Le cellule staminali e il loro utilizzo in ambito ortopedico

Le cellule staminali e il loro utilizzo in ambito ortopedico

In ambito ortopedico è ormai considerata pratica consolidata da un punto di vista terapeutico l'utilizzo delle cellule mesenchimali: inizialmente erano prelevate solo dal midollo osseo, da 4 anni a questa parte, invece, stiamo utilizzando in maniera regolare le cellule mesenchimali prelevate dal tessuto adiposo sottocutaneo.

Le cellule staminali mesenchimali prelevate da tessuto adiposo

Il tessuto adiposo rappresenta una ricca e facilmente accessibile risorsa di cellule staminali adulte. Il 2% della popolazione cellulare nucleata del tessuto adiposo è rappresentato dal MSC (concentrazioni da 500 a 1000 volte superiori a quelle del midollo osseo). Il prelievo è meno traumatico e si possono ottenere maggiore quantità di tessuto. Le MSC prelevate dal tessuto adiposo sono una popolazione cellulare pluripotente che può differenziarsi in cellule di vari tessuti, derivati dalla linea mesodermica (cellule del tessuto osseo, adiposo, cartilagineo, cardiaco e muscolare) e non mesodermica (cellule neuron-like, cellule endoteliali, epatociti, cellule pancreatiche). Dai dati di bibliografia, le MSC isolate da midollo osseo e tessuto adiposo non mostrano differenze nella morfologia simil-fibroblastica, immunofenotipo, capacità di isolamento, frequenza di unità formanti colonie e capacità differenziative. Dalla frazione vasculostromale del tessuto adiposo è infatti possibile estrarre cellule staminali che presentano caratteristiche fenotipiche e plastiche simili alle cellule staminali mesenchimali estratte da midollo osseo. A partire dal 1994 sono state messe a punto delle strategie di ingegneria tessutale basate sull’utilizzo di MSC per indurre la differenziazione locale in cartilagine di precursori mesenchimali. Le MSC sono state usate in vivo per riparare difetti della cartilagine articolare in modelli animali. Da vari studi è stata dimostrata l’applicabilità, l’innocuità e la potenziale efficacia locale delle MSC per la riparazione cartilaginea.

L’utilizzo non può essere estensivo, non si tratta di una terapia miracolosa, ma ci sono delle indicazioni ben precise. Il trattamento deve essere riservato a casi limitati: l’ efficacia maggiore è nel ginocchio, soprattutto se associata a altri interventi corretivi come le osteotomie.

Nell’anca l’utilizzo è molto meno efficacie in quanto è un’articolazione “virtuale” (sono due sfere, se una è deforme c’è ben poco da fare). Per questa articolazione il campo di applicazione più idoneo è quello delle forme  iniziali di osteonecrosi della testa femorale in pazienti giovani e, più raramente, nell’edema midollare.

Recentemente stiamo anche provando ad utilizzarle nel trattamento delle neuropatie periferiche da compressione (es: tunnel carpale) in fase iniziale.

APPROFONDIMENTO

Cosa sono le cellule staminali?

Le cellule staminali, indipendentemente dalla loro origine, sono caratterizzate da tre principali proprietà.

1) Le cellule staminali sono in grado di replicarsi indefinitamente.

Diversamente dalle cellule della muscolatura, del sangue o dei nervi, che normalmente hanno limitate capacità proliferative, le cellule staminali sono in grado di replicarsi per numerosi cicli. Se come risultato di questo processo si ottengono ancora delle cellule non specializzate, come le genitrici, allora si dice che posseggono nel lungo periodo la capacità di auto-rinnovamento o auto-mantenimento.

2) Le cellule staminali non sono specializzate.

Una delle proprietà fondamentali delle cellule staminali è quella di non avere strutture specifiche tissutali che permettono di svolgere funzioni specializzate. Ad esempio, una cellula staminale non può lavorare con le cellule vicine per pompare il sangue attraverso il corpo (come fanno le cellule del muscolo cardiaco). Non può trasportare molecole di ossigeno nel sangue (come fanno i globuli rossi). Tuttavia, le cellule staminali non specializzate possono evolvere in cellule specializzate, quali le cellule cardiache, del sangue o del sistema nervoso. In pratica, una proprietà fondamentale delle cellule staminali è quella di essere cellule indifferenziate.

3) Le cellule staminali possono andare incontro a processi di differenziazione.

Le cellule staminali possono dare origine a cellule specializzate attraverso un processo chiamato differenziazione. I ricercatori stanno cominciando solo ora a capire quali siano i segnali interni ed esterni alla cellula che innescano il processo di differenziazione. I segnali interni sono controllati da geni specifici, mentre quelli esterni includono il contatto fisico con cellule adiacenti e con specifiche molecole del microambiente.

Il processo della specializzazione cellulare è chiamato differenziazione ed è controllato geneticamente dal nucleo cellulare. Allo scopo di definire le potenzialità delle cellule staminali di differenziarsi in diversi tipi cellulari, queste sono state classificate in base a quattro gradi o livelli di specializzazione: 

  • Totipotenti: cellule staminali in grado di differenziarsi in ogni tessuto embrionale ed extra embrionale. Le cellule staminali totipotenti sono esclusivamente lo zigote (prodotto dalla fusione di un ovulo con uno spermatozoo) e le cellule originate dalle prime divisioni dell’ovulo fecondato.
  • Pluripotenti: cellule staminali, derivate dalle totipotenti, capaci di differenziarsi nei tre strati germinali che costituiscono la matrice embrionale di tutte le cellule del corpo.
  • Multipotenti: cellule staminali capaci di formare un numero limitato di tipi cellulari specializzati. La loro funzione è di sostituire le cellule differenziate che vengono perse attraverso fenomeni di deplezione o a causa di danneggiamenti cellulari. Per esempio, le cellule staminali del midollo osseo e quelle del sangue del cordone ombelicale sostituiscono differenti tipi di cellule del sangue.
  • Unipotenti: cellule in grado di produrre un unico tipo di cellule, posseggono la proprietà caratteristica di auto-rinnovarsi. Garantiscono la riparazione e il mantenimento dei tessuti sani.