BIOSCIENZE/ Ecco come una cellula cutanea può “convertirsi” in produttrice di insulina

- int. Tiziana Brevini

Gli sviluppi delle manipolazione tese a riportare le cellule allo stadio embrionale alla luce dei tentativi di clonazione umana. L’intervista a TIZIANA BREVINI

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Immagine di archivio

C’è gran fermento di sperimentazione nella biologia cellulare e in questi giorni è massima l’attenzione per l’accelerazione che stanno avendo le manipolazioni tese a riportare le cellule allo stadio embrionale in vista di preoccupanti tentativi di clonazione umana. Ma non tutte le ricerche si muovono direttamente in questa prospettiva e non mancano risultati che aprono piste interessanti, soprattutto in campo biomedico, anche se pur sempre da considerare con molta prudenza e senza anticipare soluzioni  risolutive che richiedono un lungo cammino di verifica.

È in corso di pubblicazione sulla rivista PNAS uno studio condotto in Italia che presenta un nuovo procedimento per trasformare le cellule della cute in cellule che producono insulina, senza alterarne il DNA. La ricerca, finanziata da AIRC, MIUR e Regione Lombardia, è stata coordinata da Tiziana Brevini e Fulvio Gandolfi del Laboratorio di Embriologia Biomedica di Unistem, il Centro per la ricerca sulle cellule staminali dell’Università degli Studi di Milano: i ricercatori hanno sperimentato con successo un metodo per cambiare la funzione delle cellule senza intaccare la sequenza del loro DNA ma intervenendo nelle modificazioni epigenetiche che presiedono al programma di differenziazione cellulare. 

Come ha spiegato Tiziana Brevini a ilsussidiario.net «il procedimento sul quale si basa la riprogrammazione classica delle cellule introduce porzioni di DNA non presenti originalmente nella cellula forzando l’espressione di un certo programma e portando alla produzione delle Ips (Induced Pluripotent Stem Cells, cioè cellule staminali pluripotenti indotte). Quello che noi abbiamo fatto è un po’ diverso. Non abbiamo cambiato il programma della cellula inserendo modificazioni del suo DNA: abbiamo semplicemente ri-direzionato la cellula; se inizialmente essa svolgeva un compito, ora noi l’abbiamo indotta a svolgerne un altro; ma senza che ci sia stata alcuna modificazione sostanziale a livello del genoma». 

Tutte le cellule del nostro organismo possiedono lo stesso DNA, ma si differenziano in più di duecento tipi cellulari diversi per formare i diversi organi e tessuti. Ciò è reso possibile grazie a un meccanismo di selezione in base al quale alcuni tratti del DNA sono attivati e altri sono invece silenziati. Ad esempio, in una cellula del cuore sono attive le sequenze di DNA che controllano il conseguimento della corretta morfologia e funzionalità cellulare cardiaca, mentre sono inaccessibili, e quindi represse, quelle tipiche delle cellule di altri tessuti. 

Il profilo di espressione è dunque regolabile da modificazioni che non toccano la sequenza del DNA ma solo la sua accessibilità e che vengono definite “epigenetiche”. Sulla base di queste osservazioni è facile intuire che, interagendo con i processi epigenetici di definizione tissutale, si può modificare la specializzazione e il destino di una cellula.

L’esigenza di superare la riprogrammazione classica – precisa Brevini – è dovuta al fatto che «l’inserzione di sequenze estranee al genoma può risultare pericolosa perché per forzare una particolare espressione si ricorre all’utilizzo di vettori retrovirali e/o all’inserzione di segmenti di DNA esogeno; operazioni che implicano modificazioni genetiche, con elevato rischio di possibili trasformazioni tumorali scarsamente controllabili». La nuova metodologia messa a punto dai ricercatori dell’Università di Milano supera tali limiti in quanto non altera il patrimonio genetico della cellula ma, semplicemente, rende il DNA presente più accessibile e plastico.  

I biologi milanesi hanno utilizzato la 5 aza-citidina, una molecola in grado di rimuovere dal DNA delle cellule differenziate i “blocchi” che ne limitano l’accessibilità; hanno quindi sfruttato questa “finestra di aumentata plasticità” per attivare un programma di differenziamento diverso: hanno azzerato il programma attivo nelle cellule prelevate dalla cute indirizzandole verso il differenziamento pancreatico. «È stato così possibile “convertire” una cellula della cute in una che produce i diversi ormoni pancreatici, in maniera semplice, sicura e, come dicevo, senza ricorrere all’uso di modificazioni geniche e di retrovirus».  

Questa conversione si è mantenuta stabile anche dopo trapianto delle cellule in topi diabetici, dove la loro presenza ha assicurato normali livelli di glicemia. «Abbiamo quindi potuto dimostrare che la cellula non solo aveva il fenotipo di una cellula che produce insulina ma la poteva effettivamente produrre e in una condizione simile a quanto avviene in ambito fisiologico, ad esempio in risposta all’esposizione a glucosio. Questo ci ha permesso di dimostrare una riprogrammazione funzionale a tutti gli effetti di una cellula che originariamente era una cellula della cute».

Notevoli sono le possibili implicazioni legate a questo nuovo approccio sperimentale che apre strade alternative e di grande potenzialità, sia nell’ambito della terapia del diabete, così come nel tumore del pancreas. Ma è la stessa Brevini a invitare alla prudenza circa le conseguenze in campo medico. «Al momento il lavoro è tutto sperimentale: è stato condotto in laboratorio e non abbiamo dati su pazienti da esibire. Anche perché sono fermamente convinta che prima di arrivare ai malati ci debba essere una solida sperimentazione in grado di dimostrare che questi metodi funzionano, che funzionano in modo corretto e che non sono pericolosi. Solo allora si potrà passare alle applicazioni pratiche. È vero che i dati che abbiamo ottenuto nelle sperimentazione con i topi diabetici indicano una possibilità reale di applicazione nella medicina umana; ma più di questo al momento non si può dire».

Il prossimo passo della ricerca sarà anzitutto ripetere gli esperimenti per rendere la metodologia solida e riproducile in contesti diversi. Poi, a fronte anche di adeguati supporti economici e organizzativi, si potrà passare alle sperimentazioni applicative; che però richiedono un contesto sperimentale diverso da quello di un laboratorio e implicano il collegamento e la collaborazione in ambito medico. «Sarà importante passare anche attraverso uno step intermedio, che preveda studi preclinici fatti su animali per una valutazione intermedia tra il dato sperimentale di laboratorio e il livello propriamente clinico». 

Un’altra possibilità che Brevini vede con grande favore è il passaggio a screening farmacologici e quindi l’utilizzo di cellule ora disponibili in vitro per testare, ad esempio, farmaci sperimentali o possibili dosi “paziente-specifiche”: infatti, ottenendo le cellule dal paziente e con facile accesso (dalla cute) si potranno disegnare curve di screening “paziente-specifiche”».

(Mario Gargantini)

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