
Così abbiamo deciso di cercare questi fattori.
Gli scienziati non sapevano
cosa fossero questi fattori o quanti ne servissero.
Tornato indietro alla ricerca di base,
Shinya studia i meccanismi che danno l'identità individuale alle cellule.
Sapevamo già che ogni cellula del nostro corpo
contiene qualcosa che determina il tessuto che quella cellula diventerà,
la sua identità cellulare.
Sono i geni nel nucleo.
Il nucleo in ogni cellula contiene 23 paia di cromosomi
fatti da lunghi filamenti di DNA.
Il DNA è diviso in sezioni o geni
che inducono la cellula a produrre particolari proteine.
Queste proteine, chiamate anche fattori,
conferiscono alle cellule una loro particolare identità.
Tutte le cellule contengono gli stessi geni,
ma in una cellula della pelle si attivano solo i geni che formano la pelle.
I geni attivi si trovano sempre nella parte esposta non avvolta del cromosoma.
Gli altri geni
che formerebbero il fegato, il cuore o una cellula embrionale sono disattivati
e sono avvolti strettamente e isolati.
Shinya Yamanaka si è posto la domanda chiave,
se una cellula debba rimanere differenziata o no.
È possibile fare regredire in laboratorio una cellula già specializzata
a staminale embrionale?
Le stesse proteine che rendono pluripotenti le staminali embrionali
forse sono in grado
di riprogrammare la specifica identità di una cellula differenziata.
Ha iniziato con una lista di più di 100 possibilità.
Non sapeva se operassero da sole o insieme,
c'erano più di un milione di possibili combinazioni.
Usando uno speciale tipo di software
Shinya Yamanaka è stato in grado di individuare 24 probabili candidati.
Sono serviti anni di lavoro.
Il passo successivo è stato restringere il numero dei fattori da 24
a quelli davvero necessari,
e abbiamo trovato
che tra i 24 fattori 4 erano essenziali.
Scegliendo una combinazione di quattro fattori,
che normalmente agiscono insieme nelle cellule staminali embrionali,
li ha inseriti in una cellula della pelle.
Per ragioni ancora non del tutto chiare i cromosomi hanno iniziato a srotolarsi.
I fattori di Shinya potevano ora legarsi ai geni
che producono le proteine delle cellule staminali embrionali.
Le proteine, chiamate Oct4, Sox2, Klf4 e C-Myc,
contrastano il messaggio dei geni della pelle,
facendo credere alla cellula di essere in un ambiente embrionale.
Così riprogrammate, le cellule, riproducendosi,
diventano sempre più simili alle cellule staminali embrionali
al punto da diventarne indistinguibili.
Ora possono essere utilizzate per produrre ogni altro tipo di cellula.
Ho scoperto che
possiamo far tornare le cellule della pelle allo stato embrionale.
Possiamo ottenere cellule staminali dalle cellule della pelle.
Si debbono solo aggiungere
tre o quattro fattori nelle cellule della pelle. Tutto qui.
Dalle cellule ES, cellule staminali embrionali,
possiamo ottenere tutte le cellule che esistono nel corpo umano.
Tuttavia si devono distruggere gli embrioni
per generare le cellule ES.
Al contrario, con la nostra tecnologia
non è più necessario usare gli embrioni.
Possiamo ottenere cellule staminali simili alle ES
dalle cellule della pelle.
Shinya Yamanaka ha creato un nuovo tipo di cellule pluripotenti,
chiamate cellule staminali pluripotenti indotte, o cellule iPS.
La prima scoperta fu in esperimenti sui topi
ma presto anche su cellule umane.
È stata una scoperta eccezionale.
Yamanaka dimostrò possibile il regresso indietro nel tempo e trasformare
di una cellula della pelle in qualsiasi altra cellula.
E non si è limitato alla pelle
ma ha trasformato ogni tipo di cellula differenziata in cellule iPS.
La notizia, apparsa in prima pagina, suscitò scalpore negli scienziati
di tutto il mondo.
Ho pensato subito che questa fosse
una delle più grandi scoperte scientifiche
del nostro tempo.
Ha completamente rivoluzionato
il concetto di sviluppo che avevamo.
Avevamo sempre pensato
che lo sviluppo fosse irreversibile, che fosse una strada a senso unico.
In realtà questo non è vero.
La nostra concezione di sviluppo
era chiaramente sbagliata. Le cose non sono così rigide.
Questo ci insegna che dobbiamo essere
più aperti riguardo a ciò che è possibile in biologia.
Solo Shinya Yamanaka ha immaginato che era possibile
riprogrammare una cellula differenziata solo con qualche proteina.
In breve tempo altri scienziati hanno applicato questa scoperta.
Per prima cosa si deve eliminare
il liquido di coltura delle cellule della pelle.
Ora aggiungiamo un nuovo liquido che contiene i fattori riprogrammanti.
Tra qualche settimana su questo piattino dovrebbero apparire delle cellule iPS.
Infettando queste cellule della pelle
abbiamo ottenuto in breve tempo queste belle colonie cellulari.
Vedete qui due esempi chiari.
L'aspetto è quello delle ES,
e hanno anche acquisito lo stato di cellule embrionali staminali.
L'utilizzo in medicina delle cellule staminali ora ha il via libera.
Le iPS sono un tipo di cellule completamente nuovo.
Ci consentono di affrontare le malattie in modo migliore
e possono rigenerare il corpo umano.
Un'ulteriore differenza
tra le iPS e le cellule staminali embrionali
è che le cellule iPS si possono essere ottenere
dai singoli pazienti.
Essendo geneticamente identiche
al paziente, se generiamo per esempio
dalle cellule iPS delle cellule per un trapianto
queste non verranno rigettate,
non saranno estranee per il sistema immunitario del paziente.
Per la prima volta è possibile
ricavare cellule specializzate, per esempio dalla pelle del paziente,
e trasformarle in cellule del cervello, o che producono insulina,
o in cellule del cuore,
che possono essere poi utilizzate sui pazienti
senza il rischio di rigetto del trapianto.
Come avvenga la riprogrammazione delle iPS resta un mistero.
Anche se è tecnicamente facile non ha sempre un risultato certo
e può produrre cellule con cambiamenti imprevisti nei geni.
Gli scienziati stanno lavorando per produrre cellule iPS perfette
da utilizzare in modo sicuro per curare i pazienti.
Anche se le cellule iPS ci consentono di creare
cellule pluripotenti senza utilizzare embrioni umani,
e ciò attenua un importante problema etico,
sono sorte comunque nuove questioni.
Volevo evitare l'utilizzo di embrioni umani.
Ho pensato
che ci fossimo riusciti,
ma appena arrivati alla meta
mi sono reso conto
che erano sorte
nuove questioni etiche.
Nessuno lo aveva previsto.
Le cellule iPS sono in grado di creare sia sperma che ovuli.
In futuro potrebbero essere usati per produrre un embrione,
che può essere impiantato e portato a termine.
Quindi un giorno sarebbe possibile creare un essere umano
da un singolo pezzo di pelle.
Dovremmo fermare questa ricerca? È troppo tardi.
È semplice creare cellule iPS
per chiunque abbia una formazione biologica di base.
Come per tutte le nuove tecnologie, vanno valutati i potenziali benefici
e i rischi.
Per esempio, riuscire a creare sperma
o ovuli umani funzionali
potrebbe essere d'aiuto alle coppie non fertili.
Con la creazione delle cellule iPS
siamo entrati in una nuova era: abbiamo imparato
a controllare l'identità delle cellule.
Le cellule iPS possono fornire nuovi strumenti
per studiare in laboratorio le cellule malate o sane:
ora i farmaci per la cura di malattie come il Parkinson
si possono testare su cellule umane cresciute in laboratorio.
Speriamo anche di capire perché le cellule umane muoiono
in patologie degenerative come l'Alzheimer.
Il problema centrale nello sviluppo di un farmaco
è che il farmaco candidato
viene testato sul corpo umano solo in fase tarda di sviluppo.
Normalmente si investono anche otto anni
nello sviluppo di un farmaco.
L'impiego di cellule umane nello stadio iniziale ci aiuterà
a identificare prima i composti che non funzionano sulle cellule umane.
Questo ci offrirà delle valide opportunità
per identificare nuovi farmaci, velocizzarne il processo di sviluppo
e rivoluzionare lo studio delle malattie ereditarie.
Queste cellule del cuore che stanno pulsando sono state create
dal campione di una guancia di una donna di 36 anni.
Quando ho visto queste cellule anche il mio cuore ha iniziato a battere forte.
Questa è la scoperta più importante nel campo delle cellule staminali
da quando sono state scoperte le cellule staminali embrionali nel 1981.
Penso che questa passerà alla storia
come una delle scoperte più importanti di tutti i tempi.
Sottotitoli: SUBS Hamburg Lucia Vitellozzi, Tamara Zolling