CARATTERIZZAZIONE FUNZIONALE, RUOLO FISIOLOGICO
E POTENZIALI APPLICAZIONI TERAPEUTICHE
Aggiornamento sulla ricerca (novembre 2011)
Presupposti scientifici
Nonostante il sistema nervoso centrale possieda una limitata capacità rigenerativa, sono state identificate delle cellule staminali in grado di proliferare e differenziarsi in neuroni e glia. Queste cellule staminali neurali (NSC) sono state trovate nelle principali zone neurogeniche, come la zona sottoventricolare e l’ippocampo, ma anche il canale centrale del midollo spinale. Benché la capacità proliferativa e differenziativa di tali tipi cellulari sia stata ampiamente studiata, la loro applicabilità clinica è ancora controversa. I principali limiti sono la difficile reperibilità, dato che risiedono in zone inaccessibili, la ridotta capacità proliferativa, che decresce esponenzialmente all’aumento dell’età, e la scarsa capacità di differenziamento neuronale in vivo.
Nel 2009 il nostro gruppo di ricerca ha identificato una nuova popolazione di cellule immature nelle leptomeningi encefaliche di ratto adulto. Queste cellule hanno mostrato una notevole capacità proliferativa e un sorprendente potenziale differenziativo neuronale. Considerata la loro permanenza nell’animale adulto, il loro potenziale proliferativo e la loro capacità di differenziamento neuronale sia in vivo che in vitro, abbiamo denominato questa popolazione cellulare Leptomeningeal Stem/progenitor Cells (LeSC). Abbiamo quindi focalizzato i nostri studi sulle meningi del midollo spinale, per verificare se al loro interno fossero presenti LeSC, se queste avessero un ruolo fisiologico nel midollo spinale normale e se venissero coinvolte in seguito alla lesione traumatica del tessuto midollare spinale. In questa progettualità siamo stati sostenuti da subito dal Gruppo di Animazione Lesionati Midollari (GALM) di Verona e dalla FAIP (Federazione Associazioni Italiane Paratetraplegici), a cui va la nostra sincera riconoscenza.
Risultati finora ottenuti
In questi ultimi 3 anni abbiamo caratterizzato le meningi del midollo spinale dal punto di vista delle componenti cellulari ed extracellulari. I nostri dati indicano che anche nelle meningi del midollo spinale dell’animale adulto è presente una nicchia di cellule staminali, che include anche progenitori neurali come i neuroblasti immaturi.
Abbiamo quindi studiato la risposta della nicchia meningeale ad un trauma midollare.
La nicchia staminale delle meningi si attiva in risposta a trauma midollare aumentando la componente più staminale, il numero delle cellule in attiva proliferazione e i progenitori neurali.
Abbiamo inoltre testato la capacità di espansione e differenziamento delle cellule derivate da tessuto menigeo del midollo spinale di ratto adulto. In coltura le cellule crescono come neurosfere, mostrando un fenotipo eterogeneo di staminalità e tipico dei precursori neurali. La crescita è esponenziale e la coltura può essere mantenuta per mesi. Le cellule espanse in vitro sono state indotte al differenziamento neurale.
Sono stati ottenuti neuroni con proprietà funzionali, tra cui la capacità elettrofisiologica di sostenere potenziali d’azione e l’espressione di componenti proteici della sinapsi. E’ stato inoltre possibile ottenere la differenziazione pressoché completa della popolazione di LeSC in oligodendrociti maturi esprimenti mielina.
Infine, è stato dimostrato il coinvolgimento di questa popolazione staminale meningea nei meccanismi di riparazione successivi al trauma midollare indotto nell’animale da esperimento, gettando le basi per verificare un loro possibile impiego, dopo espansione in vitro, a fini terapeutici. I risultati di questi primi studi hanno portato alla stesura di un articolo scientifico, che è stato recentemente accettato dalla rivista Stem Cells (Impact Factor 7.871) e verrà a breve pubblicato con speciale menzione, oltre a ulteriori pubblicazioni su rivista o in atti di congressi internazionali, come di seguito riportato.
Progetti futuri del nostro gruppo di ricerca
Visti i risultati incoraggianti ottenuti fino ad ora, il passo successivo che ci proponiamo di affrontare è quello di iniziare uno studio preclinico per testare il potenziale terapeutico delle cellule staminali delle meningi in un modello animale di lesione del midollo spinale. A questo scopo abbiamo cercato di coinvolgere i massimi esperti internazionali nel settore delle cellule neurali staminali per produrre risultati significativi nei tempi più brevi possibili. Tra questi, la Prof.ssa Sally Temple, Direttore del New York Neural Stem Cell Institute dell’Università di Albany, NY, USA, (http://www.nstemcell.org), che ha accettato di essere coinvolta nel progetto e di fornirci il suo supporto scientifico e logistico allo svolgimento della ricerca. A tale scopo, la D.ssa Ilaria Decimo e il Dr. Francesco Bifari faranno uno stage di un anno, a partire da gennaio 2012, presso l’Istituto della Prof.ssa Temple. E’ nostro auspicio che questo progetto possa avere una notevole espansione, dando la possibilità di trasferire le ricerche di base in ambito clinico.
Allo stesso tempo, presso i laboratori dell’Università di Verona proseguiranno gli altri progetti relativi a:
- isolamento e caratterizzazione fenotipica e funzionale delle LeSC da meningi umane; il 9/5/2011, infatti, il Laboratorio di Ricerca sulle Cellule Staminali è stato autorizzato dal Comitato Etico dell’Azienda Ospedaliera Universitaria Integrata Verona alla raccolta di campioni bioptici di meningi umane da paziente sottoposto ad intervento neurochirurgico d’elezione per altre cause. Dati preliminari dimostrano che è possibile ottenere LeSC anche da meningi umane ed è attualmente in corso la procedura di caratterizzazione, analogamente a quanto effettuato nel modello animale.
- studio dell’effetto immunoregolatorio delle LeSC in modelli murini di sclerosi multipla, in collaborazione con il gruppo del Prof. Bonetti della Neurologia; questo progetto è rivolto allo studio delle possibilità terapeutiche delle LeSC nei confronti di patologie autoimmunitarie del sistema nervoso centrale, caratterizzate dalla demielinizzazione di aree cerebrali e del midollo spinale