2.15: Rigenerazione tissutale con cellule staminali somatiche

Le cellule staminali somatiche svolgono un ruolo importante nel mantenimento e nella riparazione di un'ampia gamma di tessuti. Queste cellule staminali, come le cellule staminali embrionali pronte, sono in grado di autorinnovarsi quasi illimitatamente. Tuttavia, a differenza delle cellule staminali embrionali, che possono differenziarsi in un'ampia gamma di tipi di cellule, le cellule staminali somatiche sorgono più tardi nello sviluppo e il loro destino è limitato alle cellule di un organo specifico.

Questo video tratterà i principi della rigenerazione dei tessuti, il modo in cui gli scienziati studiano il ruolo delle cellule staminali somatiche nella riparazione dei tessuti dopo una lesione e alcune applicazioni che utilizzano le cellule staminali somatiche per indurre la rigenerazione dei tessuti.

Iniziamo discutendo i principi alla base della rigenerazione dei tessuti a seguito di lesioni o danni. Le cellule staminali somatiche sono state identificate in diversi tessuti, tra cui cervello, midollo osseo, muscolo scheletrico, cuore, fegato e intestino.

Generalmente, questa fonte rinnovabile di cellule staminali si differenzia prima in cellule progenitrici a destino limitato prima di dare origine a cellule funzionalmente specializzate. Un classico esempio di ciò è il processo fisiologico quotidiano chiamato emopoiesi. In questo processo, le cellule staminali somatiche presenti nel midollo osseo formano le cellule progenitrici del sangue e del sistema immunitario, che si differenziano ulteriormente nelle cellule dei rispettivi sistemi.

Dal punto di vista della rigenerazione tissutale, è stato dimostrato che le cellule staminali somatiche presenti nel muscolo scheletrico svolgono un ruolo nella riparazione dei tessuti. Quando un muscolo è danneggiato, queste cellule vengono reclutate nel sito della lesione e si differenziano per sostituire le cellule danneggiate.

Come fanno le cellule staminali somatiche a sapere che è ora di mettersi al lavoro? Quando le cellule sono danneggiate, rilasciano chemioattrattivi solubili, come le chemochine, che reclutano le cellule staminali somatiche nel sito della lesione. Queste cellule possono quindi differenziarsi nel tipo di cellula del tessuto bersaglio. Oltre a fornire un apporto di nuove cellule, le cellule staminali somatiche possono indurre cambiamenti locali, come la generazione di nuovi vasi sanguigni che promuovono la guarigione delle ferite.

La capacità rigenerativa delle cellule staminali somatiche endogene può non essere sempre sufficiente per riparare i tessuti malati o danneggiati. Pertanto, gli scienziati stanno studiando come la somministrazione di pool esogeni di cellule staminali somatiche possa essere utilizzata per trattare tali condizioni.

Ora che hai capito la biologia della rigenerazione tissutale, diamo un'occhiata a un esempio di come gli scienziati possono isolare le cellule staminali somatiche e somministrarle per indurre la riparazione dei tessuti. Utilizzando il seguente metodo, gli scienziati dimostrano come le cellule staminali muscolari, chiamate cellule satelliti, aiutino la rigenerazione dei tessuti dopo una lesione.

In primo luogo, i muscoli scheletrici vengono sezionati da un topo donatore e digeriti con l'aiuto di un enzima dissociante, ad esempio la collagenasi. Successivamente, le cellule satelliti vengono isolate e un modo per farlo è incubare queste cellule con anticorpi legati a perle magnetiche, che vengono poi purificate su una colonna magnetica. Dopo la purificazione, le cellule satelliti vengono coltivate in coltura e successivamente differenziate in cellule progenitrici miogeniche mediante l'aggiunta di terreni di differenziazione.

Nel frattempo, un topo ricevente viene preparato mediante iniezione intramuscolare di una tossina che provoca una debolezza muscolare o distrofia muscolare. Le cellule progenitrici miogeniche preparate vengono quindi iniettate nei muscoli scheletrici del topo distrofico. In definitiva, il successo dell'integrazione e della differenziazione delle cellule del donatore può essere determinato dall'immunoistochimica. Il miglioramento funzionale del fenotipo distrofico può essere valutato con un test su tapis roulant.

Ora che hai visto come le cellule staminali somatiche possono essere isolate e manipolate in un esperimento di rigenerazione tissutale, diamo un'occhiata ad alcune delle applicazioni a valle in vitro e in vivo di questa classe unica di cellule.

Oltre a iniettare cellule staminali somatiche in modelli animali in vivo, gli scienziati stanno anche escogitando modi per manipolare il destino di queste cellule in vitro. In questo esperimento, gli scienziati hanno differenziato le cellule staminali in cellule muscolari scheletriche funzionali preparando prima una capsula di Petri con ancore. Le cellule staminali sono state quindi coltivate, mescolate all'interno di una matrice di collagene e gel e ancorate all'interno delle piastre di Petri appositamente progettate.

Quindi, queste cellule staminali ancorate sono state stimolate elettricamente da elettrodi posti in terreni di coltura differenziati, che hanno portato alla formazione in vitro di costrutti muscolari funzionali e maturi. L'immunofluorescenza ha confermato l'espressione di marcatori differenziati delle cellule muscolari scheletriche: actina, in rosso, e miosina, in verde.

Le cellule staminali somatiche si sono dimostrate promettenti anche come potenziali terapie rigenerative per i disturbi del sistema nervoso centrale. Con questo metodo, gli scienziati hanno prima raccolto tessuto neuronale di donatore da un feto di ratto transgenico che esprimeva la proteina fluorescente verde e le cellule staminali neuronali isolate sono state trattate in una matrice di fibrina con un cocktail di fattori di crescita. Quindi, le cellule staminali neuronali trattate sono state iniettate nel sito della lesione del midollo spinale del topo ricevente. È stato dimostrato che le cellule del donatore innestate si sono integrate bene e hanno riempito le cavità nella lesione del midollo spinale.

Al fine di comprendere meglio come le cellule staminali somatiche si integrano nei tessuti dopo averle iniettate in un ospite, gli scienziati hanno sviluppato un metodo per etichettarle in vitro in modo fluorescente prima dell'iniezione. In questo esperimento, gli scienziati hanno raccolto cellule staminali somatiche dal midollo osseo di topo e le hanno trasfettate stabilmente con diversi geni proteici fluorescenti utilizzando un sistema di vettori virali Le cellule trasdotte sono state quindi iniettate nella vena caudale di un topo ricevente. Nel corso del tempo, gli organi sono stati prelevati dal topo ricevente e la microscopia a fluorescenza è stata utilizzata per tracciare la posizione delle cellule nei vari tessuti.

Hai appena visto il video di JoVE sulle cellule staminali somatiche. Questo video ha trattato i principi alla base della rigenerazione dei tessuti da parte delle cellule staminali somatiche, come queste cellule possono essere isolate e studiate e la loro potenziale applicazione nella medicina rigenerativa. Poiché le cellule staminali somatiche svolgono un ruolo così critico nella rigenerazione di un'ampia gamma di tessuti, la comprensione dei meccanismi che regolano questa classe di cellule è un'area attiva di ricerca nella medicina rigenerativa. Come sempre, grazie per la visione!