Cellula staminale - biologia cellulare

Una cellula staminale è un tipo di cellula non ancora differenziata che, per questa ragione, può dividersi e formare altri tipi cellulari. Le cellule staminali sono presenti negli organismi eucarioti pluricellulari e, vista la natura stessa, non possono essere individuate nei procarioti o negli eucarioti monocellulari.

La presenza di poche linee di cellule staminali permette la sintesi di numerose altre cellule; un organismo, infatti, possiede diversi tipi cellulari che originano da poche linee staminali per differenziamento. A titolo di esempio, in un qualsiasi organo possono coesistere diverse decine di cellule differenti sia per morfologia sia per funzionalità che originano da una, o comunque poche, cellule staminali.

Lo studio, e la comprensione, dei meccanismi che portano al differenziamento delle cellule staminali è ancora poco chiaro, ma le prospettive, e l'impegno nella ricerca, sembrano offrire buone possibilità per gli sviluppo in questo settore. La comprensione del funzionamento delle cellule staminali può aprire la strada per lo studio e la cura di alcune patologie tra cui, ad esempio, i tumori.

Cellule staminali vegetali (meristematiche)

Negli animali, il processo che porta le cellule a differenziarsi è irreversibile. In altre parole, una volta formatasi una linea cellulare (ad esempio una cellula nervosa o muscolare) non è possibile tornare indietro. Le piante, invece, possono creare una cellula staminale (chiamata cellula del meristema) a partire da qualsiasi cellula. Questo processo è alla base della riproduzione asessuata delle piante che permette ai vegetali di riprodursi tramite frammentazioni di piccole porzioni di qualsiasi parte del corpo vegetale.

Differenze tra cellula staminale e cellula differenziata

Le differenze tra le cellule della linea staminale e le cellule già differenziate sono molte e possono essere classificate su due piani: morfologico e funzionale. Una cellula staminale possiede una morfologia molto più semplice rispetto a una cellula differenziata che si apprezza, ad esempio, nell'assenza di strutture particolari o nell'aliquota di organuli in essa presenti.

Anche dal punto di vista funzionale, una cellula staminale è solitamente limitata rispetto a una strutturalmente formata e differenziata.

Nell'immagine sopra proposta, volutamente semplificata, si mettono a confronto una cellula parietale (che sintetizza acido cloridrico) a livello della mucosa gastrica, e la cellula staminale dalla quale essa ha origine. Appare subito evidente che, nella cellula staminale, l'espressione degli organuli è minima, nella cellula parietale, invece, i mitocondri e l'apparato del Golgi risultano essere molto sviluppati.

Classificazione delle cellule staminali

Le cellule staminali possono essere classificate in base all'origine e alla loro capacità di dividersi in uno o più gruppi cellulari o citotipi.

Classificazione in base all'origine

Le cellule staminali sono presenti tanto nell'embrione quanto nell'individuo adulto. La classificazione, in tal senso, tiene conto della provenienza:

• Cellule staminali embrionali, sono presenti nelle prime fasi di divisione dell'embrione dopo la fecondazione solitamente quando il gruppo di cellule embrionali è ancora allo stadio di morula;
• Cellule staminali embrionali tardive, o cellule staminali germinali, che sono presenti in alcune strutture del feto;
• Cellule staminali adulte, presenti nell'individuo dopo la nascita.

Le staminali embrionali, specialmente quelle prelevate nei primi stadi di divisone, rappresentano delle cellule abbastanza importanti poiché da esse possono originarsi tutti i citotipi presenti nei tessuti adulti. Anche nell'adulto sono presenti alcune linee cellulari di natura staminale; nello strato base dell'epidermide, ad esempio, si trovano delle cellule staminali che si differenziano in tessuto epiteliale. Anche il midollo osseo è ricco di cellule staminali di differente tipo che, ad esempio, serviranno per l'emopoiesi.

Classificazione in base alla capacità di differenziamento

Una cellula staminale può differenziarsi in uno o più tipi cellulari, secondo un concetto noto con il termine di plasticità; in base alla capacità di formare differenti citotipi è possibile classificare le cellule staminali in:

• Cellule staminali unipotenti, capaci di differenziarsi in un solo tipo cellulare, ad esempio le cellule dello strato basale dell'epidermide.
• Cellule staminali multipotenti, che possono dare origine ad alcuni tipi di tessuto, ma non a tutti; un esempio è dato dalle cellule staminali ematopoietiche del midollo osseo.
• Cellule staminali pluripotenti, sebbene possano differenziarsi in qualsiasi tipo cellulare non sono "biologicamente" capaci di formare un organismo. La ragione di questa considerazione è da ricercare nelle prime fasi dello sviluppo, dove - solitamente tra il quinto e il sesto giorno di sviluppo dell'embrione - si formano due distinti tipi di cellule pluripotenti: il primo è più interno e forma l'embrione vero e proprio e il secondo, localizzato all'esterno, formerà gli annessi embrionali come il cordone ombelicale e la placenta.
• Cellule staminali totipotenti, sono in grado di formare qualsiasi tessuto e, a differenza delle pluripotenti, possono differenziarsi in cellule formanti l'embrione e anche in cellule formanti gli annessi.

Utilizzo terapeutico

La capacità di differenziazione in altri tipi cellulari ha messo le cellule staminali sempre più al centro dell'attenzione. Stimolando opportunamente la crescita di una cellula staminale potrebbe essere possibile ricreare un tessuto o, nei casi più complessi, un intero organo. Questo approccio potrebbe essere utilizzato per la cura d'importanti malattie e per trattare gli esiti di malattie in corso o concluse. Ad esempio, la lesione di un tessuto potrebbe essere riparata attraverso la somministrazione di una cura staminale. Le cellule, in coltura, potrebbero riparare la lesione e ripristinare la funzionalità dell'organo danneggiato.

Problematiche nell'utilizzo delle staminali

Fino a ora, nonostante gli sforzi scientifici, il guadagno derivante dall'utilizzo delle cellule staminali, nella lotta a molte patologie, si è rivelato modesto. Questo perché, nella differenziazione in vivo, ovvero all'interno di un organismo vivente, come quello di un uomo o di un animale, le cellule sono in continuo contatto con altre cellule e, a grandi linee, comunicano mediante segnali chimici che, in vitro, non è possibile riprodurre.

Cellule staminali e tumori

Uno studio, presentato sulla rivista "Science", ha concluso che la formazione di almeno i 2/3 di tutti i tumori sia del tutto casuale poiché è indipendente da qualsiasi fattore di rischio oppure condizione. Le cellule staminali - secondo lo studio - sarebbero le principali responsabili delle formazioni tumorali poiché dalle loro ripetute divisioni si generano delle rotture del DNA o, comunque, delle lesioni genetiche che portano alla formazione di cellule cancerose. Questo tipo di tumori sono molto aggressivi poiché i sistemi di controllo cellulare non sono sufficientemente efficaci per bloccare il ciclo cellulare e iniziare la cascata di eventi che porta alla morte cellulare per apoptosi.

Bibliografia

• Variation in cancer risk among tissues can be explained by the number of stem cell divisions. Cristian Tomasetti, Bert Vogelstein. Science 2 January 2015.