Nuova nicchia di cellule staminali con potenziale differenziativo neurale nelle leptomeningi del midollo spinale: identificazione, caratterizzazione e ruolo funzionale in un modello di trauma midollare

Starting date
March 22, 2010
Duration (months)
24
Departments
Diagnostics and Public Health
Managers or local contacts
Fumagalli Guido Francesco

La lesione traumatica del midollo spinale (SCI) provoca una forte sofferenza personale che, per la sua natura cronica e invalidante, comporta enormi costi per la società. SCI provoca formazione di cavitazioni cistiche con la scomparsa di neuroni, oligodendrociti, astrociti e relativi precursori. L’interruzione delle vie ascendenti e discendenti è responsabile della perdita delle funzioni sensitivo-motorie e la compromissione del controllo del sistema nervoso autonomo al di sotto del livello lesionale.
L’assenza di terapie efficaci ha stimolato il mondo della ricerca a sviluppare modelli preclinici di terapia rigenerativa che comprendono l’utilizzo di cellule staminali embrionali e/o adulte. Nonostante la mancanza sostanziale di dati preclinici validi, numerosi pazienti sono già stati sottoposti a trapianto di cellule staminali, per lo più di tipo mesenchimale da midollo osseo ed altri tipi cellulari e studi clinici di fase I sono tuttora in corso. Il razionale alla base di un possibile impiego di cellule staminali come approccio terapeutico nella lesione midollare è che si potrebbero colmare le cavità cistiche e rimpiazzare le cellule perse contribuendo a creare un ambiente favorevole alla rigenerazione assonale (1, 2).
Vi sono vantaggi e svantaggi diversi da considerare a proposito del tipo di cellula staminale da utilizzare per un trapianto in tessuto nervoso. Ovviamente le cellule staminali neurali offrono il vantaggio potenziale, rispetto ad altre, di essere programmate per generare neuroni e cellule della glia. Cellule staminali/precursori neurali sono presenti nel midollo spinale di diverse specie, compresa quella umana, possono essere isolate e mantenute in coltura in vitro e indotte a differenziarsi in tutti e tre i tipi di cellule neurali: neuroni, oligodendrociti e astrociti (3-6).
La limitazione più grave all’utilizzo di queste cellule sta nel fatto che esse sono generalmente in sedi il cui accesso è difficile per motivi anatomici e/o etici, fatto che limita enormemente la possibilità di trapianto autologo. La situazione è probabilmente destinata a cambiare a seguito dell’importante scoperta effettuata dall’Unità 1 che ha identificato un nuova popolazione di cellule staminali/precursori con capacità differenziativa neurale nelle leptomeningi che rivestono la corteccia parietale (Bifari et al., 2009). Tali cellule sono state denominate LeSC (Leptomeningeal Stem/progenitor Cells). Dati preliminari segnalano la presenza di una popolazione cellulare analoga nelle leptomeningi del midollo spinale (vedere figura 1).
Questo progetto di collaborazione tra l’Unità 1 di ricerca di base ed l’Unità 2 clinica mira a creare le basi scientifiche e le condizioni per l’utilizzo delle LeSC estratte dal midollo spinale nella terapia rigenerativa delle lesioni midollari. Per questo scopo il progetto si articola nelle seguenti cinque attività maggiori:
1- Caratterizzazione molecolare e cellulare delle LeSC del midollo spinale e della loro nicchia.
2- Analisi delle risposte delle LeSC ad agenti farmacologici attivi su importanti funzioni delle nicchie staminali
3- Messa a punto di un modello sperimentale di lesione midollare
4- Analisi dei cambiamenti indotti dal trauma a livello delle componenti cellulari e molecolari della nicchia leptomeningea spinale
5- Valutazione delle conseguenze di trapianto di LeSC in lesioni midollari
L’attività 1 fornirà le basi conoscitive sulle proprietà delle LeSC spinali e della loro nicchia in condizioni normali e durante lo sviluppo. Tali conoscenze sono propedeutiche alle attività 2 e 4.
L’attività 2 servirà a valutare le risposte della nicchia a farmaci che agiscono su eventi caratterizzanti una nicchia staminale, come la proliferazione, il differenziamento e la migrazione. I dati potranno partecipare a chiarire le funzioni delle LeSC spinali endogene ed avere possibili conseguenze in termini di nuovi approcci terapeutici al trauma midollare.
L’attività 3 metterà a punto il modello sperimentale di trauma midollare sul ratto necessario per condurre le attività 4 e 5.
Queste ultime sono state progettate al fine di valutare le risposte della nicchia leptomeningea spinale al trauma (attività 4) e la potenzialità d’uso delle LeSC come strumento di medicina rigenerativa per la lesione midollare traumatica.
Per condurre queste attività utilizzeremo metodi e strumenti di biologia cellulare e molecolare come: colture cellulari, FACS, real-time PCR, microscopia confocale ed elettronica, imaging di cellule viventi. Tecniche e strumenti sono propri dell’Unità 1 e saranno disponibili anche per alcune delle attività dell’Unità 2. L’Unità 2 metterà a disposizione la sua consolidata esperienza nell’uso di modelli sperimentali di lesione midollare per condurre gli studi sulle risposte delle LeSC alla lesione midollare e sul loro possibile utilizzo in medicina rigenerativa.


Sponsors:

Ministero della Pubblica Istruzione
Funds: assigned and managed by the department
Funds: assigned and managed by the department

Project participants

Valeria Berton
Francesco Bifari
Ilaria Decimo
Temporary Assistant Professor
Publications
Title Authors Year
Neural stem cell niches in health and diseases Decimo I.; Bifari F.; Krampera M.; Fumagalli G. 2012
Characterization of a novel stem cell population with neuronal differentiation potential residing in the leptomeningeal niche Bifari Francesco 2009

Activities

Research facilities