Medicina rigenerativa e cellule staminali

Le cellule staminali offrono una speranza senza precedenti per la cura e forse la guarigione di tessuti gravemente danneggiati che non possono essere salvati nemmeno dai trattamenti farmacologici o chirurgici più avanzati. Questa prospettiva ha aperto la strada ad un nuovo paradigma nella gestione di malattie complesse, la cosiddetta “Medicina Rigenerativa”, che ha la potenzialità di guarire malattie oggi cronicizzate e di aiutare un invecchiamento sano e attivo, con eccezionali ricadute di natura socioeconomica.

Il settore della Medicina Rigenerative e delle Cellule Staminali ha ricevuto un notevole impulso dalla recente osservazione che mediante trasferimento genico con vettori virali di soli tre-quattro geni, può essere possibile riprogrammare cellule somatiche umane adulte non-staminali (es. fibroblasti della cute) o cellule staminali umane adulte multipotenti (es. cellule staminali mesenchimali) fino a diventare addirittura cellule staminali simil-embrionali. Accanto a questo scenario prettamente scientifico si è aperto anche un complesso contesto normativo ed economico. Infatti, nell’ambito di una terapia cellulare, le cellule staminali si configurano giuridicamente come farmaci e come tali devono essere quindi isolate, caratterizzate, espanse e crioconservate secondo modalità strettamente codificate a livello internazionale (le cosidette “GMP”). Dal punto di vista economico, le ricadute della Medicina Rigenerativa sono cruciali per la sostenibilità dei costi della sanità pubblica in una popolazione sempre più anziana. Il fatturato dei prodotti a base cellulare cresce ad un ritmo del 10-15% /anno e si prevede che raggiungerà i 6.6 M$ nel 2016.

L’INBB è attivo nel campo soprattutto nell’ambito del Laboratorio di Biologia Molecolare e Bioingegneria delle Cellule Staminali dell’INBB presso l’Università di Bologna, con la realizzazione di strategie innovative di medicina rigenerativa del danno cardiovascolare. Sempre come risultato delle attività del Laboratorio INBB sono state identificate molecole naturali in grado di fungere da registi della cardiogenesi in cellule staminali e sono state sintetizzate nuove molecole a “logica differenziativa e paracrina”. Sono stati sviluppati cocktails di molecole naturali in grado di aumentare l’attività paracrina di cellule mesenchimali staminali umane, anche a supporto della sopravvivenza e funzionalità in vivo di isole pancreatiche. E’ stata prodotta la prima evidenza in letteratura della capacità di campi magnetici di modulare il grado di multipotenza della cellule staminali, assieme alla loro capacità differenziativa verso fenotipi multipli. E’ stata prodotta la prima evidenza in letteratura della possibilità di riprogrammare con campi elettromagnetici cellule umane adulte somatiche non-staminali in senso cardiaco, neuronale e muscolare scheletrico, senza dover ricorrere a trasferimento genico con vettori virali e senza alterare in senso pro-oncogenico l’omeostasi cellulare. La scoperta della proprietà delle cellule di emettere vibrazioni nanomeccaniche rilevabili e udibili come onde sonore ha aperto prospettive senza precedenti per lo studio delle condizioni di salute cellulare e per la modulazione dei destini differenziativi cellulari. Nel tentativo di sviluppare sistemi di terapia cellulare rapidamente trasferibili in ambito clinico, sono stati realizzati per la prima volta un metodo ed un dispositivo capaci di isolare dal tessuto adiposo umano una frazione micronizzata contente una nicchia vasculo-stromale intatta e, al suo interno, cellule staminali mesenchimali e periciti. Tale forma di tessuto, a differenza del lipoaspirato, è crioconservabile, anche da donatore cadavere, senza alcuna perdita della architettura della nicchia vasculo-stromale e della vitalità dei suoi elementi cellulari. L’impegno dei ricercatori INBB nel settore specifico è anche riportato dalle relazioni sulle attività svolte presentate nell’ambito dei Convegni Nazionali INBB, tra i quali si ricordano quelli più recenti relativi al IX Convegno Nazionale INBB, tenutosi a Roma il 21-22 Ottobre 2010 e del X Convegno Nazionale INBB, tenutosi a Roma il 22-23 Ottobre 2012, il cui programma dettagliato con gli abstract delle relazioni è presente sul sito www.inbb.it

Di seguito vengono illustrate brevemente le linee di ricerca sulle quali i ricercatori INBB stanno indirizzando e indirizzeranno nel prossimo futuro la loro attività:

• Identificazione di molecole naturali registe della cardiogenesi.Questi studi hanno portato ad identificare le endorfine come registi naturali del processo della cardiogenesi in cellule staminali. Le ricerche hanno inoltre identificato per la prima volta la presenza di recettori nucleari e vie di trasduzione intranucleare del segnale per queste molecole.
• Sintesi di molecole innovative a logica differenziativa e paracrina. Per la prima volta sono stati sintetizzati esteri misti dell’acido ialuronico, butirrico e retinoico (HBR), capaci di agire con modulazione epigenetica e rimodellamento dello stato di acetilazione istonica, inducendo un notevole aumento mirato del differenziamento miocardico e vascolare di cellule staminali mesenchimali umane di diversa origine (midollo osseo, polpa dentaria, placenta a termine). Nel complesso, questi studi aprono la strada ad un salvataggio chimico, immediato e duraturo del miocardio infartuato, consentendo di evitare la formazione di tessuto fibroso cicatriziale e, nello stesso tempo, di mettere in sicurezza il tessuto cardiaco per i tempi necessari per avviare una terapia cellulare con trapianto di cellule staminali autologhe o allogeniche.
• Uso di energie fisiche per la medicina rigenerativa. Queste ricerche hanno dimostrato per la prima volta in letteratura la possibilità di utilizzare campi elettromagneitici a frequenza estremamente bassa o campi radioelettrici convogliati in modo asimmetrico per modulare la multipotenza delle cellule staminali, aumentare il potenziale differenziativo e paracrino staminale, riprogrammare cellule somatiche adulte non-staminali in elementi pluripotenti e cCombattere l’invecchiamento della popolazione staminale. Abbiamo inoltre dimostrato per la prima volta l’emissione di vibrazioni udibili da parte di cellule, aprendo la strada all’utilizzo del suono come “firma vibrazionale” di processi di trasformazione cellulare e come informazione utilizzabile per guidare il differenziamento e la riprogrammazione cellulare staminale e somatica.
• Sviluppo di nuovi metodi e device per l’isolamento di tessuti crioconservabili contenenti elementi mesenchimali e pericitari all’interno di una nicchia vasculo-stromale intatta. Queste ricerche hanno messo a punto un sistema ed un metodo basati sull’uso di forze meccaniche deboli per l’isolamento di una frazione micronizzata di grasso da lipoaspirati umani. Il prodotto risultante (Lipogems) è risultato essere crioconservabile, anche da donatore cadavere. Dal punto di vista biologico si tratta di un tessuto che contiene intatto al suo interno il microambiente in cui vivono le cellule staminali. Dal punto di vista normativo, il prodotto Lipogems è un derivato del tessuto adiposo con le caratteristiche di un prodotto minimamente manipolato che può essere facilmente iniettato in modo autologo nel soggetto donatore. La procedura generale è molto veloce e sicura, non richiede l’espansione o la manipolazione delle cellule staminali, e quindi non è soggetta ad alcuna delle restrizioni imposte dalle normative di buona fabbricazione.

Oltre al Laboratorio Nazionale INBB di Biologia Molecolare e Bioingegneria delle Cellule Staminali attivo presso l’Università di Bologna, diverse UdR INBB operano nella Piattaforma relativa a “medicina rigenerativa e cellule staminali”: in primo luogo le UdR delle Università di Napoli Federico Secondo e di Pavia

ALCUNE PUBBLICAZIONI RECENTI

• Cavallari G, Olivi E, Bianchi F, Neri F, Foroni L, Valente S, La Manna G, Nardo B, Stefoni S, Ventura C. Mesenchymal stem cells and islet cotransplantation in diabetic rats: improved islet graft revascularization and function by human adipose tissue-derived stem cells preconditioned with natural molecules. Cell. Transplant. 21:2771-2781, 2012
• Cantoni S, Galletti M, Zambelli F, Valente S, Ponti F, Tassinari R, Pasquinelli G, Galiè N, Ventura C. Sodium butyrate inhibits platelet-derived growth factor-induced proliferation and migration in pulmonary artery smooth muscle cells through Akt inhibition. FEBS J. 280:2042-2055, 2013.
• Cantoni S, Cavallini C, Bianchi F, Bonavita F, Vaccari V, Olivi E, Frascari I, Tassinari R, Valente S, Lionetti V, Ventura C. Rosuvastatin elicits KDR-dependent vasculogenic response of human placental stem cells through PI3K/AKT pathway. Pharmacol. Res. 65:275-284, 2012
• Lionetti V, Ventura C. Regenerative medicine approach to repair the failing heart. Vascul. Pharmacol. 58:159-163, 2013
• Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Gualini S, Fontani V, Ventura C. Radiofrequency energy loop primes cardiac, neuronal, and skeletal muscle differentiation in mouse embryonic stem cells: a new tool for improving tissue regeneration. Cell Transplant.; 21:1225-1233, 2012
• Rinaldi S, Maioli M, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Gualini S, Margotti ML, Carta A, Fontani V, Ventura C. Regenerative treatment using a radioelectric asymmetric conveyor as a novel tool in antiaging medicine: an in vitro beta-galactosidase study. Clin. Interv. Aging 7:191-194, 2012
• Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Gualini S, Cavallini C, Fontani V, Ventura C. Radio electric conveyed fields directly reprogram human dermal skin fibroblasts toward cardiac, neuronal, and skeletal muscle-like lineages. Cell Transplant. 22:1227-1235, 2013
• Collodel G, Fioravanti A, Pascarelli NA, Lamboglia A, Fontani V, Maioli M, Santaniello S, Pigliaru G, Castagna A, Moretti E, Iacoponi F, Rinaldi S, Ventura C. Effects of regenerative radioelectric asymmetric conveyer treatment on human normal and osteoarthritic chondrocytes exposed to IL-1β. A biochemical and morphological study. Clin. Interv. Aging 8:309-316, 2013
• Maioli M, Rinaldi S, Santaniello S, Castagna A, Pigliaru G, Delitala A, Lotti Margotti M, Bagella L, Fontani V, Ventura C. Anti-senescence efficacy of radio-electric asymmetric conveyer technology. Age (Dordr). 2013 May 9. [Epub ahead of print]
• Bianchi F, Maioli M, Leonardi E, Olivi E, Pasquinelli G, Valente S, Mendez AJ, Ricordi C, Raffaini M, Tremolada C, Ventura C. A new non-enzymatic method and device to obtain a fat tissue derivative highly enriched in pericyte-like elements by mild mechanical forces from human lipoaspirates. Cell Transplant. 2013;22(11):2063-77