Biologia delle cellule staminali e della rigenerazione (BSR-A e BSR-B)

APC.Utilizzo clinico delle MSCs – (Lez.2) 08.11

Innanzitutto l'uso clinico di queste cellule può provocare certi problemi, tra cui la via di somministrazione dove la somministrazione endovenosa è considerata essere migliore rispetto a una somministrazione topica, tuttavia se ricordiamo abbiamo detto che quando somministriamo queste cellule uno dei limiti è che formano degli accumuli e aggregati nei letti capillari, in particolare avevamo parlato del letto capillare polmonare, per cui se pensiamo l'uso endovenoso in malattie neurologiche infiammatorie, come la sclerosi multipla in forme refrattarie e ogni terapia possibile, il rischio è che questa somministrazione possa creare un ingorgo nel microcircolo cerebrale potendo manifestare eventi ischemici a livello cerebrale simulando un ictus. Non sappiamo in realtà esattamente dove vadano a finire queste cellule e non è neanche del tutto noto se questa somministrazione, la

più semplice di tutte sia come endovenosa ma anche intra-arteriosa, in realtà non si sa se questa somministrazione sistemica sia correlata anche con unapiù rapida clearance e scomparsa di queste cellule sia dal circolo che dal sito stesso in cui vorremmo si accumulino. Quindi probabilmente potremmopensare sia migliore la via di somministrazione topica, che rende nulli i rischi trombotici e embolici, potremmo agire in questo modo somministrandoledirettamente nel locus di interesse, quindi per esempio in ischemia miocardica iniettandole direttamente nella zona infartuata, oppure per esempionelle fistole del morbo di Chron per riparare i danni della patologia. Questo peraltro ci consente anche di studiare meglio l’attività di queste cellule apro differenziazione in cellule dell’ospite rigenerando quelle cellule perdute, oppure studiando se esse stesse rimpiazzano cellule necrotiche.Ovviamente non è sempre facile fare somministrazione topica,

come abbiamo detto per esempio per l'infarto del miocardio non è così semplice accedervi. Ci sono altre applicazioni poi un po' più anche fantasiose, per esempio in alcune patologie in cui si deve rimpiazzare cellule nervose, invece di somministrare nell'encefalo direttamente, potremmo pensare una somministrazione intratecale, come tanti farmaci che funzionano così. Ma anche in alcune patologie oculari come malattie retiniche o anche malattie della parte anteriore dell'occhio con somministrazioni intravitreali. Altro problema, successivo alla somministrazione, nell'usare cellule allogeniche potremmo pensare a problemi di rigetto, e abbiamo detto che sono cellule facilmente tollerate perché hanno bassa immunogenicità perché non esprimono gli MHC-II e peraltro hanno bassa espressione degli MHC-I, potendo allora sfuggire al meccanismo di riconoscimento immunitario dell'accettore. Inoltre sono anche cellule chedi sicuro non sono riconosciute bene e lo vediamo anche in vitro dove uno dei test più semplici è l'uso di una coltura mista, per cui se prendiamo cellule T di un soggetto A mettendole con cellule di sangue periferico di soggetto B irradiate (perché così non proliferano, perché poi voglio vedere la proliferazione delle cellule T), sappiamo che le cellule T di A proliferano tantissimo riconoscendo queste cellule non autologhe del soggetto B. Se mettiamo le cellule T del soggetto A e le testiamo in presenza di cellule staminali mesenchimali irradiate in modo che esse stesse non proliferino, vedremo che le cellule T rispondono in modo bassissimo. Quindi sono scarsamente immunogene sotto questo aspetto. Lo vediamo in figura, dove la prima colonna è il caso negativo, mentre nella colonna 2 si vede la crescita delle cellule T con le PBMC (ovvero cellule di sangue periferico) e poi nella terza in presenza di MSC.

attività particolare, ricordando che sono cellule che non solo mancano degli MHC, ma mancano anche dei fattori CD80-86 e CD40 di costimolo, sono state a lungo considerate come cellule immuno-privilegiate (come camera anteriore dell'occhio o le gonadi), anche se non è un termine del tutto corretto, perché è vero che non esprimono gli MHC-II spontaneamente ma risentono degli stimoli fisiologici di upregolazione degli MHC e se ricordiamo l'immunologia, gli interferoni tra cui l'IFN-gamma e IFN-alfa, sono capaci di agire sui geni che codificano per gli antigeni di istocompatibilità upregolandone l'espressione. Per cui in realtà non sono del tutto zone immuno-privilegiate perché possono sotto certi casi, ovvero questo appena descritto in presenza degli IFN, possono esprimere MHC-II. Allora delle cellule stromali allogeniche del midollo osseo, ovvero MSC, possono essere riconosciute e uccise dal sistema immunitario. Allora

in grado di stimolare la produzione di globuli rossi in modo più duraturo rispetto al topo singenico. Questo potrebbe essere dovuto a differenze genetiche tra i due tipi di topi o a diversi meccanismi di regolazione dell'eritropoiesi.riconosciute dal sistema immunitario e quindi uccise. Ci sono anche altre indicazioni di questo "rigetto", anche se poi non è un vero rigetto, per cui nei pazienti che sono stati trattati con MSCs per una condizione patologica che consegue a un trapianto di midollo anche autologo che si manifesta con eruzioni cutanee, effetti epatici ecc... è stato visto che in un 15% di questi soggetti si ha sviluppo di allo-anticorpi verso queste MSCs. Nonostante però siano riconosciute, grossi problemi dal punto di vista degli effetti collaterali post-somministrazioni non se ne vedono, quindi non si ha per esempio la febbre, esantemi, e quindi in realtà questo rigetto è veramente sotto traccia. C'è anche un'altra possibilità, per cui non si sa come funzionino del tutto, ma forse funzionano attraverso il sistema immunitario dell'ospite e quindi potrebbe non essere un evento deleterio ma vantaggioso. Per cui si pensa nonsistemi di rilascio controllato di farmaci, in modo da poter veicolare specifiche molecole terapeutiche direttamente nel sito di interesse. Questo potrebbe aumentare ulteriormente l'efficacia delle cellule staminali mesenchimali nel trattamento di diverse patologie. Inoltre, è importante considerare anche l'ottimizzazione delle condizioni di coltura delle cellule staminali mesenchimali. Ad esempio, è possibile utilizzare mezzi di coltura specifici che favoriscano la proliferazione e la differenziazione delle cellule in modo più efficiente. Inoltre, è possibile utilizzare tecniche di ingegneria genetica per modificare geneticamente le cellule staminali mesenchimali al fine di potenziarne le proprietà terapeutiche. In conclusione, ci sono diverse strategie che possono essere utilizzate per aumentare l'attività e gli effetti terapeutici delle cellule staminali mesenchimali. Queste includono l'utilizzo di tecniche di trasfezione genica, l'ottimizzazione delle condizioni di coltura e l'ingegneria genetica delle cellule. L'obiettivo finale è quello di sviluppare terapie più efficaci e personalizzate utilizzando queste cellule versatili e promettenti.un ambiente ipossico, ovvero mediante una hypoxia priming. A livello dei tessuti infatti non si trova mai uno stato di normossia al 20% ma siamo sempre a tensioni di ossigeno minime, soprattutto in tessuti necrotici siamo in condizioni che variano tra 1% e 10%. Se allora si infonde cellule abituate a stare al 20%, se le mettiamo all'1% poi muoiono tutte, allora un trucco è di coltivarle fin da subito a una tensione di ossigeno bassa e quindi andarle a precondizionare sulla base dell'ipossia. Questo è un caso molto utile nel caso di ischemia di perfusione in cui di sicuro abbiamo un ambiente a bassa tensione di ossigeno, oppure per esempio in alcuni modelli sperimentali di danno a livello polmonare per esempio quelli indotti con il trattamento con Neomicina che induce fibrosi polmonare in modelli di topo, oppure in danno polmonare a topo o ratto indotto da radiazione, oppure tramite ventilazione meccanica e quindi pensiamo anche alle possibili applicazioni nella.

La fibrosi polmonare è una condizione clinica caratterizzata dalla formazione e accumulo di tessuto cicatriziale nei polmoni. Alcuni dei rischi associati all'applicazione di cellule staminali in questo contesto sono potenziali rischi trasformativi. Sebbene le cellule staminali abbiano una capacità di differenziarsi inferiore rispetto alle cellule staminali germinali, in alcuni casi sono state osservate trasformazioni in modelli animali, ma non è mai stato osservato negli esseri umani. Inoltre, non sono mai state osservate trasformazioni in vitro, quindi le cellule staminali possono essere conservate per diversi passaggi senza trasformarsi.

Un altro rischio è il rischio trombotico nel microcircolo. Sebbene molti trial clinici non citino mai eventi tromboembolici come effetti avversi, è possibile che sia più un rischio potenziale che reale. Tuttavia, le cellule staminali possono esprimere fattori preoccupanti come il tissue factor, il che potrebbe indicare un'attività diversa rispetto alle normali cellule.

In base al tessuto da cui provengono e da cui le coltivo, per esempio cellule del bone marrow e cellule del tessuto adiposo. Altro rischio è il rischio infettivo, ma è anche vero che sono coltivate in condizioni asettiche, e per altro c'è anche da considerare che sono cellule che producono fattori come le LR37 che sono mediatori battericidi allora il rischio infettivo è molto basso.

Arriviamo però agli effetti positivi adesso delle MSCs, vedendo che un lavoro fatto quando ci fu l'esplosione dell'uso delle MSCs, uno dei principali modelli usati furono i babuini e per vedere il destino di queste MSCs è marcarle con GFP e una volta somministrate agli animali vediamo 9-21 mesi dopo che continuano a essere riscontrabili in tanti organi e tessuti e alcuni fin dall'inizio, ma anche dove sono presenti a 9 mesi si vedono anche 21 mesi dopo con lunga persistenza.

Per vedere l'uso delle MSCs vediamo il modello

dell'infarto miocardico, ci sono diverse evidenze soprattutto sperimentali che le MSCs potessero agire come delle cellule pro-angiogenetiche formando un letto vascolare, per cui in infarto infatti abbiamo alterazione del supporto dei cardiomiociti dovuto dall'interruzione di un ramo coronarico, per cui interessava capire se a livello di un tessuto dove non solo si ha necrosi, ma anche danno vascolare possiamo ricostituire nuovi vasi. E quello che venne visto è che queste cellule, anche quando d