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Staminali indotte a generare mielina: un passo avanti nella riparazione dei neuroni
Mielinazione di cellule mCSE-OPC attive (spiking) e non attive (non-spiking). (Credit: © UC Regents)La tecnologia delle cellule staminali da tempo offre la speranza di rigenerare i tessuti per riparare quelli neuronali rotti o danneggiati (com'è il caso dell'Alzheimer).
I risultati di un team di ricercatori della UC Davis fanno fare a questo sogno un passo più avanti, con lo sviluppo di un metodo per generare cellule cerebrali funzionanti che producono mielina - una guaina grassa isolante, essenziale per la normale conduzione neurale.
"I nostri risultati rappresentano un progresso concettuale importante nella ricerca sulle cellule staminali", ha detto Wenbin Deng, ricercatore principale dello studio e professore associato del Dipartimento di Biochimica e Medicina Molecolare della UC Davis. "Abbiamo bioingegnerizzato la prima generazione di cellule produttrici di mielina con una capacità rigenerativa superiore".
Il cervello è costituito prevalentemente da due tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali. I neuroni sono considerati i responsabili del pensiero e delle sensazioni. Le cellule gliali circondano, supportano e comunicano con i neuroni, aiutando i neuroni ad elaborare e trasmettere le informazioni tramite segnali elettrici e chimici. Un tipo di cellula gliale - gli oligodendrociti - produce una guaina chiamata mielina che fornisce supporto e isolamento ai neuroni. La mielina, che è stata paragonata all'isolamento intorno ai fili elettrici per prevenire i cortocircuiti, è essenziale per la normale conduzione neuronale e la funzionalità del cervello; la sclerosi multipla e le leucodistrofie sono alcune delle condizioni ben conosciute che coinvolgono uno sviluppo difettoso della mielina o la sua perdita.
In questo studio, il team della UC Davis per primo ha sviluppato un nuovo protocollo per indurre con efficienza le cellule staminali embrionali (CSE) a differenziarsi in cellule progenitrici oligodendrogliali (OPC), le prime cellule che di solito diventano oligodendrociti. Anche se questo è stato fatto con successo da altri ricercatori, il metodo della UC Davis dà come risultato una popolazione più pura di OPC, secondo Deng, e dalla tecnica nasce un minor numero di altri tipi di cellule.
Successivamente hanno confrontato le proprietà elettrofisiologiche delle OPC derivate con quelle delle OPC presenti in natura. Essi hanno scoperto che, a differenza delle OPC naturali, le OPC derivate da CSE mancano dei canali ionici del sodio nella membrana cellulare, fatto che impedisce loro di generare impulsi ("spikes") quando sono stimolate elettricamente. Con una tecnica chiamata trasduzione virale, hanno poi introdotto il DNA che codifica i canali del sodio nelle OPC derivate da CSE. Queste OPC hanno quindi espresso i canali ionici nelle loro cellule e hanno sviluppato la capacità di generare impulsi.
Secondo Deng, questa è la prima volta che gli scienziati hanno generato con successo OPC con le cosiddette proprietà di spiking (=generare impulsi). Questo risultato ha permesso loro di confrontare le capacità delle cellule spiking con quelle non-spiking. Nelle colture cellulari, hanno scoperto che solo le OPC spiking ricevono stimoli elettrici dai neuroni, e hanno dimostrato una capacità superiore di maturare in oligodendrociti. Hanno anche trapiantato le OPC spiking e non spiking nel midollo spinale e nel cervello di topi geneticamente incapaci di produrre mielina. Entrambi i tipi di OPC hanno avuto la possibilità di maturare in oligodendrociti e produrre la mielina, ma quelli derivanti da OPC spiking producono guaine mieliniche più lunghe e più spesse intorno agli assoni. "Abbiamo in realtà sviluppato delle 'super cellule' con una capacità di spike ancora maggiore delle cellule naturali", ha detto Deng. "Questo sembra dare loro un vantaggio per maturare in oligodendrociti e produrre una mielina migliore".
È ben noto che il tessuto neurale adulto umano ha una scarsa capacità di rigenerarsi naturalmente. Anche se sono presenti le cellule iniziali come le OPC, esse non rigenerano il tessuto in modo così efficace quando insorge una malattia o un infortunio.
Deng è convinto che la sostituzione di cellule gliali con le OPC a spiking maggiorato, per trattare le lesioni neurali e le malattie, sia potenzialmente una strategia migliore della sostituzione dei neuroni, che tendono ad essere più problematici da maneggiare. Fornire struttura e ambiente adeguati per la vita dei neuroni può essere l'approccio migliore per rigenerare il tessuto nervoso sano. Egli osserva inoltre che molte condizioni diverse, che finora non erano state considerate malattie legate alla mielina, tra cui la schizofrenia, l'epilessia e la sclerosi laterale amiotrofica (SLA), in realtà si riconosce ora che comportano una mielina difettosa.
Questa ricerca è stata finanaziata dal National Institutes of Health, dalla National Multiple Sclerosis Society, dal Shriners Hospitals for Children e dal California Institute for Regenerative Medicine.
Fonte: University of California - Davis Health System.
Riferimento: Peng Jiang, Chen Chen, Xiao-Bo Liu, Vimal Selvaraj, Wei Liu, Daniel H. Feldman, Ying Liu, David E. Pleasure, Ronald A. Li, Wenbin Deng. Generation and characterization of spiking and non-spiking oligodendroglial progenitor cells from embryonic stem cells. STEM CELLS, 2013; DOI: 10.1002/stem.1515
Pubblicato in Science Daily (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.
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