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Le staminali del cuore
GLI STRUMENTI E IL METODO DI STUDIO
Obiettivi, metodi e strumentazioni della ricercaI RISULTATI
Risultati e principali applicazioniI RICERCATORI
SVILUPPI FUTURI
“Biopolimeri ingegnerizzati con cellule staminali autologhe. Una nuova frontiera per la rigenerazione del cuore infartuato"GALLERIA MULTIMEDIALE
APPROFONDIMENTI
La materia prima per i ricercatori
Da dove si estraggono, come si coltivano e differenziano le cellule staminali
Il rigetto
Abbiamo chiesto ai ricercatori se esiste la possibilità di rigetto, come nei casi di trapianto d’organo, qualora un trapianto di cellule staminali eterologhe dovesse avvenire nell’uomo
Gli effetti della gravità sul cuore
Studiare il cuore nello spazio per guarirlo sulla Terra
L'intervento dei farmaci
Uno degli obiettivi dei ricercatori era proteggere le cellule staminali dalla morte. Un farmaco, la difluorometilornitina, si è rivelato efficace e in più...
La proteomica in campo cardiovascolare
Studi di approcci terapeutici complementari all'uso di cellule staminali
Al sicuro in Banca
Il Ministero della Salute ha fissato recentemente una nuova normativa riguardante le Banche per cellule staminali da cordone ombelicale. Ne analizziamo sinteticamente la struttura e il funzionamento.
Glossario
Un mini dizionario della Medicina rigenerativa per chiarire e approfondire alcune nozioni fondamentali
Tessuto adiposo
Cellule stromali da tessuto adiposo per la rigenerazione miocardica
Bibliografia
FAQ
CLASSIFICAZIONE
- Regione: Emilia Romagna
- Disciplina: Scienze mediche
Le cellule staminali stanno occupando sempre più spazio, attenzione e investimenti in tutto il mondo. Promettono di rappresentare un passaggio chiave per la cura di moltissime malattie. In teoria queste cellule potrebbero rigenerare qualsiasi tipo di tessuto umano danneggiato, come accade nell’infarto cardiaco, per esempio, nel morbo di Parkinson o nella malattia di Alzheimer. Tuttavia molto poco si conosce di queste cellule e di come coltivarle in laboratorio per ottenere cure efficaci. In discussione è la stessa definizione di “cellula staminale”.
La raccolta di dati sulla biologia delle staminali nella prospettiva di una terapia dopo un infarto rappresenta quindi una fase fondamentale di questo cammino.
In questo contesto si inserisce il progetto Firb “Il trapianto cellulare come alternativa al trapianto d’organo: studio dei processi di crescita e differenziamento delle cellule staminali orientate verso fenotipi cardiovascolari”. Avviata all’inizio del nuovo millennio, grazie a un finanziamento del Ministero dell’Università e della Ricerca Scientifica (Mur), la ricerca è stata condotta da un gruppo di ricerca guidato dal professor Claudio Marcello Caldarera dell’Istituto Nazionale per le Ricerche Cardiovascolari (INRC), consorzio interuniversitario con sede amministrativa a Bologna.
Finalità principale di questo studio è stata quella di puntare su un’alternativa al trapianto procurandosi cellule staminali in grado di riparare la zona infartuata e dare origine, gradualmente, a un nuovo tessuto cardiaco non più malato, ma “rigenerato”, secondo il linguaggio dei medici.
Una nuova medicina
La medicina rigenerativa è quella branca che si occupa di strategie terapeutiche finalizzate alla riparazione di tessuti del corpo umano danneggiati da eventi traumatici o da malattie che provocano la distruzione o la disfunzione permanente di parti dell’organo colpito. In questi ultimi anni, grazie proprio agli studi sulle cellule staminali, la medicina rigenerativa ha avuto un grande sviluppo, anche nel settore delle cosiddette “ricerche di base”, intendendo con questo termine quegli studi sperimentali che si propongono di chiarire i meccanismi molecolari alla base dei processi biologici mediante i quali le cellule svolgono le loro funzioni.
Per quel che riguarda le cellule staminali, la ricerca si sta adoperando per dare risposta ad alcuni importanti interrogativi in gran parte non risolti, tra cui la possibilità di individuare gli stimoli che le spingono a cambiare “volto” e a diventare cellule completamente diverse per poter sostituire il tessuto danneggiato.
La comprensione di questo processo, che prende il nome di differenziamento cellulare, rappresenta oggi per il ricercatore uno dei principali scogli da superare, specialmente quando tale processo è riferito all’apparato cardiovascolare. Sono passati solo sei anni dalla rivoluzionaria pubblicazione sulla rivista Nature del gruppo del professor Piero Anversa di New York che, con grande stupore di tutti, annunciava che il cuore infartuato poteva essere rigenerato mediante applicazione, e successivo differenziamento, di cellule staminali provenienti dal midollo osseo. Questa grande scoperta ha dato impulso a numerose ricerche per comprendere e migliorare le condizioni che possono portare al completo successo della terapia rigenerativa a livello cardiaco. Purtroppo, però, aldilà di questi primi incoraggianti risultati, non si è ancora trovata una strategia che, a partire dalle cellule staminali, ridia al cuore infartuato la possibilità di contrarsi efficientemente e in maniera tale da garantire a tutti i distretti del corpo un’adeguata perfusione sanguigna. Il cuore, infatti, a differenza di altri organi, è estremamente esigente, consuma molta energia e richiede un livello di specializzazione strutturale tale da rendere veramente arduo questo compito richiesto alle cellule staminali.
È questa quindi la grande sfida per i ricercatori del settore: manipolare le cellule staminali in modo da ottenere cellule cardiache mature, funzionanti e in grado di stabilire tra loro contatti e rapporti tali da sviluppare sinergicamente una forza propulsiva che garantisca ininterrottamente l’erogazione di quasi diecimila litri di sangue ogni giorno!
La raccolta di dati sulla biologia delle staminali nella prospettiva di una terapia dopo un infarto rappresenta quindi una fase fondamentale di questo cammino.
In questo contesto si inserisce il progetto Firb “Il trapianto cellulare come alternativa al trapianto d’organo: studio dei processi di crescita e differenziamento delle cellule staminali orientate verso fenotipi cardiovascolari”. Avviata all’inizio del nuovo millennio, grazie a un finanziamento del Ministero dell’Università e della Ricerca Scientifica (Mur), la ricerca è stata condotta da un gruppo di ricerca guidato dal professor Claudio Marcello Caldarera dell’Istituto Nazionale per le Ricerche Cardiovascolari (INRC), consorzio interuniversitario con sede amministrativa a Bologna.
Finalità principale di questo studio è stata quella di puntare su un’alternativa al trapianto procurandosi cellule staminali in grado di riparare la zona infartuata e dare origine, gradualmente, a un nuovo tessuto cardiaco non più malato, ma “rigenerato”, secondo il linguaggio dei medici.
Una nuova medicina
La medicina rigenerativa è quella branca che si occupa di strategie terapeutiche finalizzate alla riparazione di tessuti del corpo umano danneggiati da eventi traumatici o da malattie che provocano la distruzione o la disfunzione permanente di parti dell’organo colpito. In questi ultimi anni, grazie proprio agli studi sulle cellule staminali, la medicina rigenerativa ha avuto un grande sviluppo, anche nel settore delle cosiddette “ricerche di base”, intendendo con questo termine quegli studi sperimentali che si propongono di chiarire i meccanismi molecolari alla base dei processi biologici mediante i quali le cellule svolgono le loro funzioni.
Per quel che riguarda le cellule staminali, la ricerca si sta adoperando per dare risposta ad alcuni importanti interrogativi in gran parte non risolti, tra cui la possibilità di individuare gli stimoli che le spingono a cambiare “volto” e a diventare cellule completamente diverse per poter sostituire il tessuto danneggiato.
La comprensione di questo processo, che prende il nome di differenziamento cellulare, rappresenta oggi per il ricercatore uno dei principali scogli da superare, specialmente quando tale processo è riferito all’apparato cardiovascolare. Sono passati solo sei anni dalla rivoluzionaria pubblicazione sulla rivista Nature del gruppo del professor Piero Anversa di New York che, con grande stupore di tutti, annunciava che il cuore infartuato poteva essere rigenerato mediante applicazione, e successivo differenziamento, di cellule staminali provenienti dal midollo osseo. Questa grande scoperta ha dato impulso a numerose ricerche per comprendere e migliorare le condizioni che possono portare al completo successo della terapia rigenerativa a livello cardiaco. Purtroppo, però, aldilà di questi primi incoraggianti risultati, non si è ancora trovata una strategia che, a partire dalle cellule staminali, ridia al cuore infartuato la possibilità di contrarsi efficientemente e in maniera tale da garantire a tutti i distretti del corpo un’adeguata perfusione sanguigna. Il cuore, infatti, a differenza di altri organi, è estremamente esigente, consuma molta energia e richiede un livello di specializzazione strutturale tale da rendere veramente arduo questo compito richiesto alle cellule staminali.
È questa quindi la grande sfida per i ricercatori del settore: manipolare le cellule staminali in modo da ottenere cellule cardiache mature, funzionanti e in grado di stabilire tra loro contatti e rapporti tali da sviluppare sinergicamente una forza propulsiva che garantisca ininterrottamente l’erogazione di quasi diecimila litri di sangue ogni giorno!
Cellule staminali mesenchimali di midollo osseo di ratto. Si evidenzia il nucleo (arancione) e le proteine fluorescenti (verde)
Due tipi di cellule staminali si contendono questa gara al differenziamento: quelle embrionali, prelevate dai primi abbozzi di cellule che derivano dall’uovo fecondato, e quelle somatiche, che provengono invece dai soggetti adulti. Mentre le prime possono spontaneamente dare origine a qualunque tipo di cellule mature del nostro organismo, comprese le cellule del cuore, le cellule staminali adulte mostrano una capacità in questo senso molto più limitata. In entrambi i casi, comunque, il problema maggiore consiste nel generare cellule del miocardio che siano il più possibile simili a quelle della sede cardiaca lesionata. Quest’ultimo ostacolo nasce dalla constatazione che le cellule muscolari differiscono tra loro a seconda della zona del cuore da esse popolata. Le cellule degli atri sono, infatti, diverse da quelle dei ventricoli, così come nella parete ventricolare, diverse sono le cellule della superficie da quelle che risiedono negli strati più profondi. A complicare ancora di più il quadro si aggiungono, infine, le cellule che originano e conducono lo stimolo elettrico, responsabile del ritmato battito cardiaco, anch’esse differenti da quelle deputate esclusivamente alla contrazione muscolare.
La riflessione rivolta ai ricercatori è quindi la seguente: prima di intraprendere la sperimentazione sull’uomo, molta strada deve essere ancora percorsa per capire come modificare una cellula staminale in modo da soddisfare le esigenze così raffinate del tessuto cardiaco, data la eterogeneità della popolazione cellulare che lo compone. Il tentativo, infatti, di inserire queste cellule nel cuore danneggiato senza conoscere a fondo le loro caratteristiche biologiche è per alcuni molto forte, ma è altrettanto pericoloso, perché il destino delle stesse, una volta trapiantate, può essere ancora incerto e causa di effetti indesiderati e letali, come l’insorgenza di gravi aritmie o la degenerazione del tessuto cardiaco in senso neoplastico. L’INRC ha fatto propria questa “filosofia” e ne ha costituito il leitmotif del progetto che ha portato avanti in questi ultimi anni.
Mantenere il cuore giovane
Ognuno di noi si augura non solo di invecchiare, ma di invecchiare bene, mantenendo uno stato di salute che gli permetta di essere soddisfatto della propria esistenza. Se consultiamo le statistiche, ci accorgiamo subito che le principali cause di morte nella popolazione adulta italiana e dei paesi a elevato sviluppo tecnologico, sono dovute fondamentalmente a malattie a carico del cuore e dell’apparato circolatorio. Ancora più importante è il dato epidemiologico che ci informa sul destino di chi sopravvive a un grave infarto cardiaco: il suo cuore “pompa” sempre peggio fino a dover essere sostituito, mediante trapianto, con un cuore sano prelevato generalmente da un soggetto più giovane che è appena deceduto per cause traumatiche. Volendo esprimere in numeri questa situazione, sappiamo che in Italia le persone che soffrono di insufficienza cardiaca sono più di 600.000 e si stima che vi siano più di 80.000 nuovi casi all’anno. Quasi il 40% dei pazienti con insufficienza cardiaca muore entro il primo anno dalla diagnosi, e chi sopravvive è costretto a svolgere con difficoltà le più comuni attività fisiche, in presenza inoltre di problemi respiratori, oppressioni toraciche e gonfiori diffusi. A completare questo triste quadro gli istituti di statistica sanciscono che, sempre a livello nazionale, sono solo 300 i trapianti di cuore effettuati ogni anno, a fronte di esigenze corrispondenti almeno al doppio di questi interventi, essendo questa situazione dovuta alla grande difficoltà di disporre di un numero adeguato di espianti cardiaci.




