Articoli, vedere p 2919, 2931, 2960, 2963 e 2967

Moderna riperfusione trattamento per le fasi iniziali di infarto acuto del miocardio, che è davvero del miracoloso, se si fa una pausa per pensare, è nata da una comprensione fondamentale della trombosi coronarica. Potremmo un giorno anche essere in grado di ripristinare la funzione per i pazienti che arrivano in giorni, o addirittura anni, dopo un infarto miocardico? Se riusciremo mai a sviluppare trattamenti biologici che ripristinano la funzione cardiaca attraverso la rigenerazione dei tessuti, abbiamo bisogno di capire le basi. Quindi, come i cardiomiociti del cuore si ricostituiscono è più di una curiosità accademica, perché questa comprensione fondamentale sarà probabilmente cruciale per costruire strategie rigenerative di successo per i cuori falliti.

In questo numero di circolazione, 5 gruppi di ricercatori hanno affrontato la stessa questione biologica e tutti hanno raggiunto la stessa conclusione: che le cellule del cuore che esprimono l’antigene di superficie delle cellule Sca-1 non diventano cardiomiociti a qualsiasi grado significativo e invece diventano cellule endoteliali. Questi articoli aggiungono alla crescente evidenza che, nei mammiferi adulti, i nostri nuovi cardiomiociti derivano da cardiomiociti preesistenti e raramente (se non del tutto) da cellule staminali cardiache adulte.1 Tuttavia, questi nuovi articoli non forniscono solo un pezzo del puzzle della biologia miocardica; insieme, gli articoli forniscono anche una prospettiva su come la scienza avanza nel tempo a beneficio di tutti noi. Per spiegare questo punto, vale la pena considerare come è iniziato il concetto di cellule staminali cardiache adulte.

Le cellule staminali adulte sono cellule che possono auto-rinnovarsi e anche differenziarsi a ≥2 diversi tipi di cellule. Esistono esempi consolidati di cellule staminali adulte, ad esempio nel sistema ematopoietico, nell’epitelio intestinale e nel follicolo pilifero.2 Circa 15 anni fa, le cellule staminali adulte erano eccitanti per tutte le aree della biologia dei mammiferi, per buone ragioni.3 L’uso di cellule staminali embrionali è stato molto controverso per motivi etici e religiosi; quindi, le cellule staminali adulte sembravano essere la soluzione per rigenerare i tessuti umani. George Walker Bush è stato presidente degli Stati Uniti e ha sostenuto la ricerca sulle cellule staminali adulte ma si è opposto alla ricerca sulle cellule staminali embrionali.4 Le cellule staminali adulte potrebbero potenzialmente essere isolate da un tessuto esistente (forse anche una piccola biopsia o un campione di sangue), espanse e quindi utilizzate per creare un numero illimitato di cellule differenziate di un paziente. Non importa quale sia il tessuto di interesse, i ricercatori hanno voluto identificare e isolare le cellule staminali adulte endogene putative di quel tessuto.

Il concetto di cellule staminali cardiache adulte residenti era quindi estremamente attraente, perché isolare e sfruttare tale cellula potrebbe teoricamente generare nuove cellule autologhe per ricostituire i cuori danneggiati. Ogni paziente potrebbe essere essenzialmente il proprio donatore di cardiomiociti. La sfida per gli investigatori cardiovascolari era trovare cellule staminali cardiache adulte; senza un marcatore di superficie cellulare per identificare le cellule, era come cercare un ago in un pagliaio senza sapere come appare un ago. Pertanto, numerosi ricercatori si sono rivolti naturalmente al sistema ematopoietico adulto, in cui molecole di superficie cellulare ben caratterizzate come c-kit e Sca-1 erano già state identificate sulle cellule staminali. (La storia di c-kit ha assunto una vita propria e non sarà discussa in dettaglio in questo breve editoriale.)

Sca-1 è un membro della superfamiglia della proteina Ly6; ci sono almeno 35 proteine umane e 61 del topo Ly6.5 La funzione della proteina di superficie delle cellule del topo Sca-1 è ancora sconosciuta e non esiste una chiara controparte umana (ortholog) della proteina Sca-1 del topo; la regione del genoma del topo che codifica Sca-1 e molte altre proteine Ly6 è assente nel genoma umano.5 Nel 2003, Oh et al6 ha riferito di isolare le cellule Sca-1+ dal miocardio del topo; queste cellule potrebbero essere coltivate e indirizzate verso i cardiomiociti apparenti in laboratorio. Inoltre, quando iniettati in cuori di topo feriti, le cellule Sca-1 + sembravano fondersi con i cardiomiociti e differenziarsi in cardiomiociti. Tuttavia, il trapianto di cellule potrebbe non riflettere il loro ruolo naturale endogeno, e quindi Uchida et al7 hanno studiato un topo che esprimeva una proteina fluorescente su cellule che a un certo punto esprimevano Sca-1. Utilizzando topi geneticamente ingegnerizzati per marcare le cellule che esprimono un gene permette di seguire quelle cellule nel tempo, una tecnica in biologia dello sviluppo chiamato “lineage mapping.”Uchida et al hanno concluso che i non cardiomiociti che hanno espresso Sca-1 generano continuamente cardiomiociti per tutta la vita ad un ritmo elevato.7

Il concetto di cellule Sca-1+ come cellule staminali cardiache adulte non è stato finora completamente esaminato dalla più ampia comunità scientifica. In questo numero di circolazione, 2 articoli di ricerca di base originali e 3 lettere di ricerca affrontano questo concetto con la nuova tecnologia di ingegneria genetica del mouse. Lo studio di Neidig et al8 descrive l’introduzione di una ricombinasi inducibile dal farmaco (tamoxifene, ampiamente utilizzata per la mappatura del lignaggio) nel genoma del topo nel locus Sca-1. Attivando la ricombinasi con tamoxifene e marcando le cellule Sca-1+, hanno determinato che le cellule Sca-1 + diventavano cellule endoteliali, con pochissimi cardiomiociti marcati. Vagnozzi et al9 hanno utilizzato il metodo della ricombinasi inducibile e hanno anche generato una ricombinasi costitutiva (sempre attiva) nel locus Sca-1; hanno scoperto che le cellule Sca-1+ hanno generato la vascolarizzazione cardiaca durante lo sviluppo, durante l’invecchiamento e dopo la lesione, con un contributo banale alla popolazione dei cardiomiociti. Un terzo studio, di Zhang et al, 10 ha progettato una serie di topi geneticamente modificati per identificare e tracciare le cellule Sca-1+ nel cuore; hanno scoperto che le cellule Sca-1+ sono solo del lignaggio endoteliale. Un quarto studio di Tang et al11 ha generato un nuovo topo con la ricombinasi Cre inducibile prodotta insieme alla proteina Sca-1 e con una sequenza peptidica auto-scindibile tra la proteina Cre e la proteina Sca-1 endogena; questa strategia non interrompe la produzione endogena della proteina Sca-1. Tang et al11 hanno scoperto che nessun cardiomiociti è sorto dalle cellule Sca-1+, con le cellule Sca-1+ che generano prevalentemente cellule endoteliali e fibroblasti. Infine, un quinto studio di Soonpaa et al12 ha isolato le cellule Sca – 1+ da topi che esprimevano una proteina reporter fluorescente e un secondo reporter che contrassegnava i nuclei dei cardiomiociti; questo ha permesso ai ricercatori di trapiantare le cellule Sca-1 + in cellule cardiache ferite e determinare se le cellule sono diventate cardiomiociti. Soonpaa et al non hanno trovato cardiomiociti derivanti dalle cellule Sca-1+ trapiantate.

Quindi, usando molte tecniche diverse in molti laboratori diversi, questi 5 studi dimostrano che le cellule Sca-1+ nel cuore raramente diventano cardiomiociti, e il destino dominante di una cellula cardiaca Sca-1+ è quello di diventare una cellula endoteliale (Figura). In retrospettiva, non dovremmo essere sorpresi che le cellule Sca-1+ e le cellule c-kit+, così, 13 diventano prevalentemente cellule endoteliali nel cuore, perché questi marcatori sono stati descritti nelle cellule staminali ematopoietiche. Le cellule endoteliali e le cellule staminali ematopoietiche condividono molti marcatori e anche origini dello sviluppo.

Gli investigatori che inizialmente hanno proposto le cellule Sca-1+ come cellule staminali cardiache adulte hanno fatto qualcosa di sbagliato? Assolutamente no. Questi sono gli investigatori che hanno condotto la scienza eccezionale in tutta la loro carriera illustri. Questi studi precedenti hanno utilizzato le migliori tecniche in quel momento e hanno riportato osservazioni che sono ancora valide per gli approcci utilizzati. Tuttavia, la domanda sul ruolo delle cellule Sca-1+ endogene mancava e questo attendeva gli approcci di mappatura del lignaggio che sono discussi qui. Come esempio di come le nuove tecniche possono cambiare le conclusioni, il mio laboratorio ha condotto studi una decina di anni fa che suggerivano l’importanza delle cellule staminali cardiache adulte,14 solo per scoprire più tardi con una tecnologia più avanzata che i cardiomiociti esistenti sono la fonte primaria per una nuova generazione di miociti nel cuore dei mammiferi adulti.15 Inoltre, sebbene gli studi in questo numero di Circulation eliminino rigorosamente il concetto che le cellule Sca-1+ generano cardiomiociti significativi nel topo, non eliminano la possibilità che le cellule Sca-1+ cardiache possano essere manipolate in modo produttivo in laboratorio. Infine, l’espansione del pool endoteliale Sca-1+ può fornire nuove informazioni sull’angiogenesi, e quindi le cellule Sca-1+ dovrebbero continuare come area investigativa.

In sintesi, questa raccolta di nuovi dati indica che le cellule endogene Sca-1+ non sono una fonte importante di cardiomiociti nei mammiferi adulti, aggiungendo al concetto che i cardiomiociti stessi sono le cellule che generano nuovi cardiomiociti nel cuore adulto.16 Si tratta di un caso in cui un gruppo di investigatori dimostra che un altro gruppo di investigatori ha torto, o si tratta di nuove tecniche che portano a un cambiamento nell’interpretazione? Quest’ultimo è il caso qui, perché questo è intrinsecamente il processo stesso della scienza stessa, lavorando verso una comprensione del consenso di un concetto con iterazioni che applicano la migliore tecnologia disponibile al momento. E per questo, dovremmo applaudire gli investigatori che hanno perseguito gli studi sulle cellule staminali adulte in questo numero di circolazione, e gli investigatori che hanno iniziato l’avventura, pure. A lungo termine, la scienza è più uno sport di squadra che uno individuale.

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