Come trasformare una goccia di sangue in una cellula universale: sostanze chimiche rivoluzionarie per le cellule staminali

Fino a poco tempo fa, trasformare una cellula adulta in una cellula pluripotente (in grado di trasformarsi in qualsiasi tipo di tessuto) richiedeva l'introduzione di "fattori Yamanaka" tramite virus o plasmidi di DNA. Ora, ricercatori provenienti da Stati Uniti, Giappone e Francia, guidati dal Dott. Feng Peng, hanno dimostrato che un insieme di piccole molecole organiche è sufficiente per riprogrammare le cellule del sangue periferico umano in cellule staminali pluripotenti indotte chimicamente (hCiPS). Lo studio è pubblicato sulla rivista Cell Stem Cell.

Perché è importante?

• Sicurezza. L'assenza di vettori virali e geni estranei riduce il rischio di mutazioni e di rigetto immunitario.
• Versatilità: il sangue è una fonte accessibile: non è necessario effettuare biopsie cutanee o di altri tessuti.
• Velocità. Solo 12-14 giorni invece di diverse settimane o mesi, come con il metodo classico.
• Traducibilità. I prodotti chimici sono facili da standardizzare e produrre secondo gli standard GMP.

Protocollo di hacking chimico in due fasi

1. Stadio di elevata plasticità (stato plastico).

   • Le cellule del sangue (cellule mononucleate) vengono coltivate in un terreno contenente sei piccole molecole (chiamiamole il complesso TNT). Tra queste:

     • Inibitori di GSK3β e MEK,

     • Modulatori di segnalazione Wnt,

     • Inibitori HDAC,

     • Agonisti specifici di SIRT1.

   • Nel giro di 6-8 giorni, le cellule perdono i loro marcatori “ematici” e acquisiscono le proprietà di un epitelio altamente plastico, pronto ad attivare geni pluripotenti.

2. Fase di consolidamento della pluripotenza.

   • Vengono aggiunte due molecole aggiuntive che stimolano l'attivazione endogena dei geni OCT4, SOX2 e NANOG, i principali "regolatori principali" della pluripotenza.

   • Nei successivi 4-6 giorni si formano colonie stabili di cellule hCiPS con morfologia delle cellule staminali ed espressione dei marcatori TRA-1-60 e SSEA-4.

Cosa hanno ottenuto gli scienziati?

• Efficienza: fino allo 0,1% delle cellule del sangue originali formano colonie hCiPS complete, paragonabili ai metodi virali tradizionali.
• Funzionalità: le cellule hCiPS sono in grado di trasformarsi in tutti e tre i foglietti germinativi embrionali: neuroni, cardiomiociti, cellule epatiche, cellule β pancreatiche, ecc.
• Nessuna "impronta chimica" residua: il sequenziamento profondo non ha rivelato alcuna integrazione di DNA esogeno e uno stato epigenetico vicino alle cellule staminali embrionali.

Prospettive per la medicina

1. Rigenerazione emopoietica. Le cellule hCiPS autologhe possono essere reintrodotte nella linea emopoietica, ripristinando decine di tipi di cellule immunitarie e del sangue in caso di leucemie e immunodeficienze.
2. Organoidi e trapianto. Mini-cuori, fegati o pancreas coltivati in laboratorio a partire da cellule hCiPS fungeranno da modello di malattie e da fonte per il trapianto senza il rischio di rigetto.
3. Test farmacologici. Modelli di malattia personalizzati basati su hCiPS consentiranno di "replicare" la malattia a partire da strisci di sangue e di selezionare la terapia ottimale.
4. Medicina estetica e neurodegenerativa. La differenziazione mirata delle cellule hCiPS in sistemi staminali dermici e neuronali offre nuovi approcci al trattamento della psoriasi, dell'Alzheimer e del Parkinson.

Cosa succederà adesso?

• Miglioramento dell'efficienza. Ottimizzazione della composizione delle piccole molecole e delle condizioni di coltura, con conseguente aumento della resa delle colonie hCiPS.
• Sicurezza e follow-up a lungo termine. Test di stabilità genomica e assenza di trasformazione maligna in vivo.
• Sperimentazioni cliniche. Fase I/II con valutazione della sicurezza e della biodisponibilità dei prodotti hCiPS nel trattamento di gravi malattie del sangue e cardiomiopatie.

"Il completo riavvio chimico del codice staminale delle cellule del sangue rappresenta una vera svolta, che apre le porte a una medicina cellulare accessibile e sicura, senza interventi virali", conclude il dott. Feng Peng.

Gli autori sottolineano alcuni punti chiave:

• Sicurezza senza genoma
  "L'assenza di integrazione di geni esogeni nel genoma delle cellule hCiPS riduce il rischio di trasformazione oncogenica e di rigetto immunitario rispetto ai metodi virali", sottolinea il dott. Feng Peng, autore principale dello studio.

• Standardizzabilità del protocollo
  “L’approccio chimico facilita la scalabilità e la standardizzazione della produzione di cellule staminali in condizioni GMP: è sufficiente preparare una soluzione di sei piccole molecole e seguire tempi rigorosi”, aggiunge la coautrice Prof.ssa Maria Lebedeva.

• Prospettive cliniche
  "Abbiamo intenzione di valutare le cellule hCiPS nei modelli di leucemia e diabete per vedere con quale rapidità ricostituiscono l'ematopoiesi e le cellule β senza i rischi associati ai vettori virali", afferma il dott. Jonathan Smith.

• Stabilità a lungo termine
  “I dati preliminari mostrano che gli hCiPS mantengono la stabilità genomica ed epigenetica dopo 20-30 passaggi, il che è importante per le successive applicazioni terapeutiche”, osserva la Dott.ssa Aiko Yamamoto.

Questi commenti evidenziano che il riutilizzo chimico delle cellule del sangue in cellule staminali pluripotenti combina sicurezza, standardizzabilità e potenziale clinico per la medicina rigenerativa personalizzata.