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Schede Conoscenze generali sulle Cellule Staminali

Alcune parti del nostro corpo possono ripararsi abbastanza bene da sole dopo essere state in qualche modo danneggiate, altre invece non si riparano affatto. Noi umani non possiamo di certo far ricrescere un'intera gamba o un braccio, ma alcuni animali POSSONO far ricrescere – o rigenerare – intere parti del corpo. Cosa possiamo apprendere da questi animali capaci di rigenerazione?

Le salamandre, le planarie e un certo numero di altre specie sono in grado di far ricrescere parti del corpo danneggiate o mancanti. Questo fenomeno, noto come rigenerazione, nell’uomo interessa solo alcuni organi, ad esempio il fegato e la pelle, che si autoriparano quando subiscono danni.

La rigenerazione può avvenire in molti modi diversi, mediante cellule staminali pluripotenti o specifiche di un tessuto. Alcuni processi di rigenerazione avvengono senza coinvolgere affatto le cellule staminali (è il caso del cuore nel pesce zebra). Studiare quello che si verifica in altre specie ci può aiutare a comprendere come il corpo umano guarisce e ripara se stesso, consentendo ai ricercatori di sviluppare forme di medicina rigenerativa che favoriscano la guarigione più completa del corpo umano.

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Numerosi e vari aspetti della rigenerazione sono attualmente allo studio, dai segnali che attivano i processi rigenerativi al motivo per cui le cellule staminali umane non si rigenerano come avviene per le salamandre.

La scienza è interessata a capire cosa induce le cellule staminali a formare un blastema, un accumulo di cellule staminali, nel punto in cui il tessuto è danneggiato.

Gli studi su animali quali le salamandre cercano anche di determinare in che modo le cellule staminali riescano a sapere quali parti devono far ricrescere e dove si trovano nella "mappa" del corpo, due cose che invece non abbiamo nei mammiferi. Diventa così importante comprendere quali segnali "attivano" le cellule staminali quando è necessaria la rigenerazione e mantengono invece disattivati quando non servono.

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  • Rigenerazione e gli umani
  • Rigenerazione animale
  • Comprendere come funziona la rigenerazione
  • Ricerca futura e medicina rigenerativa
  • Find out more (English)
  • Ringraziamenti e menzioni
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Il fegato umano può ricrescere dopo essere stato danneggiato

La rigenerazione consiste nella ricrescita di una parte danneggiata o mancante di un organo a partire dal tessuto rimasto. Da adulti gli esseri umani possono rigenerare alcuni organi, ad esempio il fegato. Se parte del fegato è persa a causa di una malattia o di un danno fisico, il fegato ricresce fino a tornare alle sue dimensioni originali, anche se non alla forma originale. Anche la nostra pelle viene costantemente rinnovata e riparata. Sfortunatamente molti altri tessuti umani non si rigenerano, e uno dei traguardi della medicina rigenerativa consiste nel trovare il modo  di innescare la rigenerazione dei tessuti, o di realizzare tessuti sostitutivi.

Sezione trasversale di un arto di salamandra che si sta rigenerando; In Verde= fibre del tessuto muscolare; In Rosso= pelle

Esistono molti animali che possono rigenerare parti complesse del corpo con pieno recupero della funzione e della forma dopo un'amputazione o una ferita. Gli invertebrati (animali senza midollo spinale) come i platelminti o la planaria possono rigenerare la testa a partire da un pezzo di coda, come pure la coda a partire dalla testa. Tra i vertebrati (animali con midollo spinale), i pesci possono rigenerare parti del cervello,  occhi, reni, cuore e pinne. Le rane possono rigenerare arti, coda, cervello e tessuto oculare allo stadio di girini ma non da adulti. Le salamandre possono rigenerare arti, cuore, coda, cervello, tessuti oculari, reni, cervello e midollo spinale per tutta la vita.

In che modo questi animali capaci di rigenerazione riescono a far ricrescere strutture così complesse? Dopo l'amputazione le cellule staminali si accumulano nel sito della ferita formando una struttura chiamata blastema. Un importante obiettivo delle ricerche in corso è capire come segnali provenienti dalla ferita inducano le cellule staminali a formare il blastema e cominciare a dividersi per riformare la parte mancante. E riguardo le cellule staminali stesse,  che cellule usano gli animali nel blastema? Un singolo tipo di cellule staminali capaci di differenziarsi in tipi diversi di tessuto (chiamate cellule staminali multipotenti)? O sono cellule staminali diverse a produrre ognuna i diversi tessuti necessari a ricostruire la nuova porzione del corpo?

Alternative per la ricrescita di un arto: È un unico tipo di cellula staminale responsabile della produzione di tutti i diversi tessuti necessari (A)? Oppure ogni gruppo di cellule staminali è responsabile della produzione di ciascuno dei diversi tessuti?

 

Ricerche recenti in diversi animali capaci di rigenerazione hanno mostrato che ci sono varie strategie con cui le cellule staminali rigenerano parti di corpo composte da diversi tessuti, quali muscolo, nervi e pelle. Se fossimo in grado di comprendere i principi e le molecole usate da questi animali per rigenerare tessuti adulti, potremmo applicare queste conoscenze alla rigenerazione o alla produzione di tessuto umano?

La ricerca portata avanti dal gruppo dello scienziato Peter Reddien negli USA ha risolto recentemente un problema di vecchia data relativo alla rigenerazione nella planaria (verme piatto) –può una singola cellula staminale rigenerare  l’animale intero? La risposta è si. Questo dimostra che la planaria adulta possiede cellule staminali pluripotenti – cellule in grado di produrre TUTTI i tipi di cellule del corpo dell'animale. Come queste cellule pluripotenti siano controllate nel corpo del verme piatto in modo da non dare origine a tumori è un importante quesito che numerosi gruppi di ricerca stanno indagando al momento. Ma non tutti gli animali utilizzano cellule pluripotenti per la rigenerazione. Le cellule staminali responsabili della rigenerazione della coda delle rane o degli arti delle salamandre hanno proprietà molto diverse rispetto alle cellule staminali della planaria. In questi animali, ogni tessuto – ad esempio il muscolo, il nervo o la pelle – ha il proprio gruppo di cellule staminali in grado di produrre soltanto i diversi tipi cellulari di quel particolare tessuto. In altre parole, una cellula staminale del muscolo non può produrre pelle e viceversa. Queste cellule staminali multipotenti e tessuto-specifiche probabilmente sono molto simili alle cellule staminali del nostro corpo che rinnovano e o riparano tessuti come la nostra pelle o i muscoli. Perché queste cellule staminali sono in grado di rigenerare un arto completo nella salamandra, ma riparano solamente i danni riportati da un singolo tipo tissutale nel nostro corpo? Questo è un altro importante quesito che gli scienziati stanno attualmente investigando.

Rigenerazione dell'arto nella salamandra: Le salamandre utilizzano cellule staminali tessuto-specifiche per far ricrescere arti danneggiati – ogni cellula staminale può produrre solo cellule appartenenti ad un determinato tessuto.
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Oltre alle cellule staminali, la rigenerazione può agire inducendo cellule differenziate che hanno smesso di dividersi a 'tornare indietro' a dividersi e moltiplicarsi per sostituire il tessuto perso. Questo è stato recentemente osservato durante la rigenerazione del cuore nel pesce zebra, dove una cellula muscolare cardiaca chiamata cardiomiocita si divide per ripopolare il tessuto cardiaco perduto.

Questo fenomeno rigenerativo è stato osservato anche nel cuore di topi neonati, ma si perde rapidamente man mano che i topi crescono. Ulteriori ricerche sono necessarie per capire come indurre cellule differenziate a dividersi e generare nuovo tessuto cardiaco, e perché questa capacità sia persa negli umani.

Investigando le proprietà delle cellule staminali che rigenerano parti complesse del corpo, gli scienziati stanno imparando in che modo un danno spinga queste cellule staminali a rigenerare la parte perduta invece di formare semplicemente tessuto cicatriziale. Future ricerche potrebbero rendere possibile applicare queste conoscenze in nuovi tipi di terapie mediche.

Cellule staminali pluripotenti
Quanto sono simili le cellule staminali pluripotenti della planaria alle cellule staminali embrionali dei mammiferi o alle cellule staminali pluripotenti indotte? Studiando la planaria potremmo scoprire come controllare le cellule staminali embrionali umane per rimpiazzare parti del nostro corpo.

Cellule staminali tissutali
Le salamandre e le rane utilizzano cellule staminali tissutali che sembrano essere molto simili alle nostre, e allora perchè loro rigenerano un intero arto mentre noi produciamo una cicatrice? Studi in corso indicano che gli animali capaci di rigenerazione conservano una specie di mappa all'interno dei loro tessuti adulti che indica alle cellule dove si trovano e cosa dovrebbero essere. Parti di questa mappa potrebbero essere andate perdute nei mammiferi, o forse le nostre cellule staminali hanno perso la capacità di leggere la mappa. I ricercatori sperano di scoprire esattamente cosa è andato perduto o bloccato nei mammiferi, e se tale informazione possa essere ripristinata per indirizzare le cellule staminali a partecipare alla rigenerazione a fini medici.

Cellule differenziate

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Possiamo indurre cellule adulte, differenziate come le cellule cardiache a dividersi nuovamente, come nel pesce zebra? Sarà importante comprendere perché le cellule cardiache di un mammifero perdono questa capacità, e se sia possibile ripristinarla.

The Reddien lab and their research on planarian regeneration

Questa scheda informativa è stata creata da Elly Tanaka. 

Traduzione in italianodi Casali Claudio.

Le immagini della planaria sono state fornite da Peter Reddien. L'immagine della Salamandra nella foto di destra è stata fornita da Orizatriz. Le rimanenti immagini di salamandre tutti I diagrammi sono di Elly Tanaka.


 

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