L’utilizzo delle cellule staminali nella terapia di diverse patologie è un obiettivo verso il quale la ricerca dedica sempre più impegno e risorse. Un passo significativo in questo senso è stato il recente sviluppo delle cellule staminali pluripotenti indotte (o cellule iPS). Queste cellule staminali hanno alcune caratteristiche che le rendono estremamente interessanti: possono dare origine a tutti i tessuti che costituiscono l’organismo e inoltre, essendo generate a partire da cellule del paziente, normalmente prelevate dalla cute, sono pienamente compatibili col paziente dal punto di vista immunitario e il loro successivo trapianto non ne determina il rigetto (per una panoramica sull’argomento si veda su questo sito anche l’articolo Da cellule staminali (pluripotenti indotte) si possono ottenere cellule epiteliali polmonari).
Le cellule staminali iPS potrebbero trovare una futura applicazione anche per la fibrosi cistica, ad esempio attraverso la sostituzione dell’epitelio polmonare malato con cellule epiteliali sane che esprimano la corretta forma della proteina CFTR. A questo proposito si rende quindi necessaria la correzione del difetto genico nelle cellule iPS generate dal paziente, affinché si abbia una progenie cellulare sana che può essere trapiantata nel paziente.
Lo sviluppo di tecniche precise e sicure per apportare modifiche al genoma cellulare è da decenni un obiettivo costante della ricerca biomedica. Attualmente la tecnologia più efficiente è chiamata CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Questo metodo sfrutta un meccanismo di difesa scoperto nei batteri, costituito da segmenti di DNA contenenti brevi sequenze ripetute, CRISPR appunto. I batteri usano questi segmenti per difendersi dall’attacco dei virus che vogliono invaderli. Con questi CRISPR i batteri fabbricano piccoli frammenti di RNA che stabiliscono un legame con un frammento di DNA con sequenza complementare del virus nemico. Interviene a quel punto una proteina fondamentale dello stesso meccanismo che riconosce la struttura combinata (RNA prodotto attraverso CRISPR + DNA virale) e reagisce tagliando e distruggendo il DNA proprio in quel punto. Oggi gli scienziati sono in grado di produrre artificialmente decine di migliaia di questi RNA guida in grado di prendere di mira qualsiasi sequenza di DNA ed eliminarla. È possibile poi inserire esattamente al posto della vecchia sequenza rimossa un nuovo frammento di DNA con sequenza corretta senza ricorrere a vettori virali. Tutto questo dice che nuovi strumenti per modificare il DNA e quindi correggere eventuali mutazioni si succedono nel tempo e sono sempre più potenti e precisi. Possono essere immaginati come delle forbici molecolari che tagliano il DNA e consentono la sostituzione di frammenti mutati con sequenze normali (Gene Editing = modifica del gene). L’effetto è quello simile alla funzione taglia/incolla del computer. L’approccio consente la correzione di mutazioni presenti nel DNA molto efficientemente rispetto alle tecniche precedenti, anche se non è stato del tutto eliminato il rischio legato alla collaterale introduzione di modificazioni indesiderate nella sequenza del DNA (mutazioni fuori-bersaglio).
Questi nuovi sviluppi di ricerca sulle cellule staminali e sulla terapia genica e la loro applicazione alla fibrosi cistica sono egregiamente illustrati da un recente articolo (1). Gli autori di questo studio hanno generato in laboratorio cellule staminali iPS partendo da cellule isolate dalla cute di un paziente affetto da fibrosi cistica, portatore della mutazione ΔF508 del gene CFTR allo stato omozigote. Hanno successivamente corretto la mutazione nelle cellule iPS utilizzando la tecnica CRISPR e generando quindi delle cellule staminali iPS nelle quali il gene CFTR è perfettamente funzionale. Queste cellule sono state poi indotte a maturare gradualmente in cellule dell’epitelio delle vie aeree attraverso l’esposizione sequenziale a condizioni di coltura che, sebbene in modo approssimativo, ricapitolino le diverse tappe che portano allo sviluppo del polmone. Gli autori sono stati in grado di dimostrare nelle cellule dell’epitelio polmonare bronchiali così generate l’espressione della proteina CFTR normale e il ripristino della sua funzione.
È importante sottolineare che queste cellule, essendo derivate da cellule del paziente, sono con esso compatibili e potrebbero teoricamente essere trapiantate nel tentativo di ripopolare l’epitelio bronchiale del paziente con cellule sane, un traguardo che però è ancora lontano. Sono infatti necessarie ulteriori ricerche volte a superare le difficoltà nell’attecchimento delle cellule trapiantate e a migliorare il profilo di sicurezza di queste cellule per il paziente.
In ogni caso, le cellule iPS derivate dal paziente affetto da fibrosi cistica possono fin da ora rappresentare un modello sperimentale utile per lo screening di farmaci diretti al recupero della funzione di CFTR e per indagare alcuni aspetti della malattia ancora oscuri, come la variabilità clinica osservabile tra pazienti che pure sono portatori delle medesime mutazioni.
1) Functional Gene Correction for Cystic Fibrosis in Lung Epithelial Cells Generated from Patient iPSCs. Firth AL, Menon T, Parker GS, Qualls SJ, Lewis BM, Ke E, Dargitz CT, Wright R, Khanna A, Gage FH, Verma IM. Cell Rep. 2015 Sep 1;12(9):1385-90.
