Coltivare le cellule staminali in laboratorio permette di superare il rigetto immunitario degli organi

Uno studio condotto dai ricercatori dell'University of Texas Southwestern Medical Center, appena pubblicato da Cell Press sulla rivista Cell Stem Cell, potrebbe contribuire allo sviluppo di strategie terapeutiche più promettenti per il trapianto di cellule staminali emopoietiche. Pre-coltivare queste cellule in laboratorio per circa una settimana potrebbe contribuire a superare uno degli ostacoli più difficili al successo del trapianto: il rigetto immunitario.

Le cellule staminali emopoietiche (HSC) sono le cellule che danno origine a tutti i tipi di cellule del sangue. I trapianti di cellule emopoietiche vengono utilizzati per trattare leucemie, linfomi e altri tumori, nonché malattie autoimmuni.

Midollo osseo. Micrografia ottica delle cellule staminali che danno origine alle cellule del sangue. I globuli bianchi sono grandi e viola, i globuli rossi sono pallidi e le piastrine sono piccoli granuli viola. Le cellule del sangue vengono prodotte continuamente nel midollo osseo perché la loro vita è così breve. Globuli rossi, piastrine e tutti e tre i tipi di globuli bianchi (granulociti, linfociti e monociti) provengono tutti da un'unica cellula ancestrale, la cellula staminale multipotente. (Foto: Astrid & Hanns-Frieder Michler/Science Photo Library, P234/0030)

Tuttavia, la scarsa comprensione dell'interazione tra cellule staminali emopoietiche e il sistema immunitario del ricevente complica notevolmente sia la ricerca sulle cellule staminali che lo sviluppo della trapiantologia pratica. Esiste un rischio significativo che le cellule trapiantate non vengano accettate dall'organismo ospite, ovvero che le nuove cellule vengano rigettate dal suo sistema immunitario. Tra i principali problemi del trapianto allogenico vi sono il basso livello di attecchimento degli innesti del donatore e l'elevato rischio di sviluppare una malattia del trapianto contro l'ospite potenzialmente letale. Il trapianto di cellule staminali ematopoietiche allogeniche purificate riduce il rischio di quest'ultima, ma porta a una diminuzione dell'attecchimento.

Sebbene gli scienziati conoscano alcune delle ragioni di tali fallimenti, molti interrogativi rimangono senza risposta. "Risolvere questi problemi contribuirà alla comprensione dell'immunologia delle cellule staminali emopoietiche e di altre cellule staminali e farà progredire significativamente la pratica dei trapianti", ha affermato il Dr. Cheng Cheng Zhang, responsabile dello studio.

Il Dott. Zhang e i suoi colleghi hanno già dimostrato che le cellule staminali emopoietiche (HSC) umane e murine possono essere coltivate con successo in laboratorio e poi utilizzate per il trapianto. Allo stesso tempo, si osservano alcuni cambiamenti in molte proteine espresse sulla superficie di tali cellule. Gli scienziati erano interessati a capire se una simile "esperienza extracorporea" potesse anche modificare le proprietà funzionali delle HSC e renderle più adatte al trapianto.

I trapiantologi sono particolarmente interessati ai trapianti allogenici clinicamente rilevanti, ovvero trapianti tra individui geneticamente diversi, inclusi fratelli e coppie donatore/ricevente non imparentate. Il gruppo del Dott. Zhang ha trapiantato in topi cellule staminali ematopoietiche (HSC) sia appena isolate che coltivate in laboratorio e ha scoperto che le cellule rimaste in laboratorio per circa una settimana avevano significativamente meno probabilità di interferire con il sistema immunitario del ricevente. Le cellule staminali ematopoietiche murine coltivate ex vivo hanno attraversato con successo la barriera del complesso maggiore di istocompatibilità e hanno popolato il midollo osseo di topi riceventi allogenici. Utilizzando una coltura di otto giorni, gli alloinnesti sono stati in grado di attecchire 40 volte di più.

I ricercatori hanno deciso di studiare più in dettaglio il meccanismo alla base di questo effetto e hanno scoperto che sia l'aumento del numero di HSC sia l'aumento, indotto dalla coltura, dell'espressione dell'inibitore specifico del sistema immunitario CD274 (B7-H1 o PD-L1) sulla superficie cellulare hanno contribuito a questo aumento.

"Questo lavoro dovrebbe gettare nuova luce sull'immunologia delle cellule staminali ematopoietiche e di altre cellule staminali e potrebbe portare allo sviluppo di nuove strategie per il trapianto allogenico di successo", ha concluso il Dott. Zhang. "La capacità di espandere le cellule staminali ematopoietiche umane del donatore in coltura e di trapiantarle in persone geneticamente distanti dai donatori, evitando al contempo lo sviluppo della malattia del trapianto contro l'ospite, risolverà un problema importante in questo campo".

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