VIAGGIO NEL DNA DELLE ORGANIZZAZIONI

Il mantenimento(r)

Durante la formazione dell' organismo, le cellule embrionali staminali generano cellule progressivamente sempre più differenziate, tra cui le cellule staminali tessuto-specifiche o somatiche, in questo caso fetali. Il compito di queste ultime durante i successivi mesi di vita fetale è quello di generare le cellule mature del tessuto in cui risiedono, partecipando così al suo accrescimento, fino al raggiungimento del pieno sviluppo dell'organismo.

Oggi è possibile isolare, dal nodo embrionale della blastociti, e coltivare in vitro le cellule embrionali staminali, dando origine a linee cellulari che possono essere conservate per anni e spinte a differenziare in cellule appartenenti a tessuti specifici tramite esposizione a diversi tipi di stimoli. In linea teorica, le cellule embrionali staminali possono quindi ricapitolare in coltura il pattern di sviluppo e di differenziamento che presentano nell'organismo in toto.

Al termine dello sviluppo dell'organismo, il numero di cellule staminali somatiche declina gradualmente e si stabilizza sui valori che si ritrovano in età adulta. A questo punto, le cellule staminali somatiche acquisiscono altre importanti funzioni fisiologiche, finalizzate al mantenimento dell'integrità strutturale e funzionale dei tessuti.

Ciò avviene grazie alla capacità di queste cellule di sostenere il ricambio delle cellule danneggiate o andate distrutte in un tessuto in seguito a patologie di diversa origine e natura.

Anche le cellule staminali somatiche possono essere coltivate ed espanse in vitro, dando origine in alcuni casi specifici a vere e proprie linee cellulari che presentano la caratteristica di essere già specializzate a generare cellule mature del tessuto di origine.

In realtà, si è recentemente scoperto che il ventaglio di possibilità di differenziamento accessibile alle staminali somatiche è sorprendentemente più ampio di quello che si supponeva.

Riassumendo, quindi, sia le cellule staminali embrionali sia le somatiche adulte possono essere coltivate, espanse e differenziate così da ottenere cellule in abbondanza, da impiegarsi in diverse terapie basate sulla "sostituzione cellulare".

E' ormai noto come fenomeni di ricambio cellulare avvengano continuamente in molti tessuti maturi. Infatti, le cellule differenziate che compongono un tessuto muoiono in seguito a fenomeni fisiologici di invecchiamento o a causa di eventi patologici e vengono sostituite da nuove cellule mature.

Questa capacità rigenerativa che si mantiene anche nelle fasi tardive della vita adulta é legata alla esistenza delle cellule staminali somatiche.

Queste possiedono caratteristiche funzionali peculiari che permettono loro di espletare questa funzione vitale e che le distinguono nettamente dalla loro progenie, le cellule differenziate, le quali sono invece deputate a svolgere la funzione specifica del tessuto di appartenenza - conduzione di impulsi nervosi nel cervello, contrazione nei muscoli, funzioni metaboliche nel fegato e così via.

Le cellule staminali sono soprattutto riconoscibili per la loro peculiare capacità di autorinnovarsi, o automantenersi, in maniera teoricamente illimitata.

In termini pratici, l'automantenimento sottintende la capacità di una singola cellula, o di una popolazione cellulare, di perpetuare sé stessa indefinitamente, o almeno per tutta la durata della vita dell'organismo a cui questa appartiene.

Nei vertebrati il numero di cellule staminali all'interno di un determinato compartimento è regolato a livello di popolazione cellulare e l'automantenimento implica la capacità di una popolazione staminale di mantenere inalterato il numero delle cellule che la compongono.

 Questo avviene poiché le cellule staminali sono in grado di effettuare divisioni simmetriche in cui le due cellule figlie che sono generate sono identiche tra loro e alla madre (divisione simmetrica espansiva) o, in alternativa, identiche tra loro ma diverse dalla cellula madre staminale - sono cioè cellule più differenziate, dette progenitori (divisione simmetrica differenziativa).

 L'automantenimento è ottenuto grazie allo stabilirsi di un perfetto equilibrio numerico tra i due tipi di divisione simmetrica che hanno luogo all'interno della popolazione staminale nel suo insieme.

Se questo sistema permette di fare sì che il numero di cellule staminali si mantenga costante alla fine di ogni generazione cellulare - poiché viene generato un numero di cellule staminali pari a quello che si è diviso - esso offre inoltre l'enorme vantaggio di potere aumentare o diminuire il numero di cellule staminali all'interno di un tessuto nel caso questo divenisse necessario quando alcune cellule staminali fossero andate distrutte ed il loro numero fosse in calo, o in seguito a una eccessiva proliferazione che ne avesse inaspettatamente aumentato il numero.

Altra proprietà imprescindibile, caratteristica fondamentale delle cellule staminali, è la multipotenzialità, ovvero la capacità di dare luogo a una progenie differenziata comprendente tutti gli stipiti cellulari tipici del tessuto di residenza.

Il fenomeno di genesi delle cellule differenziate a partire da cellule staminali avviene attraverso il graduale restringimento della capacità di proliferazione e automantenimento della loro progenie.

In pratica, le cellule staminali somatiche danno origine a cellule intermedie che, nel loro insieme, costituiscono il cosiddetto compartimento dei progenitori di transito, cellule più differenziate rispetto alle staminali ma che mantengono la capacità di proliferare per un numero limitato e predeterminato di cicli mitotici, generando alla fine un elevato numero di cellule differenziate.

Da una singola divisione di una cellula staminale, grazie al compartimento di transito, vengono generate numerosissime cellule differenziate. Tale meccanismo consente la produzione di un consistente numero di cellule mature a fronte di un numero di divisioni delle cellule staminali estremamente ridotto.

In questo modo, il patrimonio genetico delle cellule staminali risulta protetto dal rischio di mutazioni che potrebbero accumularsi durante la replicazione del DNA che ha luogo ad ogni divisione cellulare.

L'esistenza di compartimenti cellulari multipli e gerarchicamente definiti, inoltre, permette di regolare la produzione di cellule mature, sia variando la velocità di proliferazione e la modalità di divisione all'interno del compartimento staminale, sia modulando la lunghezza di ciclo e il numero totale di divisioni nella popolazione di transito.

Si crea così un sistema di regolazione altamente integrato e flessibile, che consente di rispondere agli stimoli regolatori presenti nel tessuto ed è in grado di soddisfare le esigenze di ricambio cellulare spesso molto diverse che si presentano in un organo o tessuto nell'arco della vita adulta.

Quindi, il processo che accomuna tutti i compartimenti staminali somatici e la loro funzione di omeostasi tessutale può essere riassunto come un fenomeno dinamico in cui da una popolazione altamente immatura e a elevato potenziale proliferativo, che risiede negli strati profondi di un tessuto, si arriva alla neogenesi di cellule terminalmente mature e scarsamente o per nulla proliferanti che risiedono negli strati più esterni, passando attraverso la formazione di stipiti cellulari di transito con caratteristiche intermedie.