Cellule staminali del sangue coltivate all’ingrosso utilizzando PVA

Un ingrediente di colla era il segreto per far sì che le cellule del topo si moltiplicassero fuori dal corpo.



I ricercatori sono riusciti a far crescere un grande numero di cellule staminali emopoietiche in laboratorio usando un ingrediente sorprendentemente semplice trovato nella colla. E quando iniettati nei topi, le cellule hanno iniziato a produrre componenti chiave del sangue.

“Il risultato è molto inaspettato ed eccitante”, afferma John Dick, un biologo di cellule staminali presso il Prince Margaret Cancer Center di Toronto, in Canada.

Se la tecnica può essere applicata agli esseri umani, potrebbe essere usata per far crescere le cellule staminali del sangue per l’uso in persone con tumori del sangue come la leucemia, i cui sistemi immunitari sono stati danneggiati dalla chemioterapia. L’approccio potrebbe anche fornire un modo più sicuro per trattare le persone con disturbi del sangue, come la falciforme, che attualmente devono sottoporsi a una procedura rischiosa prima di ricevere un trapianto di midollo osseo.

I ricercatori hanno cercato per decenni di coltivare in laboratorio un gran numero di cellule staminali ematopoietiche (HSCs), che si rigenerano e danno origine ad altri componenti del sangue. Ma fino ad ora nessuno era stato in grado di produrre il numero necessario per innestare in modo affidabile – o iniziare a produrre cellule del sangue – una volta reintrodotto nel corpo.

Il biologo di cellule staminali Hiromitsu Nakauchi, che guida i team presso l’Università di Tokyo e la Stanford University in California, riporta a Nature il 29 maggio come il suo team è riuscito a coinvolgere con successo le HSC nei topi 1 . I ricercatori hanno dapprima ampliato un cluster di HSCs di topo fino a 900 volte il suo livello originale in appena un mese, quindi le hanno trapiantate in un diverso set di topi, dove hanno prosperato e sviluppato in componenti del sangue. “Questo è stato il mio obiettivo di vita”, dice.

Di solito, il sistema immunitario di un animale cercherà di distruggere le cellule del donatore che non sono una corrispondenza genetica. Ecco perché i sistemi immunitari devono essere eliminati o soppressi prima della maggior parte dei trapianti. Ma quando Nakauchi ha iniettato le cellule in topi sani con sistemi immunitari intatti, le cellule hanno prosperato, probabilmente, dice, a causa dei grandi numeri introdotti. Nakauchi sta ora lavorando all’adattamento della tecnica per la crescita delle CSE umane.

Lo studio offre la migliore prova che gli HSC cresciuti in laboratorio possono sopravvivere per più di qualche giorno e attecchire quando vengono reinseriti nel corpo, dice George Daley, un biologo di cellule staminali presso la Harvard School of Medicine a Boston, Massachusetts, che ha anche ha lavorato all’espansione delle HSC. “Questi sono dati impressionanti”, dice.

“Questo livello di espansione potrebbe avere un impatto enorme nella clinica”, afferma Paul Frenette, ematologo presso l’Albert Einstein College of Medicine di New York City.

Materiale magico

I ricercatori in cerca di modi per far crescere le HSC in gran numero in laboratorio hanno provato a utilizzare i fattori di crescita senza molto successo. Ma Nakauchi scoprì che la ragione per cui le cellule non sopravvivevano era impurità nel mezzo in cui le cellule venivano coltivate, una proteina del sangue umano chiamata albumina. Queste impurità, per lo più proteine ​​rilasciate dalle cellule immunitarie, impedivano alle cellule di crescere, afferma Nakauchi. “Quanti soldi, tempo e sforzi sono stati sprecati a causa di quelle impurità!” Dice.

Nakauchi ha esaminato una serie di polimeri che pensava potessero sostituire l’albumina e ha scoperto che un composto sintetico chiamato alcol polivinilico (PVA), spesso usato nelle colle, ha fatto il trucco. Il PVA è stato anche usato per coltivare embrioni e cellule staminali embrionali. “È abbastanza facile. Le persone possono andare a Safeway e ottenere la colla “, dice Nakauchi. Le versioni di laboratorio di PVA funzionano meglio di quelle del supermercato, dice, e il polimero, che viene utilizzato nei rivestimenti per compresse, è ritenuto non tossico dalle agenzie di regolamentazione.

Connie Eaves, una ricercatrice di tumori e cellule staminali al Terry Fox Laboratory di Vancouver, in Canada, e altri sono desiderosi di provare la tecnica. Ma Eaves avverte che non è ancora chiaro se funzionerà con le cellule umane.

Le scoperte di Nakauchi potrebbero rinnovare l’attenzione su un’altra fonte di HSC. Nel 2017, Daley ha riprogrammato le cellule della pelle umana in cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) che si sono poi sviluppate in cellule molto vicine alle cellule staminali del sangue 2 . Il vantaggio dell’utilizzo delle cellule iPS per rendere le HSC sopra ottenendole attraverso un trapianto di midollo osseo da un donatore è che esse possono essere ricavate dalle cellule di un paziente, eliminando la necessità di un donatore geneticamente compatibile. Ma Daley ha lottato per far crescere un gran numero di queste cellule in laboratorio. Il metodo di Nakauchi potrebbe cambiarlo. “Se questo metodo è applicabile alle cellule umane, potrebbe essere molto utile”, dice.

Evita il ‘condizionamento’

La squadra di Nakauchi ha anche dimostrato che i topi potrebbero ricevere le HSC dei donatori senza prima subire un processo per distruggere o sopprimere il loro sistema immunitario, noto come condizionante.

Le persone con malattie genetiche del sangue come la falciforme sono talvolta trattate con un trapianto di midollo osseo da un donatore. Poiché i donatori, anche i fratelli, non sono una combinazione genetica, il paziente deve prima sottoporsi a un condizionamento per impedire al proprio corpo di rigettare le cellule del donatore. Ma il condizionamento aumenta il rischio che le HSC donatrici attacchino i tessuti dell’ospite, una malattia potenzialmente fatale. Può anche rendere le persone infertili e impedire la crescita nei bambini.

L’idea di ridurre il bisogno di condizionare trapiantando una “mega-dose” di HSC è attraente, ma richiede ulteriori test, prima nei topi e poi nell’uomo, dice Luigi Naldini, che ricerca la terapia genica usando le CSE all’Ospedale San Raffaele in Milano, Italia.

E se la tecnica di Nakauchi funziona con le cellule umane, i ricercatori potrebbero anche estrarre le HSC dai pazienti e utilizzare gli strumenti di modifica genetica per correggere eventuali mutazioni che causano la malattia, prima di reintrodurre le cellule nei pazienti. Poiché le cellule sarebbero state dal paziente piuttosto che da un donatore non abbinato, il condizionamento non sarebbe necessario, dice Nakauchi.doi: 10.1038 / d41586-019-01690-w

Riferimenti

  1. 1.Wilkinson, AC et al. Nature https://doi.org