Medicina rigenerativa: staminali tuttofare

Di Gianna Milano

Difficile non notarlo. Ha la forma di un parallelepipedo ed è rivestito con scaglie verdi e azzurre che ricalcano le formule matematiche della morfologia dei tessuti animali. L’edificio su tre piani con un involucro a «pelle di giraffa», sorto in poco meno di due anni, accoglie il polo più all’avanguardia, a livello mondiale, di ricerca e terapie avanzate con cellule staminali dell’epitelio, quindi adulte, per rigenerare tessuti danneggiati, dalla cornea alla pelle. È il Centro di medicina rigenerativa, dedicato a Stefano Ferrari, preside all’Università di Modena e Reggio Emilia della prima facoltà di bioscienze e biotecnologie in Italia, che lo ha realizzato con il sostegno della Fondazione Cassa di risparmio di Modena: un investimento di 13 milioni di euro.
«L’obiettivo è rendere curabili malattie devastanti, oggi senza efficaci terapie, e diventare punto di riferimento internazionale per la ricostruzione di molti tessuti epiteliali (cornea, congiuntiva, mucosa dell’uretra, del cavo orale e di alcune vie respiratorie) partendo da staminali adulte» dice Michele De Luca, pioniere di questo filone di ricerca e direttore del centro che si è formato nel laboratorio di Howard Green a Harvard, Boston.
Fu Green, nel 1983, a eseguire il primo trapianto di pelle coltivata su tre bambini ustionati gravi. «Nostro scopo è anche portare avanti tecniche di produzione per la terapia genica con staminali ingegnerizzate così da trattare malattie dermatologiche rare, come la epidermolisi bollosa, detta sindrome dei bambini farfalla: la loro pelle è così delicata che forma bolle spontanee» aggiunge Fulvio Mavilio, altra colonna del Centro di medicina rigenerativa con Graziella Pellegrini.
Nel depresso panorama universitario, Stefano Ferrari, mancato un mese prima dell’inaugurazione del Centro di Modena lo scorso novembre, ha dimostrato grande lungimiranza. Per portare le terapie avanzate con staminali oltre i confini italiani, sorgerà all’interno del campus, come avviene negli Stati Uniti, una spin-off, la società Holostem srl, che ha come soci l’università e la Chiesi Farmaceutici di Parma, azienda che conta di investire nella ricerca applicata.
Per poter diventare una vera fabbrica di cellule per terapie innovative su misura partendo da staminali dell’epitelio, secondo le normative europee recepite dall’Italia nel 2004, il Centro di medicina rigenerativa deve ancora superare il vaglio previsto per ottenere la certificazione di laboratorio Gmp (good manufacturing practices), sinonimo di totale garanzia per cellule e tessuti coltivati.
Dentro i laboratori si entra solo dopo avere indossato tuta, cuffia, copriscarpe e mascherina. La pressione nelle stanze dove si preparano le cellule è positiva, l’aria è filtrata e riciclata centinaia di volte ogni ora, un computer controlla e registra ogni parametro, dalla temperatura all’umidità, alla pressione, e lancia l’allarme se qualcosa non va. «Le colture di staminali sono a tutti gli effetti equiparate a farmaci per terapie avanzate. Giusto, prima era terra di nessuno. Ma certi requisiti indispensabili per un farmaco non lo sono per un tessuto ricostruito. Se lo si sottoponesse a raggi o a calore per sterilizzarlo, lo si ucciderebbe. Sono occorsi aggiustamenti per adeguarsi alle linee guida, ora il traguardo è vicino» riferisce Pellegrini, che nel 1997 ha firmato con De Luca il primo lavoro su Lancet in cui si descrive la loro tecnica di coltivazione della cornea a partire da cellule staminali.
Nei 26 ospedali in Italia che utilizzano le loro cellule per ricostruire la cornea danneggiata da ustioni chimiche, i pazienti sono in lista di attesa. Ogni anno 150 persone diventano cieche a causa di lesioni alla cornea. E sono finora 246 quelle operate di innesto con cellule staminali dell’epitelio corneale. «Tutto comincia ambulatorialmente con una biopsia di pochi millimetri nella parte periferica della cornea, il limbus, dell’occhio sano. L’anestesia è in gocce, senza neppure bendare l’occhio al termine. Il tessuto prelevato è messo in un apposito liquido di trasporto e inviato al laboratorio» racconta Paolo Rama, primario dell’Unità di oculistica all’Istituto scientifico universitario San Raffaele di Milano, che ha raccolto la maggiore casistica di trapianti di epitelio corneale (120 con il 70 per cento di successo).
Solo una piccola quota di cellule del limbus, non più del 10 per cento, ha caratteristiche staminali. Ed è da queste che nel giro di una dozzina di giorni si forma su cellule di supporto una sorta di gel trasparente, il lembo rosa che sarà applicato sulla cornea da rigenerare. «Il procedimento, che comprende gli enzimi usati per separare le cellule del campione e i fattori prodotti da cloni di fibroblasti certificati per uso clinico ormai da 25 anni, è coperto da un nostro brevetto» precisa Pellegrini. Le staminali del limbus sono quelle che rigenerano l’epitelio della cornea nell’arco della vita. «Quando la lesione è così estesa da non consentire la biopsia, si deve ricorrere al trapianto da donatore, con la necessità di prendere farmaci antirigetto e tutti i problemi che l’immunosoppressione comporta, come recidive e complicanze gravi quali perforazioni corneali» ricorda Pellegrini.
Una strada che De Luca e Pellegrini stanno sperimentando per evitare questi problemi è utilizzare pochi millimetri di epitelio prelevato dall’interno della guancia del paziente da cui ricavare cellule staminali per riparare la cornea. «Sarebbe un’opportunità per chi ha danni bilaterali ed estesi. Ma non è facile convincere cellule epiteliali della mucosa del cavo orale a fare cellule di cornea. Che devono essere rinnovabili, stabili, trasparenti e non vascolarizzate» spiega Rama.
Le staminali, parola entrata nel lessico diffuso, aprono «prospettive incredibilmente eccitanti» si leggeva in un editoriale di Science già nel 1998, quando James Thomson isolò per la prima volta questo tipo di cellule da un embrione umano. Essendo indifferenziate, ovvero prive di un’identità, le staminali possono essere indirizzate a specializzarsi in un tessuto invece che in un altro, diventare neuroni anziché cellule del sangue o del muscolo scheletrico, del cuore o del fegato.
Un trasformismo che gli scienziati stanno imparando a decifrare e vorrebbero poter trasferire alle cellule staminali adulte. Che già provvedono a rinnovare di continuo i nostri tessuti. Pochi sanno del lavoro quotidiano di queste staminali. Nell’arco della vita, senza che ce ne accorgiamo, rigenerano e reintegrano le cellule via via perdute nei vari organi. È così per l’epidermide, che si rinnova ogni due settimane, per unghie, capelli, rivestimento delle pareti dell’intestino, fegato, uno degli organi con la maggiore capacità rigenerativa, tanto che se ne può donare senza danni una porzione per un trapianto. Ma il più efficiente luogo di rigenerazione cellulare è il midollo osseo, in cui risiedono le staminali ematopoietiche (consentono di rinnovare le componenti del sangue) e di altro tipo, quali le mesenchimali che danno origine ai condrociti, cellule che producono cartilagini.
Da oltre vent’anni i trapianti di midollo osseo sono un’opportunità terapeutica fondamentale proprio per la capacità delle staminali adulte di rigenerare il midollo e quindi le cellule del sangue dei pazienti con leucemie e linfomi. Oggi sappiamo che dai vari organi in cui risiedono, midollo compreso, è possibile ricavarle e, opportunamente coltivate, farle crescere di numero e indurle a diventare cellule differenziate del tessuto da cui provengono. «I mesoangioblasti, isolati dal muscolo scheletrico, sono usati con risultati incoraggianti nella distrofia muscolare, per ora su modelli animali e tra breve forse sull’uomo» dice Giulio Cossu, direttore dell’Istituto di ricerca sulle cellule staminali al San Raffaele di Milano.
Nessuno dubita più che nel cuore ci sono staminali residenti, lo ha mostrato il gruppo di Piero Anversa, da poco passato dal New York medical college alla Harvard medical school, a Boston. «Nel tentativo di riparare il cuore dopo l’infarto sono state usate nell’uomo staminali adulte di ogni tipo» dice Roberto Latini, del Mario Negri di Milano. «I ricercatori puntano ora su particolari cellule del midollo, mononucleate o mesenchimali. Queste ultime hanno capacità riparatoria e riducono la risposta infiammatoria».
L’ipotesi prevalente è che a migliorare le condizioni nel postinfarto non siano tanto le cellule iniettate quanto l’ambiente che esse modificano con specifici fattori. Sinora non ci sono prove che una delle staminali usate sia diventata cardiomicita e abbia cominciato a pulsare.
Sempre le ematopoietiche sono usate nelle malattie autoimmuni, come sclerodermia, sclerosi multipla, lupus e artrite reumatoide. «Circa 700 i trapianti autologhi di midollo eseguiti nel mondo negli ultimi dieci anni per queste malattie, più di 50 in Italia» ricorda Gianvito Martino, direttore della divisione di neuroscienze al San Raffaele di Milano. «Sono state condotte anche le prime sperimentazioni di mesenchimali, sempre del midollo, nella sclerosi multipla in Israele e Iran, per valutare più la sicurezza che l’efficacia. E cellule staminali adulte del bulbo olfattivo sono state impiegate nel trauma spinale in uno studio australiano, il primo eseguito a regola d’arte, dopo tante sperimentazioni con dati aneddotici, per verificarne la sicurezza».
E’ del giugno 2006 il punto di svolta paradigmatico della ricerca per indurre cellule differenziate a comportarsi come staminali embrionali, acquisendone la cosiddetta staminalità: quello straordinario trasformismo che consente durante lo sviluppo embrionale di farle differenziare in cellule di tutti i tessuti.
Il giapponese Shinya Yamanaka, dell’Università di Kyoto, usando vettori virali ha inserito in fibroblasti, comuni cellule della pelle, quattro geni specifici che hanno fornito loro le caratteristiche di pluripotenzialità delle staminali embrionali. A riprogrammare quelle cellule, che Yamanaka ha chiamato «induced pluripotent stem cells» (iPs), sono state le proteine prodotte da quei pochi geni. Science l’ha appena definita «la scoperta scientifica dell’anno». «Un risultato che ha entusiasmato quanti, per motivi etici, vorrebbero fare a meno del ricorso agli embrioni per la ricerca. Però è prematuro» sostiene Douglas Melton, dello Stem cell institute di Harvard. Queste cellule, le iPs, sebbene abbiano alcune delle caratteristiche delle embrionali (formano colonie, proliferano di continuo e possono dare origine a forme tumorali, i teratomi), mancano di altre. Alla fine del 2007 Yamanaka e Thomson hanno annunciato di avere ottenuto le iPs anche da cellule umane. E pochi mesi fa sempre Yamanaka ha ottenuto cellule staminali pluripotenti da fibroblasti, riprogrammandoli con soli due geni, nei topi e nell’uomo.
Il vantaggio della sua tecnica, che va ottimizzata perché su milioni di cellule della pelle ricavate con la biopsia solo lo 0,1 per cento è riprogrammato, è che consentirà di sviluppare le iPs dai pazienti stessi, evitando lo scoglio del rigetto.
Che il paziente sia giovane o vecchio, con questo sistema le sue cellule si possono riprogrammare. Ad agosto 2008 ricercatori di Harvard hanno prodotto linee di cellule iPs di dieci malattie coltivando fibroblasti di pazienti con Parkinson, diabete e distrofia muscolare. «Consentiranno di studiare le più svariate patologie e sperimentare farmaci. In futuro c’è chi immagina di creare banche con linee cellulari di diverse caratteristiche immunologiche, da utilizzare su pazienti compatibili, come si fa già per il midollo osseo o il cordone ombelicale, ricavate da embrioni donati o da cellule iPs» scrive Science.
Philippe Collas, all’Università di Oslo, ha usato altre tecniche per riprogrammare cellule adulte. Ci è riuscito facendole crescere in un terreno di coltura con un estratto di cellule ematopoietiche. «Lo ha fatto usando un estratto di staminali embrionali. Non si sa bene come ciò avvenga, quali siano i meccanismi molecolari, comunque la riprogrammazione avviene. Sono esperimenti che abbiamo eseguito anche nel nostro laboratorio con buoni risultati» racconta Silvia Garagna, biologa dello sviluppo all’Università di Pavia.
Le nuove linee guida per la sperimentazione clinica redatte di recente dall’International society for stem cell research dovrebbero facilitare il passaggio dal laboratorio alla clinica, pur tenendo conto delle diverse culture, religioni, politiche e leggi.