Processo di formazione individuale dall’embrione
Un’ampia varietà di tipi di cellule costituiscono il corpo umano, che è composto da circa 60 trilioni di cellule in totale. Ciascuna di queste cellule deriva in definitiva da una singola cellula uovo fecondata, che ha iniziato a dividersi, alla fine differenziandosi nelle cellule somatiche di diversa morfologia e funzione che formano i vari tessuti e organi del corpo umano. Si ritiene che le cellule staminali pluripotenti abbiano un potenziale simile senza differenziazione extraembrionica.
Figura: Induzione di vari tipi di cellule del tessuto da cellule staminali pluripotenti via tre strati germinali
Nel processo di formazione di un individuo, le cellule staminali cambiare (differenziare) in cellule che sono diverso da loro, pur mantenendo la capacità di proliferazione di dividere e creare più cellule dello stesso tipo, o di distinguere ulteriormente in una forma specializzata. Ecco come vengono creati vari organi.
Nello stadio di blastocisti, una fase precoce dello sviluppo embrionale, ci sono delle cellule che sono in grado di differenziare in quasi qualsiasi tipo di cellula che compone il corpo, un’abilità, nota come pluripotentcy.In vitro, le cellule staminali pluripotenti, tra cui l’ES cellule e le cellule iPS possono differenziarsi in tipi di cellule derivate dall’endoderma, mesoderma ed ectoderma, ma non sono in grado di svilupparsi in un intero organismo da solo. Al contrario, le cellule staminali che possono differenziarsi solo in un numero limitato di tipi di cellule, come le cellule staminali tissutali e le cellule staminali somatiche, sono note come cellule staminali multipotenti.
Queste cellule sono utilizzate non solo per la ricerca di base, dove sono differenziate in cellule specifiche per esaminare le loro proprietà, ma anche per “drug discovery screening” per la ricerca di candidati di farmaci e “medicina rigenerativa” dove vengono trapiantate o somministrate ai pazienti come agente terapeutico. Tuttavia, la coltura di cellule staminali pluripotenti è diversa dalla coltura cellulare somatica convenzionale in molti modi, e si dice che sia difficile mantenere lo stato indifferenziato e garantire un alto livello di riproducibilità.
Classificazione e Caratteristiche delle Cellule Staminali Multipotenti e Cellule Staminali Pluripotenti
le Cellule Staminali Multipotenti
le cellule staminali Multipotenti hanno la capacità di differenziarsi in cellule che comprendono specifici organi e tessuti, e comprende sia il tessuto di cellule staminali e cellule staminali somatiche.
Le cellule staminali tissutali sono specifiche del tessuto e hanno la capacità di auto-rinnovarsi dividendosi in cellule figlie di tipo simile o di differenziarsi in cellule più specializzate all’interno del tessuto.
Esistono cellule staminali somaticein vivo e possono differenziarsi in un numero limitato di tipi di cellule. Le cellule staminali mesenchimali (MSC) sono un tipo di cellula staminale somatica e possono differenziarsi in osso, cartilagine, vasi sanguigni e cardiomiociti. Le MSC sono ottenute con relativa facilità dal midollo osseo, dal tessuto del cordone ombelicale, dal sangue del cordone ombelicale e dal tessuto adiposo.
Le cellule staminali multipotenti hanno un effetto antinfiammatorio, un effetto che induce il fattore di crescita, un effetto proangiogenico e svolgono un ruolo importante nella riparazione dei tessuti. Inoltre, si dice che abbiano ridotto il rischio di cancro rispetto alle cellule staminali pluripotenti, un’importante considerazione di sicurezza.
I prodotti medici rigenerativi sono già stati approvati in tutto il mondo per il trattamento della lesione del midollo spinale e del trapianto di cellule staminali post-ematopoietiche malattia acuta da trapianto contro ospite.
Tabella: Examples of Approved Regenerative Medical Products That Use Human MSCs in the World-
| Regenerative Medical Products | Approved Countries | Manufacturing Distributors | Origin MSC | Applications |
|---|---|---|---|---|
| PROCHYMAL® | Canada, New Zealand | Mesoblast | Allogeneic bone marrow-derived MSC | Acute GVHD*(pediatric) |
| TEMCELL® HS Inj. | Japan | JCR Pharma | Allogeneic bone marrow-derived MSC | Acute GVHD* |
| Stemirac® Inj. | Japan (conditional approval) | Nipro | Autologous bone marrow-derived MSC | Spinal cord injury |
| Heartcellgram-AMI® | South Korea | Pharmicell | Autologous bone marrow-derived MSC | Acute myocardial infarction |
| Cupistem® | South Korea | Anterogen | MSC derived from own fat | Crohn’s disease |
| CARTISTEM® | South Korea, EU | Medipost | Allogeneic cord blood-derived MSC | Knee osteoarthritis |
| Stempeucel® | EU, India (conditional approval) |
Stempeutics Research |
Allogeneic bone marrow-derived MSC | Knee osteoarthritis |
| Allostem® | USA | Allosource | Allogeneic fat derived MSC (A combination product composed of human demineralized bone matrix) |
Bone damage |
| Osteocel® Plus | US | NuVasive | Allogeneic bone marrow-derived MSC (A combination product composed of osteoprogenitor cells and human demineralized bone matrix) |
Bone repair (361HCT/P) |
*GVHD: Graft Versus Host Disease
Cellule staminali pluripotenti
Le cellule staminali pluripotenti sono cellule staminali che possono differenziarsi in quasi tutte le cellule che compongono il corpo. ESC, cellule germinali embrionali (EGC) e IPSC sono stati finora stabiliti come tipi di cellule staminali pluripotenti.
Gli ESC sono stabiliti dalla massa cellulare interna all’interno della blastocisti cava, che è uno stadio iniziale dello sviluppo embrionale dopo la divisione dallo zigote in una blastula. In Giappone, le cellule ES sono stabilite dalla fornitura in eccesso di uova fecondate che vengono scartate dopo il trattamento dell’infertilità. Gli EGC sono sviluppati dai precursori cellulari dello sperma e delle uova (cellule germinali primordiali) e hanno quasi le stesse proprietà degli ESC.
Gli IPSC vengono creati riprogrammando le cellule somatiche in uno stato indifferenziato attraverso l’introduzione di geni specifici. La creazione di IPSC ci ha permesso di ottenere cellule simili a ESC da donatori. È anche possibile ottenere il tessuto fornito da un paziente con una malattia, stabilire iPSCs dal tessuto e indurre la differenziazione per fornire un modello anin vitro della malattia. Pertanto, le cellule somatiche, come le cellule nervose o i cardiomiociti, create dalla differenziazione indotta di IPSC hanno un grande potenziale per applicazioni come la determinazione dell’eziologia della malattia, la valutazione dell’efficacia del farmaco e degli effetti collaterali e il trapianto in pazienti come terapie di medicina rigenerativa. Tuttavia, mutazioni geniche non intenzionali sono state segnalate quando si stabiliscono colture iPSC, nonché sottoculture IPSC e ESC per lunghi periodi di tempo. Al momento non è noto se tutte queste mutazioni genetiche siano pericolose e i ricercatori stanno discutendo il modo migliore per valutare la loro sicurezza per un uso pratico in futuro.
