Le cellule staminali sono cellule primitive, non specializzate, dotate della capacità di trasformarsi in diversi tipi di cellule del corpo attraverso un processo denominato differenziamento cellulare. Sono oggetto di studio da parte dei ricercatori per curare determinate malattie, sfruttando la loro duttilità. Le cellule staminali possono essere prelevate da diverse fonti come il cordone ombelicale, il sacco amniotico, il sangue, il midollo osseo, la placenta, i tessuti adiposi, la polpa dentale, come anche dal cervello per le cellule staminali neurali.
Caratteristiche distintive Per poter essere definita come staminale, una cellula deve soddisfare due proprietà: l'autorinnovamento e la pluripotenza.
L'autorinnovamento è stato identificato per la prima volta nel 1963 durante studi sul midollo osseo,A.J. Becker, L. Siminovitch e rappresenta la capacità di tali cellule di compiere un numero illimitato di cicli replicativi mantenendo sempre il medesimo stadio differenziativo. Ciascuna cellula staminale realizza l'autorinnovamento, o tramite la divisione asimmetrica obbligata (la staminale dà origine ad un'altra staminale e ad una cellula destinata a differenziarsi) oppure mediante differenziamento stocastico (una popolazione di cellule staminali si conserva poiché esiste un numero pressoché uguale di staminali che generano altre due staminali replicandosi, accanto a staminali che invece generano due cellule destinate a differenziarsi). La pluripotenza è la capacità di dare origine a una o più linee o tipi cellulari tramite il differenziamento. All'interno di questo concetto potrebbe essere anche compreso quello di transdifferenziamento, cioè la capacità di una cellula staminale in fase di differenziamento di cambiare la propria linea cellulare modificando il suo programma di sviluppo.
La potenza differenziativa Le cellule staminali vengono classificate in base alla loro potenza, la potenzialità di differenziarsi nei vari tipi o linee cellulari.
Totipotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e produrre tutte le cellule differenziate in un organismo, compresi i tessuti extraembrionali. Le cellule staminali totipotenti sono le spore (nei funghi) e gli zigoti. In alcuni organismi, le cellule già differenziate possono ritrovare la totipotenza, ad esempio nelle coltivazioni in vitro di tessuti vegetali. Nei mammiferi è conosciuta una singola cellula totipotente, denominata zigote; già fra la terza e la quarta divisione cellulare, le cellule iniziano a perdere la loro totipotenza. A questo punto avviene la formazione della morula, così chiamata perché l'uovo fecondato assume la forma di una piccola mora, composta all'incirca da sedici cellule.
Pluripotenza: la capacità di una singola cellula di dividersi e di differenziarsi in uno qualsiasi dei tre strati germinali: endoderma (rivestimento interno dello stomaco, del tratto gastrointestinale, i polmoni), mesoderma (muscoli, ossa, sangue, urogenitale), o ectoderma (tessuti epidermici e del sistema nervoso). Tali cellule non possono pertanto dare origine ad un organismo adulto, perché non hanno il potenziale per contribuire ai tessuti extraembrionali; ad esempio, nel caso dei mammiferi placentati non possono dare origine alla placenta (tessuto extraembrionale). Queste derivano dalla massa interna del blastocista. Multipotenza: il potenziale di differenziarsi in un numero limitato di lignaggi cellulari; sono anche dette "cellule progenitrici". Un esempio di una cellula staminale multipotente è una cellula ematopoietica (una cellula staminale del sangue) la quale può svilupparsi in diversi tipi di cellule del sangue, ma non può svilupparsi in cellule cerebrali o altri tipi di cellule al di fuori dei tipi di cellule appartenenti al tessuto del sangue. Sono cellule considerate essere permanentemente impegnate ad una funzione tissutale specifica. Oligopotenza: la capacità di differenziarsi solo in alcuni tipi di cellule. Quali ad esempio di dare origine alla linea linfoide o mieloide. Altri esempi di cellule progenitrici oligopotenti sono le cellule staminali vascolari che hanno la capacità di diventare o cellule muscolari lisce oppure endoteliali. Unipotenza: la capacità di differenziarsi in un singolo tipo di cellula; sono anche dette "cellule precursori". Ad esempio gli epatociti, che costituiscono la maggior parte del fegato, sono unipotenti. La capacità del fegato di rigenerarsi da un minimo del 25% della sua massa originaria è attribuita a questa proprietà, altri esempi sono dati dalle cellule staminali unipotenti cubiche o cilindriche presenti a livello dello strato germinativo dell'epidermide.
Ciclo cellulare La cellula staminale possiede le proprietà di poter entrare ed uscire dalla fase G0, detta anche fase dormiente del ciclo cellulare. Questa proprietà assicura alle cellule di poter permanere in uno stato di quiescenza a tempo indeterminato e di mantenere il proprio stato indifferenziato. La cellula in questo stato non si riproduce. A seconda dei segnali ambientali che la cellula riceve essa potrà andare incontro: -ad una replicazione simmetrica o asessuata tipica dello stadio di sviluppo embrionale che aumenta il numero delle cellule staminali, -o potrà andare incontro alla modalità di divisione non simmetrica o sessuata, tipica della fase adulta, cioè produrre cellule figlie staminali specializzate.
Questo tipo di divisione asimmetrica asessuata, nel tempo garantisce la presenza di una cellula non-differenziata e quindi la possibilità di riparazione del tessuto labile a cui la cellula appartiene.
Nell'epidermide, ad esempio, la presenza di cellule staminali garantisce il ricambio cellulare qualora le cellule della pelle fossero diventate troppo vecchie o comunque incapaci di riprodursi.
Non tutti i tessuti hanno la capacità di auto-ripararsi o di auto-rinnovarsi: ciò dipende o dall'assenza, in quel tessuto, di cellule non-specializzate o di cellule labili. I tessuti a parziale capacità di rinnovamento sono caratterizzati dalla presenza di cellule dette stabili. Invece le cellule staminali si definisconolabili quando sono sempre in attiva proliferazione (cheratinociti, cellule del midollo osseo e della mucosa digestiva), stabili quando operano seppure in maniera ridotta (ad esempio gli epatociti) e perenni quando cessano la loro attività di sostituzione/creazione di cellule (ad esempio cellule del sistema nervoso).G. Bizzozero, G. Vassale, Sulla produzione e sulla rigenerazione fisiologica degli elementi ghiandolari, Loescher, Torino, 1887. - 1 v. ; in 8.
Classificazione in base all'origine Le cellule staminali possono essere classificate anche in base alla loro sorgente di derivazione:
Cellula staminale placentare: sono le cellule staminali contenute nella placenta. Si possono estrarre cellule staminali dai villi coriali placentari o da altri frammenti placentari come ad esempio la membrana amniotica. Si tratta di cellule staminali ad alto potenziale, con notevoli capacità replicative e caratteristiche idonee a molti utilizzi, alcuni dei quali - come ad esempio il trattamento di alcune patologie della vista - sono già diventati pratica clinica consolidata. Cellula staminale da villo coriale: sono contenute in quelle strutture della membrana placentare, denominate villi coriali. Le cellule staminali dei villi coriali sono staminali mesenchimali con prospettive applicative in medicina rigenerativa, avendo buone capacità riproduttive e ottima stabilità genomica. È possibile conservare ad uso autologo le cellule staminali presenti in un frammento dei villi coriali prelevati durante l'esecuzione della villocentesi oppure da un frammento di placenta prelevato subito dopo il parto: in entrambi i casi una cellula staminale da villo coriale conserva le proprie capacità riproduttive tipiche delle staminali embrionali unite alla stabilità genomica delle adulte ed all'assenza di complicazioni etiche.