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Creata la prima mappa completa dello sviluppo delle cellule staminali del sangue umano

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Scienziati e colleghi dell’UCLA hanno creato una tabella di marcia unica nel suo genere che traccia ogni fase dello sviluppo delle cellule staminali del sangue nell’embrione umano, fornendo agli scienziati un progetto per la produzione di cellule staminali del sangue completamente funzionali in laboratorio.

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La ricerca, pubblicata oggi sulla rivista Nature , potrebbe aiutare ad ampliare le opzioni di trattamento per tumori del sangue come la leucemia e malattie del sangue ereditarie come l’anemia falciforme, ha affermato la dott.ssa Hanna Mikkola dell’Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research presso UCLA, che ha guidato lo studio.

Le cellule staminali del sangue, dette anche cellule staminali ematopoietiche, hanno la capacità di fare copie illimitate di se stesse e di differenziarsi in ogni tipo di cellula del sangue nel corpo umano. Per decenni, i medici hanno utilizzato le cellule staminali del sangue dal midollo osseo dei donatori e dal cordone ombelicale dei neonati in trattamenti di trapianto salvavita per malattie del sangue e del sistema immunitario. Tuttavia, questi trattamenti sono limitati dalla carenza di donatori abbinati e ostacolati dal basso numero di cellule staminali nel sangue del cordone ombelicale.

I ricercatori hanno cercato di superare queste limitazioni tentando di creare cellule staminali del sangue in laboratorio da cellule staminali pluripotenti umane, che possono potenzialmente dare origine a qualsiasi tipo di cellula nel corpo. Ma il successo è stato sfuggente, in parte perché gli scienziati non hanno le istruzioni per far differenziare le cellule coltivate in laboratorio in cellule staminali del sangue autorinnovanti piuttosto che cellule progenitrici del sangue di breve durata, che possono produrre solo tipi limitati di cellule del sangue.

Vincenzo Calvanese (a sinistra) e Hanna Mikkola lavorano insieme all’UCLA sulla ricerca sulle cellule staminali del sangue dal 2012.
CREDITO: Eddy Marcos Panos (a sinistra);
Reed Hutchinson/UCLA

“Nessuno è riuscito a produrre cellule staminali del sangue funzionali da cellule staminali pluripotenti umane perché non sapevamo abbastanza della cellula che stavamo cercando di generare”, ha affermato Mikkola, professore di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo all’UCLA College e un membro del  Jonsson Comprehensive Cancer Center dell’UCLA.

La nuova tabella di marcia aiuterà i ricercatori a comprendere le differenze fondamentali tra i due tipi cellulari, che è fondamentale per creare cellule adatte all’uso nelle terapie di trapianto, ha affermato lo scienziato dell’UCLA Vincenzo Calvanese, co-primo autore della ricerca, insieme a Sandra dell’UCLA. Capellera-Garcia e Feiyang Ma.

“Ora abbiamo un manuale su come vengono prodotte le cellule staminali ematopoietiche nell’embrione e su come acquisiscono le proprietà uniche che le rendono utili per i pazienti”, ha affermato Calvanese, che è anche un capogruppo dell’University College di Londra. I dati non identificati sono disponibili al pubblico sul sito web  The Atlas of Human Hematopoietic Stem Cell Development.

Il team di ricerca, che comprendeva scienziati dell’Università tedesca di Tubinga e del Murdoch Children’s Research Institute in Australia, ha creato la risorsa utilizzando il sequenziamento dell’RNA unicellulare e la trascrittomica spaziale, nuove tecnologie che consentono agli scienziati di identificare le reti e le funzioni genetiche uniche di migliaia di singole cellule e per rivelare la posizione di queste cellule nell’embrione.

I dati consentono di seguire le cellule staminali del sangue mentre emergono dall’endotelio emogeno e migrano attraverso varie sedi durante il loro sviluppo, partendo dall’aorta e arrivando infine nel midollo osseo. È importante sottolineare che la mappa svela pietre miliari specifiche nel loro processo di maturazione, compreso il loro arrivo nel fegato, dove acquisiscono le abilità speciali delle cellule staminali del sangue.

Per spiegare il processo di maturazione, Mikkola confronta le cellule staminali del sangue immature con aspiranti chirurghi. Proprio come i chirurghi devono passare attraverso diverse fasi di formazione per imparare a eseguire interventi chirurgici, le cellule staminali del sangue immature devono spostarsi attraverso luoghi diversi per imparare a svolgere il loro lavoro come cellule staminali del sangue.

Il gruppo di ricerca ha anche individuato l’esatto precursore nella parete dei vasi sanguigni che dà origine alle cellule staminali del sangue. Questa scoperta chiarisce una controversia di lunga data sull’origine cellulare delle cellule staminali e sull’ambiente necessario per produrre una cellula staminale del sangue piuttosto che una cellula progenitrice del sangue.

Ora che i ricercatori hanno identificato specifiche firme molecolari associate alle diverse fasi dello sviluppo delle cellule staminali del sangue umano, gli scienziati possono utilizzare questa risorsa per vedere quanto sono vicini alla produzione di una cellula staminale del sangue trapiantabile in laboratorio.

“In precedenza, se avessimo provato a creare una cellula staminale del sangue da una cellula pluripotente e non fosse stata trapiantata, non avremmo saputo dove abbiamo fallito”, ha detto Mikkola. “Ora possiamo inserire le cellule nella nostra tabella di marcia per vedere dove stiamo riuscendo, dove non siamo all’altezza e mettere a punto il processo di differenziazione secondo le istruzioni dell’embrione”.

Inoltre, la mappa può aiutare gli scienziati a capire in che modo le cellule che formano il sangue che si sviluppano nell’embrione contribuiscono alla malattia umana. Ad esempio, fornisce le basi per studiare perché alcuni tumori del sangue che iniziano nell’utero sono più aggressivi di quelli che si verificano dopo la nascita.

“Ora che abbiamo creato una risorsa online che gli scienziati di tutto il mondo possono utilizzare per guidare la loro ricerca, il vero lavoro sta iniziando”, ha affermato Mikkola. “È un momento davvero emozionante per essere sul campo perché finalmente vedremo i frutti del nostro lavoro”.

La ricerca è stata supportata dal National Institutes of Health, dalla UCLA Jonsson Cancer Center Foundation, dalla David Geffen School of Medicine dell’UCLA, dal Swedish Research Council, dall’European Molecular Biology Organization, dalla Swiss National Science Foundation e dalla UCLA Broad Stem Cell Research Center (compreso il supporto della Rose Hills Foundation e il programma di formazione del centro).

Cellule staminali del sangue umano che emergono da cellule endoteliali specializzate nella parete di un’aorta embrionale.
La conferma di questo processo da parte degli scienziati dell’UCLA chiarisce una controversia di lunga data sull’origine cellulare delle cellule staminali.
CREDITO: Hanna Mikkola Lab/UCLA, Katja Schenke-Layland Lab/Università di Tubinga, Natura

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