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Le cellule del nostro organismo vanno incontro a processi fisiologici di usura che vengono accelerati con traumi esterni o malattie. Le cellule che muoiono devono essere ovviamente rimpiazzate e/o rigenerate, e la possibilità di rigenerazione di un tessuto dipende della presenza al suo interno di CS indifferenziate. Le CS possiedono la particolare caratteristica di produrre sia copie di loro stesse (auto-rinnovamento), che precursori specializzati (differenziamento), ad ogni divisione cellulare. Il differenziamento consiste nell'acquisizione di carattere diverse funzioni specializzate, cioè trasformarsi a partire dall'embrione nei circa 200 tipi cellulari che formano l'organismo (neuroni, cellula della pelle, cellule delle ossa, cellule muscolari, cellule del sangue). Le CS mantengono questa proprietà di trasformarsi per un periodo limitato di tempo, dopo il quale si specializzano in un tipo dicendola ben definito. I processi di maturazione delle CS si possono classificare in quattro stadi a ognuno dei quali corrisponde un diverso grado di differenziazione: al primo stadio troviamo lo zigote (o cellula uovo) che si originano dalla fusione dei gameti maschili e femminili, è una cellula totipotente, cioè capace di replicarsi in tutti i tipi di cellule fino a costituire un intero organismo. Al secondo stadio ci sono le CS embrionali, cioè le cellule dell'embrione dal concepimento fino al quarto giorno di gestazione. Le CS embrionali si possono replicare in circa 950 tipi di cellule e per questo vengono definite pluripotenti. Al terzo stadio troviamo le CS adulte che si trovano in tutti i tessuti umani e che sono in grado di differenziarsi solo nei tipi cellulari del tessuto di cui fanno parte, sono dette multipotenti. All'ultimo stadio ci sono le unipotenti che possono dare origine a un solo tipo di cellula differenziata (es. cellula della pelle). Le CS adulte vengono prelevate dal midollo osseo, dal sangue periferico e dal cordone ombelicale, poi vengono isolati in vitro dove man mano si riproducono. Una volta raggiunto il numero di cellule sufficiente al trapianto vengono impiantate nel tessuto da rigenerare. Le CS embrionali invece vengono prelevate dagli embrioni causandone alla distruzione, ma il processo di prelievo e innesto è uguale a quello impiegato nelle cellule staminali adulte. Le CS rappresentano il futuro della medicina poiché potrebbero guarire malattie finora ritenute incurabili, secondo i ricercatori infatti il trapianto di cellule staminali sarebbe risolutivo nel trattamento di oltre 70 patologie tra cui la leucemia, l'anemia falciforme, la talassemia, il Parkinson, l'ictus, immunoinsufficienze e altre... Una delle frontiere più interessanti riguarda la possibilità di ottenere CS da cellule già differenziate e il risultato di questa riprogrammazione sono le CS pluripotenti indotte o iPSC (induced pluripotent stem cells). La loro scoperta venne fatta dal ricercatore giapponese Yamanaka. La tecnica prevede il prelievo di cellule cutanee e la loro coltura in piastra. I quattro geni che inducono la riprogrammazione vengono poi introdotti nel nucleo di queste cellule per mezzo di vettori e retrovirali. Nel tempo di un mese queste cellule diventano IPS, occorrono poi almeno due settimane per la loro espansione in coltura e altre quattro per ottenere la loro differenziazione. Il loro impiego offre potenziali vantaggi rispetto ad altri tipi di CS, ad esempio a differenza di un esaminare embrionali non pongono problematiche etiche poiché non richiedono l'utilizzo di embrioni. Le iPSC infatti possono essere ottenute da un prelievo di sangue e potrebbero essere utilizzate per un'auto- trapianto, poiché possono essere prelevate dal paziente, riprogrammate, e fatte differenziare in uno specifico tipo la cellula da trapiantare nuovamente nel paziente stesso. Per questo si ha un altro vantaggio, cioè si evitano problemi di rigetto che sono tipici dei trapianti. Il problema principale da risolvere per il loro impiego in ambito clinico è legato alla sicurezza. Infatti i tempi di manipolazione per indurre lo stato di pluripotente e per il differenziamento delle cellule da trapiantare nel paziente, sono piuttosto lunghi e questo può causare l'insorgere di mutazioni che possono essere trasferite nel paziente. solo per questo non sono ancora utilizzata nella pratica clinica, anche se ad oggi è stata avviata una sola sperimentazione che estate infatti poi sospesa per una mutazione. In questo momento le iPSC sono impiegate per la realizzazione di biobanche e per la ricerca di malattie genetiche, vengono anche utilizzate per generare cellule malate sulle quali testare nuovi farmaci e trattamenti in laboratorio. I ricercatori usano le iPSC per “riportare indietro l’orologio” nelle cellule dei pazienti e osservare come le cellule sane si ammalino. Una tipologia di CS fondamentali sono le CS ematopoietiche, esse sono in grado di produrre tutti gli elementi corpuscolati del sangue, cioè globuli Rossi, globuli bianchi e piastrine. Queste cellule ricreano il midollo osseo ematopoietico che viene danneggiato in seguito a gravi malattie. Le CSEmat. sono cellule staminali adulte che si trovano nel sangue periferico, nel sangue del cordone ombelicale e nel midollo osseo che è il principale organo ematopoietico, nel quale si trovano anche CS che producono cellule del tessuto adiposo, cartilagineo e osseo (cellule mesenchimali). Le CS ematopoietiche possono essere prelevate da un donatore sano ed essere trapiantate e per infusione in un soggetto sottoposto a trattamento di chemioterapia o radioterapia o colpito da altre gravi malattie del sangue. Il problema fondamentale da risolvere è quello della compatibilità tra donatore e ricevente: la ricerca di donatori compatibili infatti richiede tempi molto lunghi (anche mesi). Per provare a risolvere questo problema sono state utilizzate cellule staminali embrionali prelevate dal cordone ombelicale, permettendo così di superare i problemi di incompatibilità data la loro immaturità immunologica. Per rendere più funzionale il sistema dei trapianti sono state create delle banche dove vengono inviate le unità di sangue cordonale. Il trapianto di queste cellule staminali consiste nella loro infusione via endovenosa in un soggetto ricevente. In questi pazienti però viene prima indotta un’aplasia midollare (viene sottoposto a chemio o radioterapia per la soppressione della propria attività ematopoietica) e questo trattamento viene dato il nome di regime di condizionamento. Successivamente il tessuto ematopoietico viene eliminato e sostituito con le cellule ematopoietiche sane. Un trapianto del genere viene definito allogenico, cioè cellule provenienti da un donatore compatibile, che può essere: un componente dello stesso nucleo familiare, un estraneo volontario iscritto al registro donatori del midollo osseo, oppure un'unità di sangue del cordone conservato in una banca. Un trapianto autogenico invece avviene quando le cellule trapiantate vengono prelevate e rinfuse nello stesso paziente. Le patologie per cui le ricerche dedicate a questo tipo di cellule è stata raccomandata la tecnica del trapianto di midollo ematopoietico sono le leucemie mieloidi e linfoidi acute, poi le indicazioni si sono allargate a comprendere altre patologie come il mieloma multiplo la talassemia o malattie autoimmuni.