Vorrei sapere quali sono le caratteristiche delle cellule staminali cerebrali, come si formano come si dividono.

Le cellule staminali sono cellule che si trovano in uno stadio indifferenziato di sviluppo e per essere definite tali devono possedere due peculiarità fondamentali: la capacità di dividersi per generare a loro volta altre cellule staminali (capacità di self-renewal), al fine di mantenere costante la popolazione staminale, e la possibilità di differenziarsi in cellule specializzate che assumono morfologia e caratteristiche differenti a seconda del tessuto che andranno a costituire (Figura 1).

                            

Figura 1. Self-Renewal e Differenziamento (Understanding Stem Cells, The National Academies)

Nei mammiferi esistono due principali tipi di cellule staminali:

– le cellule staminali embrionali, dotate di totipotenza, in quanto conservano la capacità intrinseca di poter essere indirizzate verso qualsiasi linea di sviluppo.

– le cellule staminali dell’adulto, cellule multipotenti ritrovate in vari tessuti e coinvolte principalmente nei meccanismi di ricambio cellulare o nel ripristino dell’omeostasi tissutale in seguito a lesioni di diversa natura.

Lo sviluppo del sistema nervoso prende il nome di neurulazione ed ha inizio nel corso delle fasi precoci dello sviluppo embrionale a partire dalla terza settimana dalla fecondazione, con l’induzione del foglietto embrionale neuroectoderma, dal quale avranno origine la maggior parte dei neuroni e delle cellule gliali, che si distacca dall’ectoderma, da cui si svilupperanno invece i progenitori epiteliali. Dal neuroectoderma le cellule si organizzano a formare la placca neurale, che ripiegandosi su se stessa genera a sua volta il tubo neurale, dal quale prenderanno forma gli abbozzi cerebrali del sistema nervoso centrale e le strutture anatomiche del sistema nervoso periferico.

Parallelamente a questi stadi di sviluppo, i precursori delle cellule nervose procedono nel proprio differenziamento, un percorso graduale a più tappe segnate dalla presenza di diversi tipi di progenitori. La prima presenza di cellule staminali indirizzate in senso neuronale si riscontra in corrispondenza del neuroectoderma, in cui è possibile ritrovare una popolazione eterogena di cellule, nel complesso dette cellule neuroepiteliali, che in parte conservano le caratteristiche proprie delle cellule di natura epiteliale da cui si dissociano e presentano una polarizzazione lungo il proprio asse apico-basale. Nelle fasi iniziali di sviluppo vanno incontro a divisioni simmetriche, dando origine a nuove cellule staminali al fine di accrescere la popolazione cellulare di partenza; non appena completata la fase proliferativa le cellule neuroepiteliali si attivano in divisioni asimmetriche: una cellula rimarrà nello stadio staminale mentre l’altra sarà indirizzata verso la progressione in senso neuronale.

Nel frattempo, dal tubo neurale, le cellule in fase di maturazione migrano fino a raggiungere la loro posizione definitiva, a livello cerebrale il principale centro di neurogenesi è rappresentato dalla regione subventricolare, nella quale le cellule neuroepiteliali si organizzano per formare lo strato basale e dove inizia una modificazione morfologica con livelli di differenziamento superiore man mano che ci si sposta verso la zona subventricolare e mantellare (Figura 2). Le cellule neuroepiteliali, sotto l’influenza di specifici segnali molecolari, maturano quindi in cellule gliali radiali, cellule con morfologia bipolare, che perdono le caratteristiche epiteliali, modificano l’espressione di alcune molecole di adesione cellulare ed iniziano ad esprimere marker propri delle cellule del sistema nervoso come le N-caderine.

Figura 2. Organizzazione e Differenziamento cellulare nella zona subventricolare cerebrale (The neural stem cell microenvironment, Kazanis et al. 2008)

Le cellule gliali radiali concorrono a generare progenitori indirizzati verso la linea neuronale o gliale; questi ultimi danno origine ad astrociti (importati per il supporto meccanico e trofico delle cellule neuronali) ed oligodendrociti (indispensabili per la formazione della guaina mielinica che avvolge i neuroni consentendo la propagazione del segnale elettrico).

Nel caso delle cellule neuronali invece, la maturazione prevede l’allungamento di un assone centrale e la formazione alle due estremità di dendriti e sinapsi al fine di prendere contatto con altri neuroni e dare vita ai circuiti di connessione cerebrali.

Un secondo tipo di progenitori di minor rilevanza, che si origina sempre a partire dalle cellule neuroepiteliali, è rappresentato dai progenitori basali che sembrano invece coinvolti nella formazione e sviluppo del telencefalo.

Nel cervello adulto, persistono alcune nicchie in cui permangono cellule con caratteristiche staminali di multipotenza e self-renewal, la loro localizzazione è ristretta a tre regioni specifiche: la zona subventricolare, il bulbo olfattivo e il giro dentato dell’ippocampo. Si pensa che la loro attivazione avvenga in seguito a fenomeni di danneggiamento cerebrale o di deplezione di neuroni, al fine di recuperare, almeno parzialmente, le funzioni delle aree cerebrale sottoposte a lesione. Queste cellule sono attualmente oggetto di numerosi studi di ricerca volti ad identificare un possibile trattamento per malattie neurodegenerative quali Alzheimer e Parkinson, per le quali al momento non esiste una cura, o per il recupero delle funzioni cerebrali in seguito ad eventi traumatici. Date le loro caratteristiche, i potenziali campi di applicazione terapeutica delle cellule staminali sembrano molteplici, ma rimangono ancora da chiarire molti meccanismi che consentano un loro effettivo impiego in questo senso.