IN CHE MODO LA CLONAZIONE RIPRODUTTIVA DIFFERISCE DALLA RICERCA SULLE CELLULE STAMINALI?
Il lavoro recente e attuale sulle cellule staminali che è brevemente riassunto di seguito e discusso più approfonditamente in un recente rapporto delle Accademie nazionali intitolato Cellule staminali e il futuro della medicina rigenerativa non è direttamente correlato alla clonazione riproduttiva umana. Tuttavia, l’uso di un passo iniziale comune—chiamato trapianto nucleare o trasferimento nucleare di cellule somatiche (SCNT)—ha portato il Congresso a prendere in considerazione progetti di legge che vietano non solo la clonazione riproduttiva umana ma anche alcune aree della ricerca sulle cellule staminali. Le cellule staminali sono cellule che hanno la capacità di dividersi ripetutamente e dare origine a cellule specializzate e più cellule staminali. Alcuni, come alcune cellule staminali del sangue e del cervello, possono essere derivati direttamente dagli adulti e altri possono essere ottenuti da embrioni preimpianto. Le cellule staminali derivate da embrioni sono chiamate cellule staminali embrionali (cellule ES). Il suddetto rapporto delle Accademie nazionali fornisce un resoconto dettagliato dello stato attuale della ricerca sulle cellule staminali .
Le cellule ES sono anche chiamate cellule staminali pluripotenti perché la loro progenie include tutti i tipi di cellule che possono essere trovati in un embrione postimpianto, un feto e un organismo completamente sviluppato. Sono derivati dalla massa cellulare interna dei primi embrioni (blastocisti) . Le cellule nella massa cellulare interna di una data blastocisti sono geneticamente identici, e ogni blastocisti produce solo una singola linea cellulare ES. Le cellule staminali sono più rare e più difficili da trovare negli adulti che negli embrioni preimpianto, e si è dimostrato più difficile far crescere alcuni tipi di cellule staminali adulte in linee cellulari dopo l’isolamento .
La produzione di diverse cellule e tessuti da cellule ES o altre cellule staminali è oggetto di ricerca attuale . La produzione di organi interi diversi dal midollo osseo (da utilizzare nel trapianto di midollo osseo) da tali cellule non è ancora stata raggiunta e il suo successo finale è incerto.
L’attuale interesse per le cellule staminali deriva dal loro potenziale per il trapianto terapeutico di particolari cellule, tessuti e organi sani in persone affette da una varietà di malattie e disturbi debilitanti. La ricerca con cellule staminali adulte indica che possono essere utili per tali scopi, anche per tessuti diversi da quelli da cui sono state derivate le cellule . Sulla base delle conoscenze attuali, sembra improbabile che gli adulti si dimostrino una fonte sufficiente di cellule staminali per tutti i tipi di tessuti . Le linee cellulari ES sono di potenziale interesse per il trapianto perché una linea cellulare può moltiplicarsi indefinitamente e può generare non solo un tipo di cellula specializzata, ma molti diversi tipi di cellule specializzate (cervello, muscoli e così via) che potrebbero essere necessarie per i trapianti . Tuttavia, saranno necessarie molte più ricerche prima che l’entità del potenziale terapeutico delle cellule staminali adulte o delle cellule ES sia ben compresa.
Una delle domande più importanti riguardanti il potenziale terapeutico delle cellule staminali è se le cellule, i tessuti e forse gli organi da esse derivati possono essere trapiantati con il minimo rischio di rigetto del trapianto. Idealmente, le cellule staminali adulte vantaggiose per il trapianto potrebbero essere derivate dai pazienti stessi. Tali cellule, o tessuti derivati da esse, sarebbero geneticamente identici a quelli del paziente e non sarebbero respinti dal sistema immunitario. Tuttavia, come precedentemente descritto, la disponibilità di cellule staminali adulte sufficienti e il loro potenziale per dare origine a una gamma completa di tipi di cellule e tessuti sono incerti. Inoltre, nel caso di un disturbo di origine genetica, le cellule staminali adulte di un paziente presenterebbero lo stesso difetto e dovrebbero essere coltivate e modificate geneticamente prima di poter essere utilizzate per il trapianto terapeutico.
L’applicazione del trasferimento nucleare di cellule somatiche o del trapianto nucleare offre una via alternativa per ottenere cellule staminali che potrebbero essere utilizzate per terapie di trapianto con un rischio minimo di rigetto del trapianto. Questa procedura-a volte chiamata clonazione terapeutica, clonazione di ricerca o clonazione non produttiva, e qui indicata come trapianto nucleare per produrre cellule staminali—verrebbe utilizzata per generare cellule ES pluripotenti geneticamente identiche alle cellule di un ricevente del trapianto . Così, come le cellule staminali adulte, tali cellule ES dovrebbero migliorare il rigetto visto con trapianti senza pari.
Due tipi di cellule staminali adulte—cellule staminali nel sangue che formano il midollo osseo e cellule staminali della pelle—sono le uniche due terapie con cellule staminali attualmente in uso. Ma, come notato nel rapporto delle National Academies intitolato Stem Cells and the Future of Regenerative Medicine, molte domande rimangono prima che il potenziale di altre cellule staminali adulte possa essere valutato con precisione . Pochi studi sulle cellule staminali adulte hanno sufficientemente definito il potenziale della cellula staminale partendo da una singola cellula isolata, o definito l’ambiente cellulare necessario per una corretta differenziazione o i fattori che controllano l’efficienza con cui le cellule ripopolano un organo. È necessario dimostrare che le cellule derivate da cellule staminali adulte introdotte contribuiscono direttamente alla funzione del tessuto e migliorare la capacità di mantenere le cellule staminali adulte in coltura senza che le cellule si differenziino. Infine, la maggior parte degli studi che hanno raccolto tanta attenzione hanno usato il topo piuttosto che le cellule staminali adulte umane.
Le cellule ES non sono prive dei loro potenziali problemi come fonte di cellule per il trapianto. La crescita delle cellule ES umane in coltura richiede uno strato “alimentatore” di cellule di topo che possono contenere virus e, quando è consentito differenziare le cellule ES, può formare una miscela di tipi di cellule contemporaneamente. Le cellule ES umane possono formare tumori benigni quando vengono introdotte nei topi, anche se questo potenziale sembra scomparire se le cellule sono autorizzate a differenziarsi prima dell’introduzione in un ricevente . Gli studi con le cellule ES del topo hanno indicato la promessa per il trattamento del diabete , del morbo di Parkinson e della lesione del midollo spinale .
Le cellule ES prodotte con trapianto nucleare avrebbero il vantaggio rispetto alle cellule staminali adulte di poter fornire praticamente tutti i tipi di cellule e di poter essere mantenute in coltura per lunghi periodi di tempo. Le conoscenze attuali sono, tuttavia, incerte e la ricerca sia sulle cellule staminali adulte che sulle cellule staminali fatte con trapianto nucleare è necessaria per comprenderne le potenzialità terapeutiche. (Questo punto è chiaramente indicato nella Ricerca e nella Raccomandazione 2 delle cellule staminali e il futuro della medicina rigenerativa che afferma, in parte, che “gli studi sulle cellule staminali umane embrionali e adulte saranno necessari per far progredire in modo più efficiente il potenziale scientifico e terapeutico della medicina rigenerativa.”) È probabile che le cellule ES saranno inizialmente utilizzate per generare tipi di cellule singole per il trapianto, come le cellule nervose o le cellule muscolari. In futuro, a causa della loro capacità di dare origine a molti tipi di cellule, potrebbero essere utilizzati per generare tessuti e, teoricamente, organi complessi per il trapianto. Ma ciò richiederà la perfezione delle tecniche per dirigere la loro specializzazione in ciascuno dei tipi di cellule componenti e quindi l’assemblaggio di queste cellule nella giusta proporzione e organizzazione spaziale per un organo. Ciò potrebbe essere ragionevolmente semplice per una struttura semplice, come un’isoletta pancreatica che produce insulina, ma è più impegnativo per tessuti complessi come quello del polmone, del rene o del fegato .
procedure sperimentali, necessari per produrre cellule staminali attraverso il trapianto nucleare comporterebbe il trasferimento del nucleo di cellule somatiche di un paziente in un enucleati uovo, la coltura in vitro dell’embrione allo stadio di blastocisti, e la derivazione di un pluripotenti linea di cellule ES dalla massa cellulare interna di questo blastocisti. Tali linee di cellule staminali sarebbero quindi utilizzate per ricavare cellule specializzate (e, se possibile, tessuti e organi) in colture di laboratorio per il trapianto terapeutico. Tale procedura, in caso di successo, può evitare una delle principali cause di rigetto del trapianto. Tuttavia, la proposta presenta diversi svantaggi. Esperimenti con modelli animali suggeriscono che la presenza di proteine mitocondriali divergenti nelle cellule può creare antigeni di trapianto “minori” che possono causare il rigetto ; questo non sarebbe un problema se l’uovo fosse donato dalla madre del destinatario del trapianto o dal destinatario stesso. Per alcune malattie autoimmuni, il trapianto di cellule clonate dalle cellule del paziente può essere inappropriato, in quanto queste cellule possono essere bersagli per il processo distruttivo in corso. E, come con l’uso di cellule staminali adulte, nel caso di un disturbo che ha un’origine genetica, le cellule ES derivate dal trapianto nucleare dalle cellule stesse del paziente porterebbero lo stesso difetto e dovrebbero essere coltivate e geneticamente modificate prima di poter essere utilizzate per il trapianto terapeutico. Utilizzando un’altra fonte di cellule staminali è più probabile che sia fattibile (anche se sarebbe necessaria immunosoppressione) che il compito impegnativo di correggere uno o più geni che sono coinvolti nella malattia nelle cellule staminali adulte o in una linea di cellule staminali derivate da trapianto nucleare iniziata con un nucleo dal paziente.
Oltre al trapianto nucleare, esistono altri due metodi con cui i ricercatori potrebbero essere in grado di ricavare cellule ES con cappuccio likeli ridotto per il rigetto. Una banca di linee cellulari ES che coprono molti possibili trucchi genetici è una possibilità, anche se il rapporto National Academies intitolato Cellule staminali e il futuro della medicina rigenerativa valutato questo come “difficile da concepire” . In alternativa, le cellule staminali embrionali potrebbero essere ingegnerizzate per eliminare o introdurre determinate proteine di superficie cellulare, rendendo così le cellule invisibili al sistema immunitario del ricevente. Come per l’uso proposto di molti tipi di cellule staminali adulte nel trapianto, nessuno di questi approcci porta nulla vicino a una promessa di successo al momento.
La preparazione di cellule staminali embrionali mediante trapianto nucleare differisce dalla clonazione riproduttiva in quanto nulla viene impiantato in un utero. Il problema se le cellule ES da sole possono dare origine a un embrione completo può essere facilmente interpretato male. I titoli di alcuni rapporti suggeriscono che gli embrioni di topo possono essere derivati da cellule ES da solo . In tutti i casi, tuttavia, le cellule ES devono essere circondate da cellule derivate da un embrione ospite, in particolare trofoblasto e endoderma primitivo. Oltre a formare parte della placenta, le cellule del trofoblasto della blastocisti forniscono segnali o segnali essenziali all’embrione che sono necessari per determinare l’orientamento del suo futuro asse della testa e della groppa (anteriore-posteriore). Questa informazione posizionale non è geneticamente determinata ma viene acquisita dalle cellule del trofoblasto da eventi iniziati subito dopo la fecondazione o l’attivazione dell’uovo. Inoltre, è fondamentale che i segnali posizionali siano impartiti alle cellule interne della blastocisti durante una specifica finestra temporale di sviluppo . Le masse cellulari interne isolate di blastocisti di topo non si impiantano da sole, ma lo faranno se combinate con vescicole trofoblastiche di un altro embrione . Al contrario, ciuffi isolati di cellule ES di topo introdotte nelle vescicole del trofoblasto non danno mai origine a qualcosa di lontanamente simile a un embrione postimpianto, al contrario di una massa disorganizzata di trofoblasto. In altre parole, l’unico modo per far partecipare le cellule ES di topo allo sviluppo normale è fornire loro cellule embrionali ospiti, anche se queste cellule non rimangono vitali per tutta la gestazione (Richard Gardner, comunicazione personale). È stato riportato che le cellule ES umane e primate possono dare origine a cellule trofoblastiche in coltura. Tuttavia, queste cellule del trofoblasto mancherebbero presumibilmente i segnali posizionali normalmente acquisiti durante lo sviluppo di una blastocisti da un uovo. Alla luce dei risultati sperimentali con cellule ES di topo descritti sopra, è molto improbabile che ciuffi di cellule ES umane poste in un utero si impiantino e si sviluppino in un feto. È stato riportato che ciuffi di cellule ES umane in coltura, come ciuffi di cellule ES di topo, danno origine a aggregati disorganizzati noti come corpi embrioidi .
Oltre ai loro usi per il trapianto terapeutico, le cellule ES ottenute mediante trapianto nucleare potrebbero essere utilizzate nei laboratori per diversi tipi di studi che sono importanti per la medicina clinica e per la ricerca fondamentale nella biologia dello sviluppo umano. Tali studi non hanno potuto essere effettuati con cellule ES di topo o scimmia e non sono probabilmente realizzabili con cellule ES preparate da blastocisti normalmente fecondate. Ad esempio, le cellule ES derivate da esseri umani con malattie genetiche potrebbero essere preparati attraverso il trapianto nucleare e permetterebbe l’analisi del ruolo dei geni mutati sia nello sviluppo cellulare e tissutale e in cellule adulte difficili da studiare altrimenti, come le cellule nervose del cervello. Questo lavoro ha lo svantaggio che richiederebbe l’uso di uova donatrici. Ma per lo studio di molti tipi di cellule non ci può essere alternativa all’uso di cellule ES; per questi tipi di cellule la derivazione di linee cellulari primarie da tessuti umani non è ancora possibile.
Se la differenziazione delle cellule ES in tipi di cellule specializzate può essere compresa e controllata, l’uso del trapianto nucleare per ottenere linee cellulari ES umane geneticamente definite consentirebbe la generazione di linee cellulari geneticamente diverse che non sono facilmente ottenibili da embrioni che sono stati congelati o che sono in eccesso di necessità clinica nelle cliniche IVF. Questi ultimi non riflettono la diversità della popolazione generale e sono inclinati verso genomi da coppie in cui la femmina è più vecchia del periodo di massima fertilità o un partner è sterile. Inoltre, potrebbe essere importante produrre cellule staminali mediante trapianto nucleare da individui che hanno malattie associate a predilezioni genetiche ereditarie semplici e complesse (multiple-gene). Ad esempio, alcune persone hanno mutazioni che li predispongono alla “malattia di Lou Gehrig” (sclerosi laterale amiotrofica o SLA); tuttavia, solo alcuni di questi individui si ammalano, presumibilmente a causa dell’influenza di geni aggiuntivi. Molte comuni predilezioni genetiche alle malattie hanno eziologie altrettanto complesse; è probabile che più malattie di questo tipo diventino evidenti man mano che vengono applicate le informazioni generate dal progetto Genoma umano. Sarebbe possibile, utilizzando cellule ES preparate con trapianto nucleare da pazienti e persone sane, confrontare lo sviluppo di tali cellule e studiare i processi fondamentali che modulano le predilezioni alle malattie.
Né il lavoro con cellule ES, né il lavoro che porta alla formazione di cellule e tessuti per il trapianto, comporta il posizionamento di blastocisti in un utero. Pertanto, non vi è sviluppo embrionale oltre lo stadio da 64 a 200 cellule e nessuno sviluppo fetale.