Cellule staminali embrionali. Ricerca oltre il 14° giorno

La ricerca sperimentale sullo sviluppo embrionale in vitro è stata finora condotta sulle fasi dello sviluppo animale che vanno dallo stadio di zigote fino alla blastocisti avanzata, dove maturano le cellule staminali embrionali. Per la prima volta sono state ottenute in coltura fasi dello sviluppo successive all'impianto della blastocisti di topo nella parete uterina. E si è cominciato a discutere se non sia ingiustificata la restrizione a 14 giorni per quanto riguarda la sperimentazione con le cellule dell'embrione umano in coltura. Lo zigote, cioè l'oocita fecondato, è l'unica cellula staminale totipotente, in grado di dare origine a tutto l'organismo. Le cellule derivanti dalle primissime divisioni si organizzano nella blastocisti, dove fra altre strutture si forma una massa cellulare che dà origine all'epiblasto. Qui si trovano le staminali pluripotenti, così dette perché non possono formare la placenta e non sono un grado di organizzare le cellule in un piano corporeo dell'animale.

Da queste staminali deriveranno però tutti i tipi cellulari dell'organismo e si ottengono le ESC, linee cellulari staminali embrionali stabilizzate che crescono e si mantengono in coltura, dove anche possono essere indotte a differenziare verso tutti i tipi cellulari. Il modello sperimentale utilizzato tradizionalmente per studiare l'embriologia del mammifero è quello murino per la facilità di seguirne la successione degli stadi di sviluppo in vivo e in coltura e per la similitudine con lo sviluppo embrionale umano.
Nei paesi dove si può fare ricerca con embrioni umani soprannumerari, come la Gran Bretagna, si è potuto stabilire che ci sono differenze sostanziali tra lo sviluppo del topo e quello dell'uomo, sia nella morfologia, nella durata e successione temporale delle fasi, sia nei fattori e profili trascrizionali che li regolano. Negli ultimi anni nuove tecnologie di analisi hanno aumentato le conoscenze sui meccanismi molecolari che regolano le fasi iniziali dello sviluppo e dell'espressione della totipotenza e pluripotenza delle cellule embrionali. Si è visto che nella fase di attivazione del genoma a livello dello zigote, che è più tardiva nell'embrione umano, solo il 40% dei geni umani espressi coincide con quelli murini e significative differenze ci sono nei fattori trascrizionali di staminalità e differenziativi, e nelle vie di segnale attivate. Differenze rilevanti si riscontrano nella cronologia della segregazione tra la linea cellulare epiblastica da cui derivano le ESC e quella trofoblastica da cui derivano le cellule staminali TSC, che nell'embrione umano avviene dopo l'inizio della formazione della blastocisti ed è simultanea per le due linee cellulari, mentre è più precoce e progressiva nell'embrione murino.
Queste differenze influenzano le caratteristiche di staminalità delle ESC, che sono condizionabili dai parametri della loro stabilizzazione in coltura, ed evidenziano che l'estrapolazione dei dati tra specie diverse va presa con cautela e non esime dall'acquisizione diretta di nuove conoscenze sui meccanismi molecolari che regolano lo sviluppo dell'embrione umano. Se la ricerca su embrioni umani soprannumerari è essenziale per capire le basi genetiche e molecolari delle proprietà biologiche delle staminali embrionali, eventualmente anche per creare nuovi e migliori cellule adulte indotte a diventare pluripotenti con opportuni condizionamenti, sembra anche giunto il momento di ripensare il limite dei 14 giorni per la sperimentazione sugli embrioni umani.
Il limite fu introdotto tra il 1979 e il 1984, ritenendo che il momento in cui da un lato si forma la stria primitiva e inizia la organizzazione del corpo e dall'altro l'embrione si impianta dell'utero giustificassero l'introduzione di una soglia morale per i ricercatori. In realtà importanti problemi biologici, e quindi anche medici, celano le loro soluzioni in quello che avviene quando e dopo che la blastocisti si impianta nell'utero, e ha luogo la gastrulazione.
Un evento, questo, talmente fondamentale che l'embriologo Lewis Wolpert è solito dire che è la tappa biologicamente più importante in tutta l'esistenza di un individuo. Un lavoro apparso su «Science» ad aprile cerca di chiarire il motivo per cui le fasi avanzate dell'embriogenesi non si verifichino nelle coltura di ESC.
Pur originando organoidi o corpi embrioidi in cui avvengono vari fenomeni differenziativi con comparsa di strutture formate dai tre foglietti embrionali, le colture di ESC non si organizzano per costituire un organismo complesso quale l'embrione post impianto.
Gli esperimenti confermano l'ipotesi che nelle colture di sole ESC manchino i segnali extraembrionali originati dalle cellule staminali trofoblastiche (TSC), necessarie a consentire lo svolgimento corretto delle fasi dell'embriogenesi. Mettendo a contatto le ESC e le cellule staminali extraembrionali, in rapporti quantitativi definiti, e disseminate all'interno di un'impalcatura tridimensionale costituita da componenti macromolecolari della sostanza extracellulare e senza l'intervento di segnali esterni, è stata attivata la successione degli eventi spazio temporali che portano alla auto-organizzazione architettonica propria dell'embrione cilindrico naturale.
Come nell'embriogenesi naturale si ha l'espressione dei fattori trascrizionali che regolano i processi morfogenetici regionalizzati e asimmetrici della gastrulazione, con lo sviluppo della linea primitiva, la formazione del mesoderma, endoderma e ectoderma e delle cellule germinali primordiali, precursori delle cellule sessuali.
L'esperimento richiede solo la coltura delle due linee cellulari ESC e TSC già disponibili e prescinde completamente dall'animale con una notevole semplificazione organizzativa e dei problemi etici e normativi legati alla sperimentazione animale. Inoltre, consente la manipolazione del processo di sviluppo, cioè di separare le fasi per analizzare i meccanismi regolativi molecolari, con enorme flessibilità sperimentale, simile a quella che nel differenziamento in coltura delle cellule somatiche ha portato all'acquisizione di una grande mole di conoscenze.
Questa metodologia sperimentale è estensibile alle ESC umane e gli stessi ricercatori hanno pubblicato su «Nature cell biology» una ricerca con un modello sperimentale meno sofisticato ottenendo un buon livello di organizzazione dell'embrione. Altri esperimenti utilizzano embrioni derivanti dalla fecondazione in vitro.
A fronte delle domande etiche che sollevano questi esperimenti, l'ambiente scientifico si chiede se la coltura di ESC possa essere ritenuta embrione o non si tratti invece di un prodotto sintetico, un costrutto tecnologico o un organoide. In effetti, non si tratta di embrioni. Nondimeno, lo sviluppo post impianto dell'embrione umano è una scatola nera contenente i meccanismi regolativi e molecolari, cioè epigenetici, chiave per capire la morfogenesi e il differenziamento. Conoscerli potrebbe avere un significato non solo scientifico, ma anche preventivo e terapeutico nei confronti di alterazioni dello sviluppo, disgenesie, malformazioni, patologie post natali, etc.
La scelta di non conoscere e di non agire per migliorare la salute ci è innaturale.
L'antica raccomandazione «conosci te stesso» trova oggi un nuovo senso alla luce anche dei valori scientifici fino a includere il nostro genoma,