Cellule staminali mesenchimali umane (HMSC)

Lecellule staminali mesenchimali (MSC) sono cellule stromali caratterizzate dall'autorinnovamento e dalla notevole capacità di differenziarsi in vari tipi di cellule. Ciò le rende uno strumento prezioso nella medicina rigenerativa, nella sperimentazione di farmaci e nella ricerca sulle malattie. Di solito sono ottenute da tessuti diversi come il cordone ombelicale, il midollo osseo e il tessuto adiposo. Tuttavia, sono state trovate anche nuove fonti come il sangue mestruale e l'endometrio. Queste fonti sono favorite per la loro accessibilità e le potenziali applicazioni cliniche [1]

Questo articolo farà luce sulle caratteristiche generali delle cellule staminali mesenchimali, sui tipi e sulle potenziali applicazioni nella ricerca. Principalmente, si discuterà di:

1. Caratteristiche generali delle cellule staminali mesenchimali
2. Informazioni sulla coltura delle cellule staminali mesenchimali
3.I diversi tipi di cellule staminali mesenchimali e le loro caratteristiche salienti
4. Applicazioni di ricerca delle cellule staminali mesenchimali

1. Attributi generali delle cellule staminali mesenchimali

In questa sezione verranno discusse le proprietà generali delle cellule staminali mesenchimali, che comprendono:

Multipotenza
Le MSC sono cellule staminali multipotenti. Hanno la capacità di differenziarsi in più tipi di cellule, il che le rende un prezioso strumento di ricerca per la medicina rigenerativa.
Auto-rinnovamento
Come le altre cellule staminali, le cellule staminali mesenchimali hanno la capacità di auto-rinnovarsi, mantenendo così una fonte stabile di cellule staminali per un periodo prolungato.
Potenziale immunomodulatorio
Le MSC esercitano un effetto immunomodulatore e sono quindi utilizzate nel trattamento di diverse malattie autoimmuni.
Immunogenicità
In genere, le MSC possiedono bassi livelli di immunogenicità, riducendo il rischio di rigetto immunitario nel trapianto. Tuttavia, può variare da tipo a tipo.
Disponibilità e accessibilità
Le MSC possono essere isolate da vari tessuti, tra cui il midollo osseo, il tessuto adiposo e il tessuto del cordone ombelicale, rendendole facilmente disponibili per la ricerca e le applicazioni terapeutiche.

2. Informazioni sulla coltura delle cellule staminali mesenchimali

Per gestire e trattare efficacemente le colture di cellule staminali mesenchimali, è indispensabile avere una conoscenza completa delle seguenti informazioni sulla coltura delle cellule MSC. Queste conoscenze non faciliteranno il vostro lavoro, ma accelereranno l'avanzamento delle vostre ricerche.

Punti chiave per la coltura delle cellule staminali mesenchimali

Tempo di raddoppio:	Il tempo di raddoppiamento della popolazione varia tra i diversi tipi di MSC. Può variare da 15,8 a 41,9 ore [2].
Aderenti o in sospensione:	Le cellule staminali mesenchimali sono aderenti.
Densità di semina:	La densità di semina raccomandata per le MSC è compresa tra 1 e 3 x¹⁰⁴ ^cellule/cm2. Per la semina, le cellule vengono risciacquate con 1 x PBS (tampone fosfato salino) e incubate con accutasi (soluzione di passaging) per circa 10 minuti a temperatura ambiente. Dopo il distacco delle cellule, si aggiunge il terreno e le cellule vengono centrifugate. Successivamente, il pellet cellulare viene accuratamente risospeso e le cellule vengono dispensate in una nuova fiasca di coltura contenente terreno di coltura fresco.
Terreno di coltura:	Per la coltura delle cellule staminali mesenchimali si utilizza un terreno Alpha MEM contenente 0,1 ng/ml di bFGF (fattore di crescita dei fibroblasti di base), 2,0 mM di glutammina stabile, ribonucleosidi, desossiribonucleosidi, 1,0 mM di piruvato di sodio e 2,2 g/L di NaHCO3. Il terreno di coltura deve essere sostituito ogni 2 o 3 giorni.
Condizioni di crescita:	Le colture di cellule staminali mesenchimali sono mantenute in un incubatore umidificato a 37 ºC e al 5% di CO2.
Conservazione:	Le cellule staminali mesenchimali possono essere conservate a lungo termine nella fase vapore dell'azoto liquido o a temperature inferiori a -150 °C.
Processo e terreno di congelamento:	Per conservare le cellule staminali mesenchimali si utilizzano i terreni di congelamento CM-1 o CM-ACF. In genere si adotta un processo di congelamento lento, che consente una diminuzione della temperatura di solo 1°C al minuto. In questo modo si protegge la vitalità delle cellule.
Processo di scongelamento:	Le MSC congelate vengono leggermente immerse in un bagno d'acqua preimpostato a 37 °C per circa 60 secondi. Successivamente, viene aggiunto del terreno di coltura fresco, le cellule vengono risospese e centrifugate. Questa fase rimuove i componenti del terreno di coltura dalle cellule. Il pellet cellulare ottenuto viene quindi aggiunto al terreno di coltura e le cellule vengono distribuite in nuove fiasche per la coltura.
Livello di biosicurezza:	Per gestire e mantenere le colture di cellule staminali mesenchimali è necessario un laboratorio di biosicurezza uno.

3. Diversi tipi di cellule staminali mesenchimali e le loro caratteristiche salienti

Esistono molti tipi di cellule staminali mesenchimali basati sulle fonti. In questa sezione dell'articolo vengono discussi tre tipi principali di MSC.

3.1 Cellule staminali mesenchimali di derivazione adiposa

Le cellule staminali mesenchimali di derivazione adiposa (AD-MSC) sono un tipo di cellule staminali mesenchimali estratte dal tessuto adiposo o grasso.
Sono presenti in abbondanza nel tessuto adiposo e la procedura di estrazione è relativamente facile attraverso una procedura minimamente invasiva chiamata liposuzione.
È meno probabile che causino una risposta immunitaria al momento del trapianto allogenico.
Queste cellule presentano un robusto potenziale adipogenico, ossia hanno un'elevata tendenza a differenziarsi in adipociti (cellule grasse) rispetto ad altri tipi di cellule staminali mesenchimali.

Cellule di tessuto adiposo mesenchimale umano (HMSC.AD) con ingrandimento 10x in terreno di coltura cellulare MSC-2 e in terreno di differenziazione adipogenica colorato con Oil-Red-O, evidenziando i trigliceridi come marker adipocitario.

3.2 Cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo

Le cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo (BM-MSC) sono raccolte dal midollo osseo, in genere dall'anca e dalla coscia. Queste cellule non ematopoietiche sono state scoperte nel 1970 da A.J. Friedenstein.
La procedura di estrazione delle BM-MSC è dolorosa e più invasiva, ad esempio l'aspirazione del midollo osseo.
Il trapianto di cellule staminali mesenchimali del midollo osseo richiede una stretta corrispondenza con il ricevente per ridurre il rischio di rigetto immunitario.
Le BM-MSC possiedono un potenziale osteogenico. Hanno una maggiore propensione a differenziarsi in osteociti, le cellule ossee.

A 40x di ingrandimento, cellule in fase di differenziazione osteogenica con colorazione Alizarin-Red-S per visualizzare i depositi di calcio e, allo stesso ingrandimento, cellule in fase di differenziazione adipogenica colorate con Oil-Red-O.

3.3 Cellule staminali mesenchimali derivate dal cordone ombelicale

Le cellule staminali derivate dal cordone ombelicale (UC-MSC) sono ottenute dal tessuto del cordone ombelicale.
Il tessuto del cordone ombelicale è facilmente accessibile per l'estrazione di cellule staminali dopo il parto.
Come le BM-MSC, anche le cellule staminali del cordone ombelicale richiedono la corrispondenza HLA tra ricevente e donatore per il trapianto, per evitare una risposta immunitaria.
Presentano una maggiore tendenza alla differenziazione neurale e, pertanto, sono strumenti di ricerca preziosi per la ricerca neurologica.

4. Applicazioni di ricerca delle cellule staminali mesenchimali

Le cellule staminali mesenchimali (MSC) sono ampiamente utilizzate nella ricerca biomedica grazie al loro significativo potenziale terapeutico. In questa sezione sono menzionate alcune promettenti applicazioni di diversi tipi di MSC.

Ricerca sulla medicina rigenerativa: Le cellule staminali mesenchimali sono cellule multipotenti; hanno il potenziale per differenziarsi in vari tipi di cellule, come cartilagine, osso, muscolo e grasso. Pertanto, vengono somministrate come medicina rigenerativa per riparare e sostituire i tessuti danneggiati o lesionati. Le applicazioni rigenerative delle MSC si osservano principalmente nelle lesioni cutanee, ossee e muscolo-scheletriche. Ad esempio, uno studio condotto da Helena Debiazi Zomer e collaboratori nel 2020 ha scoperto che le cellule staminali mesenchimali derivate da tessuti adiposi (AD-MSCs) sono in grado di accelerare la guarigione delle ferite cutanee in modelli murini. Esse stimolano l'angiogenesi e il rimodellamento della matrice extracellulare per promuovere una cicatrice di qualità migliore, simile alla normale pelle sana, rispetto al gruppo di controllo [3]. La ricerca ha anche osservato le proprietà di riparazione dei difetti ossei delle cellule staminali mesenchimali derivate dal cordone ombelicale. Esse esercitano effetti riparativi promuovendo l'angiogenesi, l'osteoclastogenesi e la mobilizzazione delle MSC dell'ospite o la differenziazione in cellule simili agli osteoblasti [4].
Malattie/disturbi del sistema immunitario: Le cellule staminali mesenchimali esercitano effetti immunomodulatori. Tendono a regolare le risposte immunitarie e a ridurre l'infiammazione. Per questo motivo, vengono impiegate per trattare le malattie autoimmuni, come l'artrite reumatoide, la sclerosi multipla, le malattie infiammatorie intestinali, ecc. Uno studio ha esplorato l'effetto immunomodulatore delle cellule staminali mesenchimali derivate dal midollo osseo sulle cellule T del sangue periferico estratte da pazienti affetti da artrite reumatoide. Le cellule BM-MSC esercitano un effetto inibitorio sulle cellule T e sopprimono le citochine coinvolte nella fisiopatologia dell'artrite reumatoide [5].
Ricerca neurologica e cardiovascolare: Le MSC hanno un potenziale significativo per le applicazioni di ricerca neurologica e cardiovascolare. Sono utilizzate per trattare diversi disturbi neurodegenerativi, tra cui il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer. Inoltre, sono impiegate nel trattamento delle malattie cardiovascolari in quanto riparano i tessuti cardiaci danneggiati o lesi dopo eventi cardiaci. Inoltre, le MSC promuovono anche l'angiogenesi e sono quindi preziose nella ricerca cardiovascolare. Uno studio di questo tipo ha esplorato il potenziale terapeutico delle cellule staminali mesenchimali derivate da adipe e midollo osseo in un modello di infarto miocardico acuto (MI). Lo studio ha rilevato che entrambe le fonti sono ugualmente utili per rigenerare i tessuti cardiaci e ridurre la fibrosi [6]. È interessante notare che una ricerca condotta nel 2022 ha scoperto che le cellule staminali mesenchimali derivate dal cordone ombelicale umano (UC-MSCs) esercitano effetti neuroprotettivi in modelli murini della malattia di Parkinson attraverso la regolazione dei microrganismi intestinali. Il modello murino ha mostrato un miglioramento della funzione locomotoria dopo il trapianto intranasale di UC-MSC [7].

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Riferimenti

Ding, D.C., W.C. Shyu e S.Z. Lin, Cellule staminali mesenchimali. Cell Transplant, 2011. 20(1): p. 5-14.
Zhan, X.-S., et al., Uno studio comparativo delle caratteristiche biologiche e dei profili del trascrittoma di cellule staminali mesenchimali provenienti da diversi tessuti canini. International journal of molecular sciences, 2019. 20(6): p. 1485.
Zomer, H.D., et al., Le cellule stromali mesenchimali da tessuti dermici e adiposi inducono la polarizzazione dei macrofagi verso un fenotipo pro-riparazione e migliorano la guarigione delle ferite cutanee. Citoterapia, 2020. 22(5): p. 247-260.
Kosinski, M., et al., Riparazione di difetti ossei mediante un sostituto osseo supportato da cellule staminali mesenchimali derivate dal cordone ombelicale. Stem Cells International, 2020. 2020.
Pedrosa, M., et al., Effetto immunomodulante delle cellule mesenchimali stromali/staminali derivate dal midollo osseo umano sulle cellule T del sangue periferico di pazienti affetti da artrite reumatoide. Journal of tissue engineering and regenerative medicine, 2020. 14(1): p. 16-28.
Omar, A.M., et al., Studio comparativo del potenziale terapeutico delle cellule staminali mesenchimali derivate dal tessuto adiposo e dal midollo osseo su un modello di infarto miocardico acuto. Oman Med J, 2019. 34(6): p. 534-543.
Sun, Z., et al., Le cellule staminali mesenchimali del cordone ombelicale umano migliorano la funzione locomotoria nel modello murino della malattia di Parkinson attraverso la regolazione dei microrganismi intestinali. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022. 9: p. 808905.