CELLULE STAMINALI DELLE MENINGI
Leptomeningeal Stem Cells (LeSC) Project
i risultati del trial preclinico all’Università di Verona
Aggiornamento Gennaio 2016
Negli ultimi due anni abbiamo proseguito e, per alcuni aspetti, concluso l’analisi di un protocollo di ricerca attraverso il quale ottenere un numero elevato di oligodendrociti maturi (cellule con funzione di supporto delle cellule nervose) a partire dalle cellule staminali delle meningi (LeSCs). E’ stata completata la raccolta dei risultati ottenuti dal trial preclinico (trapianto di oligodendrociti derivati dalle LeSCs) effettuato in un modello animale di lesione traumatica del midollo spinale e sono state identificate le caratteristiche delle cellule staminali delle meningi (LeSCs) e delle meningi che le accumunano ad altre fonti di cellule staminali.
Il protocollo di isolamento ed espansione di oligodendrociti maturi
I dati ottenuti hanno mostrato che le LeSCs sono in grado di maturare per diventare oligodendrociti maturi se opportunamente coltivate in laboratorio. Abbiamo infatti osservato l’acquisizione da parte delle cellule staminali delle meningi di una forma tipicamente oligodendrocitaria (con numerose ramificazioni cellulari) e l’espressione di proteine che compongono la guaina mielinica (Figura 1, dove la proteina della mielina MBP è visibile in bianco).
Una ulteriore conferma della trasformazione in oligodendrociti maturi è stata fornita dalla verifica dell’espressione di geni che tipicamente sono funzionanti soltanto nello stadio finale di maturazione degli oligodendrociti: Cnp, Mag, Mbp, Mog e Plp1. Nel grafico riportato (Figura 2) è possibile osservare come, allo stadio finale del differenziamento in laboratorio (barra nera nel grafico), negli oligodendrociti derivati dalle LeSCs aumenti notevolmente la presenza di questi geni, confermando la loro identità di oligodendrociti produttori di mielina.
Un altro risultato notevole è rappresentato dal fatto che durante il nostro studio della maturazione in oligodendrociti ci siamo anche accorti che il numero di cellule aumenta (circa 300 oligodendrociti trapiantabili a partire da una singola cellula staminale). Questo dato è molto importante per quando si cercherà di replicare la procedura sugli esseri umani, in quanto implica che sono necessarie poche cellule di partenza per ottenere un alto numero di cellule idonee per il trapianto.
I risultati del trial preclinico
Dopo aver verificato la capacità delle LeSCs di differenziare in oligodendrociti maturi, abbiamo voluto verificare il loro effetto terapeutico trapiantandole nel midollo spinale di ratti sottoposti a un moderato danno da trauma del midollo spinale.
L’analisi funzionale svolta in collaborazione con il gruppo del Dr. F.J. Rodríguez presso l’Hospital Nacional de Parapléjicos, a Toledo, ha evidenziato come il trapianto di oligodendrociti derivati dalle LeSCs abbia velocizzato e migliorato il recupero motorio degli animali (Figure 3 e 4).
L’analisi istologica dei campioni di midollo spinale recuperati dagli animali trapiantati ha evidenziato che le cellule iniettate hanno una scarsa sopravvivenza a lungo termine all’interno del tessuto. Molto probabilmente questo è dovuto al fatto che nei primi giorni dopo il danno (gli oligodendrociti sono infatti stati trapiantato 6 giorni dopo la lesione) la reazione infiammatoria del tessuto è ancora molto elevata, con conseguenze negative per la vitalità delle cellule trapiantate. Nonostante ciò, l’effetto benefico sul recupero delle funzioni motorie dimostrato dagli oligodendrociti derivati dalle LeSCs suggerisce che, modificando le tempistiche del trapianto, queste cellule possano essere applicate con buoni risultati nella terapia cellulare del danno al midollo spinale.
Alla luce di questi risultati, stiamo elaborando uno studio sperimentale per valutare gli effetti del trapianto di oligodendrociti derivati dalle LeSCs in un modello animale di fase cronica del danno al midollo spinale, che da un lato offre migliori possibilità di sopravvivenza delle cellule iniettate, dall’altro meglio riflette la situazione clinica umana prevalente e quindi la possibilità di poterlo applicare ad un maggior numero di pazienti.
Inoltre, in collaborazione con il reparto di Neurochirurgia dell’ospedale di Borgo Trento, studieremo e individueremo le migliori condizioni di laboratorio per ottenere gli stessi risultati a partire da cellule staminali di meningi umane.
Caratterizzazione molecolare e funzionale delle LeSCs e delle meningi
In collaborazione con il Vesalius Research Center di Leuven dove la Dr.ssa Decimo e il Dr. Bifari hanno lavorato negli ultimi 3 anni anche con il supporto di GALM e dove la Dr.ssa Annachiara Pino ha lavorato alla propria tesi di dottorato per 18 mesi, stiamo analizzando la presenza e il ruolo delle cellule staminali delle meningi a livello del cervello. Abbiamo infatti osservato come queste cellule siano presenti nei mammiferi a partire dallo sviluppo embrionale, e rimangano ancora presenti nelle meningi del cervello adulto (vedi Figura 5, dove le LeSCs appaiono in rosso); inoltre, le LeSCs e le meningi possiedono in tutte queste fasi le caratteristiche proprie delle cellule staminali. Questo significa che abbiamo dimostrato per la prima volta che le meningi possono essere considerate una fonte di cellule staminali al pari di quelle studiate fin ad ora e presenti in altre regioni del sistema nervoso centrale. Lo studio dettagliato delle caratteristiche delle LeSCs e delle meningi ha dato origine ad un articolo recentemente pubblicato sulla rivista scientifica “Frontiers in Cellular Neuroscience”, di cui abbiamo riportato un’immagine nella Figura 5.
Infine, ulteriori dati (in attuale fase di pubblicazione) indicano che le LeSCs generate in età embrionale migrano e differenziano in neuroni funzionali nella corteccia cerebrale dopo la nascita. Questo dato, mai descritto fino ad ora, apre nuovi orizzonti per l’applicazione delle LeSCs nella terapia delle malattie neurodegenerative.
Partecipanti al progetto:
Ilaria Decimo, PhD, Ricercatore a tempo determinato, Sezione di Farmacologia
Francesco Bifari, MD, PhD, Assegnista di ricerca, ora Ricercatore a tempo determinato, Farmacologia, Università di Milano
Valeria Berton, PhD, Assegnista di ricerca, Sezione di Farmacologia
Annachiara Pino, Dottoranda, Sezione di Farmacologia
Alice Braga, Dottoranda, Sezione di Farmacologia
Sissi Dolci, Dottoranda, Sezione di Farmacologia
Monica Marchetto, Tesista, Sezione di Farmacologia
Giorgio Malpeli, Ricercatore Dipartimento di Anatomia Patologica Attuali collaborazioni:
Università di Verona:
Neurochirurgia: Dr. Francesco Sala, Dr. Umberto Ricci
Università Milano
Hospital Nacional de Parapléjicos, Grupo de Neurología Molecular, Toledo, Spain: Dr. F. Javier Rodríguez
Vesalius Research Center, Neurovascular link laboratory, Leuven Belgium. Prof. Peter Carmeliet
Verona, 13.01.2016 Prof. Guido Fumagalli