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Che cos'è una cellula staminale?

Cos'è una cellula e cosa vuol dire l'aggettivo "staminale"?

Una CELLULA, genericamente definita, è la più piccola unità vivente di materia, dotata di nucleo (che possiede le direttive necessarie per la sua sopravvivenza) e separata dall'ambiente esterno (con cui tuttavia interagisce) da una membrana.
La
CELLULA STAMINALE è un caratteristico tipo di cellula non differenziata presente negli organismi viventi e capace di dare origine a qualsiasi tipo di tessuto.




STEM CELLS

Stem cells are biological cells found in all pluricellular organisms that can divide into different specialized cell types.

Lo stesso aggettivo "STAMINALE" rimanda etimologicamente a qualcosa di strutturale e ancestrale.
Potrebbe derivare dal greco stemov, la cui radice riconduce al significato di "stare" (nel senso di "essere ritto, reggere") o anche potrebbe provenire da stamis/staminos, che era il termine riferito al montante della nave, ossia il prolungamento in legno dei madieri o delle travi nella sezione maestra dell'imbarcazione.
In latino, invece, si può ricondurre quest'aggettivo al sostantivo "stamen", che letteralmente, come in italiano, è riferito in ambito tessile all'ordito del telaio oppure, in maniera più attinente, si può ricondurre l'etimologia al sostantivo "stamen" inteso come "filo della vita".
La cellula staminale può essere realmente considerata filo della vita primordiale, come chiariremo in seguito.



Perché questa considerazione ancestrale della cellula staminale?
Zigote e capacità di differenziazione delle cellule staminali.

Per comprendere l'essenziale funzione delle cellule staminali, si può fare un riferimento allo studioso Rudolf Wirchow (per maggiori informazioni su questo scienziato, vedi cronologia) che nella seconda metà dell'Ottocento, a conclusione dei suoi studi sulla teoria cellulare, arrivò ad affermare che "omnis cellula e cellula", ossia che ogni cellula deriva da un'altra preesistente.
Ogni cellula viene infatti generata da una cellula progenitrice.
Se prendessimo in considerazione una qualsiasi cellula del nostro corpo e tentassimo di ricostruire il suo "albero genealogico" per identificarne la provenienza, verificheremmo che deriva, in ultima istanza, dallo zigote (cellula nata dalla fusione dei gameti femminile e maschile).


Lo ZIGOTE è la primordiale cellula staminale (detta per le sue caratteristiche "totipotente") e tutte le cellule dell'organismo discenderanno da esso.
Lo zigote infatti, una volta avvenuta la fusione dei due gameti, comincia a produrre cellule uguali a sé (staminali totipotenti) che saranno 2 dopo circa trenta ore, 4 dopo quaranta, 12-16 dopo circa tre giorni.
In questa fase le cellule totipotenti, formatesi per mitosi, sono raggruppate in un abbozzo sferico che risulta essere simile ad una mora, chiamato per questo motivo MORULA.



All'interno della morula le cellule cominceranno poi a differenziarsi e, tra il quarto e il quinto giorno dopo la fecondazione, costituiranno la BLASTOCISTI.
Quest'ultima sarà formata da un centinaio di cellule (dette pluripotenti) che cominceranno a differenziarsi prima della cosiddetta "gastrulazione", processo in seguito al quale si verranno a formare i tre fondamentali strati embrionali: ENDODERMA, MESODERMA ed ECTODERMA.








Questi tre "strati germinali" o "foglietti embrionali" daranno origine alle cellule costituenti l'intero organismo: l'endoderma, strato embrionale più interno, darà origine alle cellule di polmoni, fegato, pancreas e vescica; il mesoderma a quelle del midollo osseo, dell'apparato scheletrico, muscolatura, cuore, reni e vasi sanguigni; l'ectoderma originerà invece le cellule del sistema nervoso centrale e periferico, dei tessuti epiteliali, dell'
apparato visivo e uditivo.
Le staminali presenti all'interno dell'embrione, come già desunto precedentemente, saranno dunque caratteristiche proprio per la loro dote di differenziarsi.



Da cosa dipende però questa loro particolare caratteristica?
Il PROCESSO DI DIFFERENZIAZIONE può essere innescato da fattori interni o esterni alla staminale.


THE CELL DIFFERENTIATION

The cell differentiation is the process in which a cell becomes more specialized. A cell that can differentiate itself into another cell type, is called pluripotent.

I FATTORI INTERNI dipendono dai processi innescati da alcuni geni, localizzati lungo i filamenti di DNA, che contengono istruzioni legate alle funzioni che si svolgeranno all'interno della cellula. La cellula, tuttavia, come già accennato in precedenza, è in stretta relazione con l'ambiente circostante ed è dunque soggetta anche a FATTORI ESTERNI. Questi ultimi possono essere interazioni fisiche o la secrezione di composti chimici da parte delle cellule limitrofe, che andranno ad influire sull'acquisizione di determinate caratteristiche da parte della staminale.


Gli studi che vengono condotti sulle cellule staminali vertono principalmente sull'individuazione dei fattori che determinano queste differenziazioni, perché in tal modo si ha la possibilità di agire sulle cellule staminali "coltivandole" e ottenendo così tessuti da riutilizzare a scopi terapeutici.
In tal modo infatti la cellula staminale viene utilizzata per agire su organi non sostituibili o su tessuti danneggiati (vedi sezione
applicazioni terapeutiche).
E' proprio questo il principio cardine che ha aperto le porte alla branca della MEDICINA RIGENERATIVA e ai più approfonditi studi sulle anomalie dello sviluppo.


Potenza, auto-rinnovamento e classificazione delle cellule staminali.

Il motivo per cui si investe sulla capacità rigenerativa delle cellule è anche l'incredibile dote di rinnovarsi delle cellule staminali.
Questo processo, definito AUTO-RINNOVAMENTO, è un processo mitotico per mezzo del quale la cellula staminale si duplica; esso avviene molto frequentemente e ciò fa sì che nell'organismo, anche se in maniera regolata, vi sia continua produzione di cellule staminali (che può tuttavia ridursi a causa di fattori ambientali o invecchiamento).







SELF-RENEWAL

Self-renewal is the ability to make an unlimited number of replication cycles maintaining the same level of differentiation.

Come già evidenziato nei precedenti paragrafi, un'altra dote essenziale delle cellule staminali è la "capacità di differenziarsi", ossia quella proprietà, definita anche la POTENZA o PLASTICITA' delle cellule staminali, che è la capacità che esse hanno di generare le cellule differenziate atte a costituire i vari tessuti.
Abbiamo precedentemente descritto le varie fasi dello sviluppo embrionale e abbiamo definito lo zigote e le 16 cellule costituenti la morula "totipotenti", ma cos'è la totipotenza?




THE POWER

Power is the ability to generate one or more cellular species.


Alla fine dell'Ottocento il biologo tedesco Hans Driesch 8per maggiori informazioni su questo scienziato, vedi cronologia) condusse degli studi sugli embrioni di riccio di mare.
Utilizzò un embrione costituito da due cellule (zigote in fase di "morulazione") e notò che, se separate, le due cellule erano in grado di dar vita ad un animale completo pur senza interagire tra loro.

Il biologo denominò questa capacità di generare un organismo (e dunque di produrre qualsiasi tipo di cellula) "prospektiv potenz" , che è la dote di TOTIPOTENZA.
Con CELLULE STAMINALI TOTIPOTENTI si fa riferimento dunque a quelle cellule in grado di dare origine a qualunque tipologia cellulare.
E' la caratteristica posseduta dallo zigote e le cellule costituenti la morula (presenti solo nei primi giorni dopo la fecondazione).
Se dunque si prelevasse una cellula staminale totipotente dall'embrione, essa si comporterebbe da nuovo zigote. E' questo il processo utilizzato nella clonazione per "fissione gemellare" o "scissione embrionale", che Driesch aveva inconsapevolmente applicato e che è causa di accesi dibattiti etici (scatenati soprattutto dalle clonazioni di embrioni umani effettuate nel 1993 da Hall e Stilmann presso la George Washington University).


Nella fase successiva alla morulazione si ha poi la formazione della "blastocisti", che è costituita da cellule ancora indifferenziate e capaci di generare qualsiasi tessuto.
Nella fase di passaggio tra la morula e la blastocisti, però, si differenziano le cellule che andranno a costituire la placenta e le membrane intorno all'embrione.
Le cellule della blastocisti perderanno così la capacità di formare gli annessi necessari alla sopravvivenza dell'embrione e non avranno dunque la capacità di costituire un nuovo zigote.
Queste ultime sono definite CELLULE PLURIPOTENTI e sono in grado di dare origine a qualsiasi tessuto. Sono queste le cellule embrionali prelevate dalla blastocisti sulle quali vengono condotti molteplici studi.
Prelevarle, però, causa la distruzione dell'embrione e da qui scaturisce il forte dibattito bioetico in corso negli ultimi anni (vedi sezione
bioetica).


Lo stadio ulteriormente differenziato successivo alla condizione di pluripotenza è quello delle CELLULE MULTIPOTENTI, che sono presenti nel feto, ma anche nell'adulto.
Nel feto, per esempio, alcune particolari cellule pluripotenti della blastocisti, presenti alla terza settimana di sviluppo, si differenziano in quelle che vengono dette EG (Embryonic Germinal Germ), di cui alcune saranno essenziali nella formazione delle gonadi.
Nell'adulto invece sono cellule multipotenti le staminali mesenchimali, ossia quelle costituenti vari tessuti connettivi, ossa, muscoli, tessuto adiposo e cartilagine.
Molti sono gli studi condotti su queste ultime oltre che per motivi etici, in quanto prelevare cellule adulte non provocherebbe manipolazione di embrioni, anche per il fatto che si è verificata una tendenza a provocare teratomi da parte delle cellule staminali embrionali (dovuta alla loro eccessiva capacità di auto-rinnovamento che può sortire effetti negativi).
Le cellule multipotenti risultano invece dotate di minore capacità rinnovativa e appaiono per questo motivo maggiormente controllabili.


Esistono poi le staminali UNIPOTENTI, che sono in grado di dare origine ad un unico tipo di cellula con funzioni specializzate che non sarà in grado di differenziarsi ulteriormente o di acquisire una qualunque altra funzione che non sia stata già tramandata ad essa dalla cellula parentale che l'ha generata.




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