Ricerche

Gli scienziati ipotizzano da decenni che le cellule staminali neurali (NSC) siano presenti solo nel cervello e nel midollo spinale. Uno studio internazionale rivoluzionario ha ora confutato questa ipotesi e ha scoperto un nuovo tipo di cellule staminali neurali al di fuori del sistema nervoso centrale (CNS), aprendo enormi possibilità per lo sviluppo di terapie per le malattie neurologiche.

Identificazione di cellule staminali neurali periferiche (pNSC) nel polmone di topo. A) Le pNSC si distribuiscono lungo i bronchi di topo postnatale e nel polmone adulto. Queste cellule sono specificamente contrassegnate da SOX1 e co-espresso SOX2. B) Le pNSC possono essere isolate dal polmone e possono essere coltivate ​​in vitro per almeno 50 passaggi. Fonte: © MPI per Molecular Biomedicine / Dong Han

Nel 2014, è stato pubblicato su Nature uno studio che inizialmente ha suscitato grande scalpore perché ha svelato un modo semplice per ottenere cellule staminali pluripotenti. L'induzione di cellule staminali pluripotenti senza la necessità di vettori virali, come aveva fatto Shinya Yamanaka e per il quale aveva ricevuto il premio Nobel, sarebbe stata troppo bella per essere vera.

Sebbene il laboratorio di Hans Schöler al Max Planck Institute for Molecular Biomedicine di Münster (Germania), come molti altri, abbia cercato di ripetere l'esperimento che ha ottenuto l'«acquisizione della pluripotenza attivata da stimolo» (STAP, stimulus-triggered acquisition of pluripotency) basata sul trattamento delle cellule somatiche a basso pH, non è riuscito a generare cellule pluripotenti, indipendentemente dalle condizioni di coltura e dai tessuti utilizzati, e infine quello studio è stato ritirato diversi mesi dopo la pubblicazione.

Sorprendentemente però, Dong Han e Hans Schöler sono stati in grado di usare il metodo STAP per ottenere una rara popolazione cellulare dalla periferia del sistema nervoso centrale, che mostra proprietà delle cellule staminali neurali (NSC). Queste NSC, chiamate cellule staminali neurali periferiche (pNSC), sono state trovate in diversi tessuti di topi, tra cui il polmone e la coda. Una volta identificata la popolazione di NSC, è diventato chiaro che non era necessario il trattamento a basso pH per coltivarle.

Un team di ricercatori di oltre dieci laboratori in Europa, Asia e Nord America ha quindi esaminato queste pNSC appena identificate in dettaglio, scoprendo che condividono importanti caratteristiche molecolari e funzionali con le NSC del cervello. Le pNSC hanno la stessa morfologia cellulare,capacità di  auto-rinnovamento e di differenziazione delle NSC del cervello. Esprimono diversi marcatori specifici delle NSC e hanno profili trascrizionali ed epigenetici a livello di genoma che sono coerenti con quelli delle NSC nel cervello. Inoltre, molte pNSC che migrano fuori dal tubo neurale possono differenziarsi in neuroni maturi e, in misura limitata, in cellule gliali durante lo sviluppo embrionale e postnatale.

La scoperta delle pNSC non solo fornisce nuove intuizioni sullo sviluppo del sistema nervoso dei mammiferi, ma la loro presenza sfida anche un'ipotesi di lungo termine nelle neuroscienze e, poiché possono essere coltivate in numero sostanziale nelle piastre di Petri, ci sono nuove possibilità per la medicina rigenerativa. Inoltre, ottenere NSC dal cervello non è un metodo favorito. Al contrario, ottenerle da altri organi o tessuti sembra essere un approccio sostenibile e pratico. Hans Schöler, l'autore senior dello studio, guarda indietro alla lunga strada che ha portato a questa scoperta:

"Questo è stato il progetto più longevo della mia carriera. Inizialmente, volevamo replicare i risultati di base pubblicati in Nature più di 10 anni fa, vale a dire, indurre cellule staminali pluripotenti attraverso il pH basso. Come altri laboratori, non eravamo in grado di riprodurre ciò. Ma fortunatamente, i nostri tentativi non erano stati vani: abbiamo trovato cellule staminali neurali periferiche finora sconosciute, sfidando il dogma che resisteva da tempo che le cellule staminali neurali non esistono al di fuori del sistema nervoso centrale".

Dong Han, il primo autore dello studio, che ha condotto la maggior parte degli esperimenti in questo lavoro nel laboratorio di Schöler, ha sottolineato le possibili implicazioni di questo risultato:

"Se queste cellule esistono nell'uomo e possono essere propagate indefinitamente come nei topi, potrebbero avere un enorme potenziale terapeutico. Ciò è particolarmente interessante perché le cellule staminali neurali periferiche, più accessibili, potrebbero costituire una nuova strada per la riparazione e la rigenerazione neurale, aggirando molte delle sfide associate all'approvvigionamento di cellule staminali dal sistema nervoso centrale".

La scoperta delle pNSC al di fuori del SNC suggerisce un livello di plasticità cellulare precedentemente non riconosciuto all'interno del sistema nervoso. Contrariamente alle cellule staminali neurali derivate dalla cresta, che hanno una capacità di auto-rinnovamento limitata, le pNSC assomigliano molto a NSC derivate ​​dal cervello e mostrano la capacità di sostenere la neurogenesi per un lungo periodo di tempo.

Impatto potenziale sulla salute e sulla medicina umana

La capacità di sfruttare le pNSC potrebbe avere implicazioni di vasta portata per il trattamento delle malattie neurodegenerative e per le strategie di riparazione delle cellule nervose. Se le pNSC esistono nell'uomo, potrebbero fornire una fonte facilmente accessibile di cellule staminali neurali che potrebbero essere usate in futuro per trattare le malattie come il Parkinson, la lesione del midollo spinale e altri disturbi neurodegenerativi.

Studi futuri mireranno a stabilire l'esistenza di pNSC nell'uomo ed esplorare il loro pieno potenziale terapeutico. I risultati, pubblicati su Nature Cell Biology, hanno quindi aperto la strada a ulteriori ricerche sul ruolo delle pNSC nella biologia umana e sulla loro potenziale applicazione nel trattamento delle malattie neurodegenerative e nelle terapie rigenerative.