Le cellule iPS, o cellule Staminali Pluripotenti indotte, sono cellule staminali generabili artificialmente inducendo normali cellule adulte (tipicamente fibroblasti, un tipo di cellule presenti nella cute e facilmente isolabili da un donatore) a sintetizzare i fattori che riportano queste cellule ad uno stato di pluripotenza, caratteristico delle cellule staminali embrionali. Le cellule iPS condividono con le cellule staminali embrionali la capacità di maturare nei tipi cellulari che formano i diversi tessuti del nostro organismo, compreso l’epitelio polmonare. A differenza però delle cellule staminali embrionali, le cellule iPS non pongono alcun problema di natura etica, in quanto la loro derivazione non comporta la distruzione di embrioni.
E’ particolarmente interessante un utilizzo delle cellule iPS in protocolli di terapia cellulare, poichè esse potrebbero essere generate da poche cellule prelevate dal paziente, eventualmente sottoposte a correzione in vitro del difetto genico, nel caso di malattie genetiche come la fibrosi cistica, e successivamente indotte a maturare nel tipo cellulare utile al ripristino del tessuto compromesso dalla malattia. Le cellule sarebbero infine somministrate allo stesso paziente precedentemente sottoposto al prelievo, evitando così il loro rigetto immunitario. Le cellule iPS, indotte a maturare in specifici tipi cellulari, potrebbero quindi rappresentare per il futuro una fonte rinnovabile di cellule utilizzabili per la rigenerazione dei tessuti malati, e rappresentare un’alternativa al trapianto d’organo.
Le nostre conoscenze sulle cellule iPS sono però ancora limitate e molta ricerca sarà’ necessaria per utilizzare in sicurezza il potenziale di queste cellule per curare le malattie.
Infatti, ancora non e’ stata concessa alcuna autorizzazione per la loro sperimentazione clinica su pazienti. Nella fibrosi cistica, una possibile futura applicazione delle cellule iPS è quella mirata al ripopolamento anche parziale dell’epitelio polmonare con cellule respiratorie derivate dalle iPS, in cui il difetto del gene CFTR sia stato preventivamente corretto. Ciò potrebbe consentire di ridurre la gravità delle manifestazioni polmonari della fibrosi cistica.
Uno degli ostacoli che fino ad oggi hanno limitato la applicabilità di questo approccio è rappresentato dalla difficoltà con cui è possibile far maturare in laboratorio le cellule iPS in cellule dell’epitelio delle vie aeree. A questo proposito, nell’ambito di un progetto finanziato dalla Fondazione FFC (1), ci si è proposti, per superare questo ostacolo, di derivare le cellule iPS a partire da cellule dell’epitelio delle vie aeree, anzichè da fibroblasti della cute come prevede la metodica corrente. La scelta di utilizzare cellule dell’epitelio delle vie aeree anzichè fibroblasti è stata dettata da una serie di studi che hanno dimostrato che le cellule iPS mantengono nel loro DNA una “memoria” della cellula di origine (2). E’ perciò possibile, e ciò è attualmente in fase di studio, che cellule iPS derivate da cellule epiteliali delle vie aeree abbiano una maggiore propensione a re-differenziare in epitelio delle vie aeree, e siano perciò le più indicate per il ripopolamento dell’epitelio polmonare.
I protocolli per il differenziamento delle cellule iPS in cellule epiteliali polmonari vengono continuamente perfezionati, cercando di riprodurre in laboratorio gli eventi che determinano lo sviluppo del polmone nell’embrione di topo, essendo quello umano inaccessibile per motivi etici. Fino al recente passato, i metodi disponibili consentivano un limitato differenziamento delle cellule iPS verso tipi cellulari dell’epitelio delle vie aeree, principalmente generando cellule epiteliali polmonari ancora immature, ottenibili tra l’altro in numeri relativamente piccoli, che ne rendevano difficoltoso lo studio e l’utilizzo. Un importante progresso in questa direzione e’ rappresentato da uno studio recentemente pubblicato (3). Per la prima volta, infatti, gli Autori sono riusciti a determinare il differenziamento di cellule iPS e di cellule staminali embrionali umane in cellule mature dell’epitelio delle vie aeree che esprimono la proteina CFTR. Per arrivare a questo risultato gli Autori hanno applicato un metodo che prevede l’esposizione sequenziale delle cellule a una serie di fattori che ne determinano il differenziamento graduale verso tipi cellulari via via più maturi.
E’ stato cosi’ possibile evidenziare nel 30% circa delle cellule sottoposte al protocollo di differenziamento, e quindi con una efficienza relativamente alta, l’espressione della proteina CFTR e di altre proteine caratteristiche di cellule differenziate dell’epitelio delle vie aeree. Gli Autori hanno inoltre derivato cellule iPS da pazienti affetti da fibrosi cistica, e ne hanno determinato il differenziamento in cellule dell’epitelio delle vie aeree esprimenti la proteina CFTR alterata. Queste cellule costituiscono un modello di malattia in vitro specifico per il paziente da cui sono generate, e potranno essere utili per studiare alcuni aspetti soprattutto molecolari delle manifestazioni polmonari della fibrosi cistica. Esse potranno inoltre essere utilizzate nello screening di farmaci diretti al recupero della funzione di CFTR.
In sintesi, questo studio rappresenta un importante passo in avanti nella generazione di epitelio delle vie aeree umano a partire da cellule iPS. Ulteriori ricerche dirette allo sviluppo di nuove vie di somministrazione che favoriscano l’attecchimento delle cellule nell’epitelio polmonare, e dirette inoltre a garantire la sicurezza delle cellule somministrate, saranno necessarie prima che le cellule iPS possano arrivare in futuro ad essere applicate alla clinica.
1) Loi R. Prog. FFC#3/2010. An induced pluripotent stem cell (iPS)-based approach for the repopulation and phenotypic correction of cystic fibrosis air way epithelium.
2) Polo JM, Liu S, Figueroa ME, Kulalert W, Eminli S, Tan KY, Apostolou E, Stadtfeld M, Li Y, Shioda T, Natesan S, Wagers AJ, Melnick A, Evans T, Hochedlinger K. Cell type of origin influences the molecular and functional properties of mouse induced pluripotent stem cells. Nat Biotechnol. 2010 Aug; 28 (8):848-855.
3) Wong AP, Bear CE, Chin S, Pasceri P, Thompson TO, Huan LJ, Ratjen F, Ellis J, Rossant J. Directed differentiation of human pluripotent stem cells into mature airway epithelia expressing functional CFTR protein. Nat Biotechnol. 2012 Sept 10; 30(9):876-82.
