Che cos’è una cellula staminale?

Una cellula staminale è una cellula che ha la capacità di dividersi (auto-replicarsi) per periodi indefiniti, spesso per tutta la vita dell’organismo. Nelle giuste condizioni, o dati i giusti segnali, le cellule staminali possono dare origine (differenziarsi) ai molti diversi tipi di cellule che compongono l’organismo. Cioè, le cellule staminali hanno il potenziale di svilupparsi in cellule mature che hanno forme caratteristiche e funzioni specializzate, come le cellule del cuore, della pelle o dei nervi.

Il potenziale di differenziazione delle cellule staminali: Concetti e definizioni di base

Molti dei termini usati per definire le cellule staminali dipendono dal comportamento delle cellule nell’organismo intatto (in vivo), in specifiche condizioni di laboratorio (in vitro), o dopo il trapianto in vivo, spesso in un tessuto diverso da quello da cui le cellule staminali sono state derivate.

Per esempio, l’uovo fecondato è detto totipotente – dal latino totus, che significa intero – perché ha il potenziale di generare tutte le cellule e i tessuti che compongono un embrione e che sostengono il suo sviluppo in utero. L’uovo fecondato si divide e si differenzia fino a produrre un organismo maturo. I mammiferi adulti, compreso l’uomo, sono composti da più di 200 tipi di cellule. Queste includono cellule nervose (neuroni), cellule muscolari (miociti), cellule della pelle (epiteliali), cellule del sangue (eritrociti, monociti, linfociti, ecc.), cellule ossee (osteociti) e cellule della cartilagine (condrociti). Altre cellule, che sono essenziali per lo sviluppo embrionale ma non sono incorporate nel corpo dell’embrione, includono i tessuti extraembrionali, la placenta e il cordone ombelicale. Tutte queste cellule sono generate da una singola cellula totipotente: lo zigote, o uovo fecondato.

La maggior parte degli scienziati usa il termine pluripotente per descrivere le cellule staminali che possono dare origine a cellule derivate da tutti e tre gli strati germinali embrionali: mesoderma, endoderma ed ectoderma. Questi tre strati germinali sono la fonte embrionale di tutte le cellule del corpo (vedi Figura 1.1. Differenziazione dei tessuti umani). Tutti i diversi tipi di cellule specializzate che compongono il corpo derivano da uno di questi strati germinali (vedi Tabella 1.1. Strati germinali embrionali da cui si sviluppano i tessuti differenziati). “Pluri” – derivato dal latino plures – significa diversi o molti. Così, le cellule pluripotenti hanno il potenziale per dare origine a qualsiasi tipo di cellula, una proprietà osservata nel corso naturale dello sviluppo embrionale e in certe condizioni di laboratorio.

Cellula staminale onnipotente, un termine che viene solitamente applicato a una cellula in organismi adulti, significa che le cellule in questione sono capaci di differenziarsi lungo un solo lignaggio. “Uni” deriva dalla parola latina unus, che significa uno. Inoltre, è possibile che le cellule staminali adulte in molti tessuti differenziati e integri siano tipicamente unipotenti e diano origine a un solo tipo di cellule in condizioni normali. Questo processo permetterebbe uno stato costante di auto-rinnovamento del tessuto. Tuttavia, se il tessuto viene danneggiato ed è necessaria la sostituzione di più tipi di cellule, le cellule staminali pluripotenti possono attivarsi per riparare il danno.

La cellula staminale embrionale è definita dalla sua origine, cioè da una delle prime fasi dello sviluppo dell’embrione, chiamata blastocisti. In particolare, le cellule staminali embrionali derivano dalla massa cellulare interna della blastocisti in una fase precedente al suo impianto nella parete uterina. La cellula staminale embrionale può autoreplicarsi ed è pluripotente – può dare origine a cellule derivate da tutti e tre gli strati germinali.

La cellula staminale adulta è una cellula indifferenziata (non specializzata) che si trova in un tessuto differenziato (specializzato); può rinnovarsi e diventare specializzata per produrre tutti i tipi di cellule specializzate del tessuto da cui è nata. Le cellule staminali adulte sono capaci di autorinnovarsi per tutta la vita dell’organismo. Fonti di cellule staminali adulte sono state trovate nel midollo osseo, nel flusso sanguigno, nella cornea e nella retina dell’occhio, nella polpa del dente, nel fegato, nella pelle, nel tratto gastrointestinale e nel pancreas. A differenza delle cellule staminali embrionali, in questo momento non esistono cellule staminali adulte isolate in grado di formare tutte le cellule del corpo. Cioè, non c’è prova, al momento, di una cellula staminale adulta che sia pluripotente.

Figura 1.1. Differenziazione dei tessuti umani.

(© 2001 Terese Winslow, Caitlin Duckwall)

Tabella 1.1. Strati germinali embrionali da cui si sviluppano i tessuti differenziati

Strato germinale embrionale	Tessuto differenziato
Endoderma	Timo Ghiandole tiroidee, paratiroidi Laringe, trachea, polmone Vescica urinaria, vagina, uretra Organi gastrointestinali (fegato, pancreas) Fodera del tratto gastrointestinale Fodera del tratto respiratorio
Mesoderma	Midollo osseo (sangue) Corteccia surrenale Tessuto linfatico Muscoli scheletrici, muscolo liscio e cardiaco Tessuti connettivi (incluso osso, cartilagine) Sistema urinario Cuore e vasi sanguigni (sistema vascolare)
Ectoderma	Pelle Tessuto nervoso (neuroectoderma) Midollo surrenale Ghiandola pituitaria Tessuto connettivo della testa e del viso Occhi, orecchie