Appunti Biologia cellulare 08/03

Subito sopra troviamo lo strato della granulosa e qui le cellule sono saldamente attaccate le une alle alte, a

formare un unico strato.

Ancora più sopra, troviamo delle squame (cellule morte), che non hanno più gli organuli, appiattite e piene di

cheratina compattata.

Vediamo un immagine in cui si osservano le papille ingrandite del derma.

Si vede che fra derma ed epidermide, c’è colorata di giallo la lamina basale. A contatto diretto con la lamina

basale, quindi nello strato basale dell’epidermide, si trovano le cellule staminali, che sembrano raggruppate in

corrispondenza delle punte delle papille del derma. Queste cellule sono in grado di dividersi, e lo fanno

raramente generando asimmetricamente dei progenitori, che invece si dividono molto frequentemente, ma per

un tempo limitato. Sono i progenitori che si amplificano in transito, quindi che escono dallo strato basale e si

dividono un elevato numero di volte, generando una progenie numerosa che poi comincia a differenziarsi e ad

uscire dallo strato basale, dirigendosi verso l’esterno (verso l’alto). In genere negli esseri umani, il periodo che

va dalla generazione di una cellula nello strato basale per divisione al momento in cui questa verrà persa come

una scaglia piena di cheratina, è di circa 30 giorni. Nel momento in cui il progenitore, che si amplifica in

transito, genera una cellula, questa andrà incontro a differenziamento per diventare un cheratinocita ( perché

queste cellule staminali sono unipotenti, cioè sono in grado di generare un solo tipo di cellule differenziate), ma

prima di diventare un cheratinocita maturo terminalmente differenziato, come abbiamo visto dagli strati, passa

attraverso una successione di stati diversi, in cui diversi sono i livelli di espressione genica. Questa cellula

quindi per raggiungere il differenziamento terminale,passa attraverso una successione di trasti diversa, con una

diversa espressione genica.

È possibile ottenere le cellule dello strato basale, dissociandole dall’epidermide intatta e farle amplificare in

vitro, ottenendo sia delle cellule indifferenziate ma anche delle cellule differenziate.

In questi studi è stato visto che il contatto con la lamina basale quindi in particolare il contatto con la beta-1-

integrina, che ne media proprio l’adesione di queste cellule alla lamina basale, è correlato con il potenziale

proliferativo e la clonogenicità. Gli scienziati hanno dimostrato che data la nicchia staminale, la cellula

staminale dell’epidermide se ne sta in corrispondenza delle papille del derma, a contatto con la lamina basale, in

particolare con la beta-1-integrina, che media l’adesione di questa cellula staminale sulla lamina basale. Nel

momento in cui la cellula perde l’adesione alla lamina basale, mediata dalla beta -1-integrina, viene meno in

questa cellula il potenziale proliferativo e anche il potenziale clonogenico, quindi è chiaro che se io in vitro

voglio far aumentare il numero di cellule indifferenziate staminali, devo in qualche modo prevedere il contatto

con l’adesione su una simil lamina basale, mediato dalla beta-1-integrina. Queste cellule staminali si dividono

non frequentemente, quindi se il loro Dna per esempio è stato marcato con la bromodiossiuridina, questa viene

diluita molto lentamente proprio perché queste cellule non si dividono frequentemente. Chi si divide

frequentemente è la cellula progenitrice, che si amplifica in transito. Queste cellule staminali sono state tra le

prime ad essere state studiate, perché sono tra le cellule staminali adulte, le più facili da ottenere rispetto ad altre

cellule staminali in altri distretti.

Fra l’altro, parlando di medicina rigenerativa (terapia cellulare), queste cellule staminali sono da molto tempo

utilizzate nei trapianti di pelle. Il dottor Howard Green a Boston, nei primi anni 80, utilizzò queste cellule

staminali dell’epidermide che erano derivate e poi espanse in vitro, da biopsie della cute sana di tre piccoli

pazienti ustionati; queste cellule furono espanse ed utilizzate per il primo trapianto di pelle su questi bambini

che avevano subito delle estese ustioni.

Pensate che una singola cellula staminale, l’oloclone, può in vitro, se sono soddisfatte certe condizioni,

dividersi per un numero tale di volte da generare l’intera superficie epidermica di un essere umano. Anche nella

cornea ci sono le cellule staminali e il rinnovamento e la riparazione di questa,dipendono proprio dalla presenza

di cellule staminali corneali, la cui nicchia è il limbus, che è una piccola ristretta zona che si trova tra la cornea

e la congiuntiva.

La cornea dev’essere trasparente e questa trasparenza è indispensabile perchè la capacità visiva sia mantenuta,

quindi non ci deve essere vascolarizzazione dello stroma e l’epitelio corneale deve essere integro e trasparente.

Tuttavia delle ustioni, sia termiche o con sostanze chimiche, possono distruggere il limbus e con esso possono

uccidere le cellule staminali limbari e portare quindi a un deficit di queste.

In tali condizioni, la cornea non si mantiene più trasparente, perché viene ricoperta da un epitelio che deriva

dalla congiuntiva e questo processo porta a neovascolarizzazione\opacizzazione e quindi alla perdita della

capacità visiva. Per cui se abbiamo il limbus e le cellule staminali del limbus distrutte in un occhio a causa di

ustioni oculari di diversa natura, si capisce che in queste condizioni anche un trapianto di cornea da donatore

(tradizionale trapianto allogenico di cornea) non può attecchire proprio perché mancano le staminali. Se però

nell’altro occhio per esempio fosse rimasto anche un piccolo residuo di limbus non danneggiato, da una biopsia

di solo un mm ^2 è possibile ottenere un numero di cellule staminali, che fatte espandere in laboratorio possono

formare un lembo che può essere poi trapiantato nel paziente; questo si configura come autotrapianto, che è

destinato ad avere successo e a garantire una cornea trasparente e stabile nel tempo e quindi un pieno recupero

della capacità visiva. Non ci sono in questo caso problemi di rigetto perché le cellule sono dello stesso paziente.

Questa procedura è un vero e proprio farmaco a base di cellule staminali; è una terapia avanzata ( trapianto

autologo) che nel 2008 è stata brevettata e riconosciuta come farmaco dal professore Michele de Luca,

insieme alla professoressa Graziella Pellegrini, coadiuvati dall’industria farmaceutica Chiesi Farmaceutici

Spa.

In un occhio sano, l’epitelio corneale si innova ogni 9 \12 mesi.

In foto si vede il lembo holoclar di cellule staminali corneali, pronte per essere trapiantate nell’occhio del

paziente, il cui limbus è stato distrutto per un ustione per esempio;quindi a partire da una piccolissima biopsia

di un millimetro quadrato in cui possono essere presenti un migliaio di cellule staminali, sufficienti per partire e

poi espandere il pool e ottenere il lembo per il trapianto.

Il rivestimento dell’intestino è un epitelio monostratificato e nell’intestino tenue sono presenti delle

estroflessioni filiformi che si chiamano villi, e che permettono di aumentare la superficie assorbente. In questo

epitelio monostratificato intestinale, alla base delle cripte, fra cellule differenziate mature, ci sono le cellule

staminali adulte dell’intestino. Differente dalla cellula staminale dell’epidermide è quella intestinale, che è

multipotente e non quindi unipotente. Questo vuol dire che può generare una progenie che si differenzia in molti

tipi cellulari. In figura si vede i quattro tipi cellulari differenziati che sono presenti nell’epitelio intestinale e che

derivano dalla cellula staminale multipotente.

Come si vede, vi sono gli enterociti, le cellule caliciformi o mucipare, le cellule enteroendocrine e le cellule di

Paneth. Gli enterociti sono le cellule assorbenti che assorbono nutrienti, e sono cellule spiccatamente

polarizzate, come si vede dal fatto che la porzione apicale con i microvilli è bene diversa dalla porzione basale.

Le cellule caliciformi sono cellule mucipare che secernono muco, le cellule enteroendocrine invece secernono

ormoni peptidici andando ad agire anche su altre cellule intestinali, mentre le cellule di Paneth sono parte del

sistema di difesa immunitario innato e secernono tutta una serie di proteine con funzione antibatterica.

Se questa è una cripta, ecco che alla base della cripta sono presenti queste cellule staminali multipotenti

dell’intestino rare che si dividono lentamente, ovvero hanno un tempo di generazione maggiore di 24 h. Alla

base della cripta stanno vicino a cellule differenziate che sono le cellule di Paneth e si vede che nel momento in

cui la cellula staminale si divide genera un progenitore che si amplifica in transito. Come si vede in questa

rappresentazione schematica, in cui c’è uno zoom sulla cripta nell’intestino, alla base della cripta in rosso ci

sono le cellule staminali che come tutte le staminali adulte sono rare nel tessuto in cui si trovano (poche cellule

rispetto alle altre, come si può ben vedere) e sono cellule che hanno un ciclo cellulare lungo con un tempo di

generazione che risulta essere maggiore di 24h.

Quando queste cellule per divisione asimmetrica generano quei progenitori che si amplificano in transito,

quindi che si dividono per un tempo limitato ma molto frequentemente, ecco che queste escono dalla nicchia e

vanno a costituire questo strato colorato di giallo, in cui ci sono cellule il cui ciclo cellulare è più breve, di circa

12 h.

La direzione della freccia ci fa vedere che questi progenitori è come se differenziandosi, procedessero verso

l’estremità, quindi verso il lume intestinale, ma questa direzione per esempio non riguarda uno dei quattro tipi

cellulari di cui abbiamo parlato, che sono le cellule di Paneth, che differenziate rimangono alla base della

cripta, accanto alle cellule staminali, quelle che si dividono lentamente.

Grazie alla presenza di questa popolazione staminale, che si divide lentamente ma che genera dei progenitori

che invece si dividono molto frequentemente, seppure limitatamente nel tempo, l’epitelio viene di fatto

rigenerato ogni pochi giorni.

Quindi l’epitelio intestinale è caratterizzato da un ritmo di produzione cellulare che procede velocemente da

una fase all’altra del ciclo cellulare.

Una volta che hanno raggiunto l’apice, queste cellule verranno estruse nel lume intestinale. Numerosissimi per

esempio sono gli studi effettuati in modelli animali di rigenerazione dell’intestino in seguito ad esposizione con

un agente citotossico. Infatti dopo trattamento\esposizione a delle radiazioni o altri agenti citotossici, 3\4\5

giorni dopo a queste esposizioni, si comincia ad osservare la rigenerazione dell’intestino stesso, si assiste

proprio a questa costante migrazione delle cellule da