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Uno sguardo alla realtà senza pregiudizio Le cellule staminali embrionali e adulte Perché ci siamo interessati all’argomento? Perché concerne lo studio della vita e sappiamo che il mattone della vita è la cellula, la quale a sua volta è costituita da atomi. Soffermiamoci un attimo a pensare a quel processo incredibile che porta atomi, pura materia, ad organizzarsi in quel meraviglioso complesso che chiamiamo vita! Dalla non vita alla vita, fino a far scaturire quello che a nostro avviso è ciò che di più alto ci sia nell’Universo: l’uomo. Studiando siamo giunti alla conclusione che l’Universo è pura armonia, troppo perfetto nei minimi dettagli per permettersi il lusso di essere stato generato dal caso: è una realtà che ci è DATA (infatti la realtà, da un punto di visto oggettivo perciò laico, è un dato). La realtà umana e naturale è come un assioma di geometria: non può essere dimostrato e quindi bisogna prenderlo come un dato di partenza. A questo punto entra in ballo lo scienziato che ha il privilegio di immergersi in questa armonia scoprendo le leggi che la regolano e traendo beneficio da Liceo Malpighi Scuola di persona In collaborazione con Euresis - Associazione per la promozione e la diffusione del sapere e del lavoro scientifico

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Page 1: Uno sguardo alla realtà senza pregiudizio Le cellule staminali embrionali e adulte Perché ci siamo interessati allargomento? Perché concerne lo studio

Uno sguardo alla realtà senza pregiudizio

Le cellule staminali embrionali e adulte

Perché ci siamo interessati all’argomento?Perché concerne lo studio della vita e sappiamo che il mattone della vita è la cellula, la quale a sua volta è costituita da atomi. Soffermiamoci un attimo a pensare a quel processo incredibile che porta atomi, pura materia, ad organizzarsi in quel meraviglioso complesso che chiamiamo vita! Dalla non vita alla vita, fino a far scaturire quello che a nostro avviso è ciò che di più alto ci sia nell’Universo: l’uomo.Studiando siamo giunti alla conclusione che l’Universo è pura armonia, troppo perfetto nei minimi dettagli per permettersi il lusso di essere stato generato dal caso: è una realtà che ci è DATA (infatti la realtà, da un punto di visto oggettivo perciò laico, è un dato). La realtà umana e naturale è come un assioma di geometria: non può essere dimostrato e quindi bisogna prenderlo come un dato di partenza. A questo punto entra in ballo lo scienziato che ha il privilegio di immergersi in questa armonia scoprendo le leggi che la regolano e traendo beneficio da essa. Per citare una frase con cui Michelangelo si riferiva all’arte (ma cos’è la scienza se non la più perfetta delle arti):“…quel sol m’arde e mi innamora…”

Andrea Bellusci, Elisa Montaguti, Francesca Ruggeri, Cecilia Gaudenzi, Ludovica Gobbi, Andrea Bazzani, Carolina Ravaioli, Beatrice Marani, Riccardo Scagliarini4 A Scientifico Liceo Malpighi

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Mentre nel nostro Paese risuonano nuove prese di posizione sull’uso degli embrioni per la ricerca scientifica, dalle ultime notizie emergono le spettacolari proprietà delle cellule staminali adulte. Dati che evidenziano l’importanza, all’interno del dibattito sulle cellule staminali dell’accuratezza terminologica. Sarebbe una semplificazione suddividere la controversia in persone favorevoli all’uso degli embrioni e quindi sostenitori della ricerca sulle cellule staminali e, all’opposizione, le persone che scelgono di rispettare la vita degli embrioni e che quindi sono contrari alla ricerca. Un numero crescente di pubblicazioni mette in luce i possibili meccanismi di riparazioni di tessuti malati attraverso le cellule staminali adulte prelevate dal cordone ombelicale, dal midollo osseo o dal tessuto adiposo.

Cellule staminali: cellule non specializzate in grado di dare origine a qualsiasi tipo di cellula

Valorizziamo quindi questi risultati che non presentano particolari problematiche dal punto di vista etico, e partecipiamo al dibattito per capire come situarci davanti alle cellule staminali provenienti da embrioni umani soprannumerari. 

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Tutti conosciamo le parole ovulo, spermatozoo, zigote, feto.I passaggi che regolano la nascita di un uomo non sono semplici.

Innanzi tutto per formare lo zigote (dal greco Zigos: coppia; è la prima cellula che, grazie a miliardi di duplicazioni diventerà essere umano) occorrono un ovulo ed uno spermatozoo. Queste due cellule “particolari” hanno entrambe un patrimonio genetico dimezzato (per l’essere umano 23 cromosomi anziché 46 come tutte le altre cellule presenti nel corpo).

Al momento della fecondazione, la loro fusione determina la formazione di una cellula che avrà metà del patrimonio genetico proveniente dal padre e metà proveniente dalla madre.

Essa è unica: la probabilità ci dice che, prima che possa nascere un individuo identico ad un altro, devono essere risolte 246 possibili combinazioni …

Apparato genitale femminile

La fecondazione dell’ovuloNella tuba uterina

Embrione umano: stadio 8 cellule(l’embrione si sta dirigendo verso le pareti uterine per l’impianto)

In quale preciso momento un uomo comincia a essere uomo?

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Esiste un momento di discontinuità nello sviluppo embrionale umano così da poter affermare: prima non è uomo

dopo è uomo?

Stadio 8 cellule: lo zigote, dopo circa 10 ore, si sdoppia in 2 cellule, poi in 4, poi in 8. Fino a questo stadio presenta la massima potenzialità genica ovvero è in grado di diventare qualsiasi tipo di tessuto.

La blastula: durante questo stadio, detto di blastocisti (dopo 5 giorni dal concepimento), le cellule continuano a moltiplicarsi e diventano circa un centinaio formando una microscopica sfera cava detta appunto ‘blastula’.

La gastrula: in questo stadio, che inizia dopo 6 giorni dal concepimento, il feto si impianta nella cavità uterina.I foglietti embrionali: all’interno della gastrula le cellule si organizzano in tre stati detti foglietti embrionali: ectoderma, mesoderma, endoderma.Da ciascuno dei tre foglietti si differenzieranno alcuni gruppi di cellule che andranno a formare i tessuti dell’organismo adulto.Dall’ectoderma si formano l’epidermide,il tessuto nervoso,e le ghiandole esocrine,i capelli, gli occhi, le orecchie…Dal mesoderma derivano i muscoli, il sistema circolatorio, il sistema nervoso, lo scheletro, il cuore…Dall’endoderma derivano gli organi interni quali fegato, pancreas, apparato digerente, apparato respiratorio, le ghiandole…

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L’embrione, come il neonato o il vecchio, è o non è una diversa forma della stessa persona?

PRIMO TRIMESTRE: La lunghezza dell’embrione alla seconda settimana di vita è di 1.5 millimetri, comincia lo sviluppo del sistema nervoso.Alla quarta settimana misura circa 7 mm. Ha sviluppato 40 paia di muscoli e sono apparse 33 vertebre. Il cuore comincia a battere. Il corpo consiste nella testa, nel tronco, in una coda e in un inizio di minuscole braccia. La placenta è pienamente funzionale. Alla fine del secondo mese l’embrione misura circa 4 cm e pesa circa 3 grammi. Da questo momento viene chiamato feto. Gli occhi si spostano al centro della faccia. Si formano le prime papille gustative. La testa costituisce metà del corpo. L’attività delle onde cerebrali ora somiglia a quella di un adulto.Alla dodicesima settimana (termine ultimo per procedere all’aborto volontario L.194) il feto misura circa 7.5 cm e pesa circa 14 grammi. Le cellule del gusto sono mature. Il nervo olfattivo, che governa l’odorato, è completamente sviluppato. I polmoni cominciano a espandersi e a contrarsi regolarmente. Pollice e indice possono essere contrapposti l’uno all’altro. Tutti i principali sistemi sono formati. Il nascituro può scalciare, aggrottare la fronte e contrarre le labbra. Se le labbra vengono toccate, egli risponde succhiando. Comincia a mostrare le proprie caratteristiche individuali, particolarmente per le espressioni facciali. Sono presenti i genitali esterni.SECONDO TRIMESTRE:Alla sedicesima settimana il feto misura circa 15 cm e pesa circa 112 grammi. Il cuore è ormai completamente sviluppato. Gli occhi sono sensibili alla luce, la corteccia celebrale ha formato molte circonvoluzioni. I nervi spinali progrediscono lo sviluppo. E’ dotato di riflessi condizionati e comportamento intenzionale.Alla ventesima settimana il feto misura circa 20 cm e pesa circa 240 grammi. L’apparato uditivo è completo. Le mani sviluppano una presa forte. Alterna periodi di sonno a momenti di attività. Scalcia e piange. E’ sensibile al tatto. Reagisce alla musica e ai rumori forti e discerne tra i diversi suoni.TERZO TRIMESTRE:A partire dal settimo mese il feto aumenta molto in dimensioni e peso. Si formano molte nuove cellule nervose e il loro numero aumenta rapidamente.Alla trentaduesima settimana il feto misura circa 38 cm e pesa circa 2 chili. Le palpebre non sono più attaccate. Appaiono sopracciglia e capelli. Gli emisferi destro e sinistro del cervello cominciano a lavorare insieme. Reagisce differentemente alle voci.

2° settimana 7°settimana 9°settimana 12°settimana

14°settimana22°settimana

Autopsia di Leonardo Da Vinci8° mese

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Le cellule dell’embrione a questo stadio di sviluppo sono l’oggetto principale della manipolazione degli embrioni a fini scientifico – economici perché:

1) le cellule interne alla cavità della blastocisti possono diventare qualsiasi tessuto (cellule staminali pluripotenti)

2) Se prelevate, tali cellule hanno una elevata velocità e facilità di duplicazione. Il prelievo delle cellule embrionali della blastula porta alla morte dell’embrione.

Però…Controllare la differenziazione di queste cellule è molto difficile. Infatti, se

iniettate in un paziente, queste cellule possono anche sviluppare masse cellulari indifferenziate fino alla possibile insorgenza di un tessuto

altamente indifferenziato o neoplasia.

La blastula umana: riserva di organi o essere umano?

Al quinto giorno dopo la fecondazione l’embrione è allo stadio di blastula, costituita da circa centoventi cellule; in essa troviamo uno strato di cellule interne, le cellule embrionali, e uno strato di cellule esterne, il trofoblasto .Dalle cellule embrionali si svilupperà il feto, dalle cellule del trofoblasto si svilupperanno gli annessi necessari alla gravidanza (placenta, sacco vitellino,ecc.).Le cellule della blastula sono tutte pluripotenti cioè con altissima capacità genica. Da esse, infatti, attraverso messaggeri chimici presenti nel liquido interno della blastula, e grazie a particolari recettori di membrana presenti sulla superficie delle cellule embrionali, si formeranno tutti i tessuti, gli organi e gli apparati di un essere umano adulto.

Blastula fase iniziale

Blastula fase finale

Prelievo di cellule dalla blastula

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Con il termine Clonazione si intende quel processo che porta alla formazione di una o più copie geneticamente identiche (cloni) di un organismo. La prima clonazione di un mammifero risale alla primavera del 1997. Con la nascita della pecora Dolly (Roslin Institute), si è sfatato il dogma dell’impossibilita’ di ottenere cloni di mammiferi partendo dal nucleo di cellule adulte. Essi hanno utilizzato cellule adulte prelevate dalla ghiandola mammaria di una pecora Dorset (bianca e nana) gravida, le hanno poste in coltura e indotte in una fase in cui non si dividevano più. Queste sono state poi iniettate in ovociti enucleati (privati del nucleo) di pecore Blackface (di statura più alta e con il muso nero) e, tramite uno stimolo elettrico, hanno causato sia la fusione della cellula con l’ovocita, sia l’attivazione dello sviluppo e cioè la segmentazione dell’embrione. Su 277 embrioni clonati solo una gravidanza è stata portata termine: Dolly, una pecora Dorset con genoma identico a quello della donatrice del nucleo cellulare iniziale.

I cloni umani: banca di tessuti o embrioni a tutti gli effetti?

Sarebbe quindi in teoria possibile, in un futuro prossimo, utilizzando nuclei di cellule somatiche di un paziente affetto da determinate patologie e ovociti umani donati sottoposti a enucleazione, produrre blastocisti da cui prelevare le cellule della massa interna. In tal modo verrebbe creato un embrione con cellule identiche a quelle della persona malata donatrice del patrimonio genetico, le quali potrebbero arrivare a guarigione rimpiazzando le cellule malate di un organo con quelle sane prelevate dall’embrione, senza avere alcun problema di rigetto.Ma la blastocisti è in perfetta continuità con lo sviluppo embrionale e, nel caso della clonazione umana, l’uso dei cloni umani a fini terapeutici porta inevitabilmente alla distruzione di embrioni umani a tutti gli effetti.

Enucleazione dell’ovulo

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Da midollo osseo degli adultiUna fonte di cellule staminali potrebbe essere il midollo osseo di un adulto. Queste cellule producono normalmente tutti i tipi di cellule ematopoietiche (globuli rossi, globuli bianchi, piastrine).Fino a poco tempo fa, gli scienziati pensavano che fosse impossibile che le cellule staminali ematopoietiche potessero tornare multipotenti, potendo quindi reinventarsi per dare origine a tipi di cellule completamente differenti come quelle cerebrali, nervose, intestinali o epiteliali.Esperimenti realizzati in diversi centri di ricerca dimostrano che questo è possibile.

Dal cordone ombelicale Un’altra fonte possibile di cellule staminali è il cordone ombelicale il cui sangue è ricco di cellule staminali. Le cellule staminali così raccolte potranno essere utilizzate per curare malattie sanguigne. In futuro, il sangue del cordone ombelicale potrebbe rappresentare una fonte di cellule staminali importantissima per curare le lesioni vascolari o cerebrali, il diabete, il morbo di Parkinson e la distrofia muscolare. La particolarità della raccolta di queste cellule è quella di poterle prelevare senza toccare né la madre né il bambino. Sono inoltre compatibili con il neonato nel caso in cui sviluppi una certa malattia o abbia bisogno di cellule staminali.Le cellule staminali adulte sono reperibili anche in altre zone dell’organismo umano adulto: si possono trovare in zone specifiche del sistema nervoso, in alcuni tessuti muscolari, nei tessuti adiposi, epiteliali, connettivi….

Da feti abortiti in modo spontaneoI feti,spontaneamente abortiti, racchiudono una riserva enorme di cellule staminali già differenziate (Committed) ma nello stesso tempo ad alta potenzialità genica e altamente prolifiche

Cellule staminali adulte: realtà o fantasia?

Cellule staminali sanguigne

Cellule staminali neuronali

Esistono cellule staminali anche in organismi adulti con tessuti già ben differenziati.Queste cellule sono committed (già avviate alla linea cellulare ben definita) e hanno il compito di riparare i tessuti dell’organismo di cui fanno parte differenziandosi continuamente.Tale capacità può essere utilizzata indirizzando, dall’esterno, la loro specializzazione in base alle necessità.

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L’utilizzo delle cellule staminali derivate dai tessuti adulti ha due limiti:

1) la difficoltà di isolamento e di mantenimento in laboratorio dello stato indifferenziato

2) la bassa velocità di duplicazione

I vantaggi del loro utilizzo sono:

1) la loro parziale specializzazione le rende più facilmente controllabili ed evita il rischio della formazioni di masse tumorali

2) le cellule staminali potrebbero essere estratte dal paziente stesso, manipolate in laboratorio e trapiantate, evitando così il rigetto

3) il prelievo di cellule staminali da un individuo adulto eliminerebbe il problema etico venutosi ultimamente a creare riguardo l’utilizzo di cellule embrionali, in particolare della blastula

Cellule staminali adulte: Quali vantaggi?

Condrocita: cellula staminale che si specializzerà in tessuto osseo o cartilagineo

Cellula staminale del midollo osseo

Cellula staminale neuronale

Cellula staminale ematopoietica (sanguigna)

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Cellula staminale totipotente

Tessuto muscolare

Tessuto nervosoTessuto connettivo

(sangue)

Tessuto epiteliale

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Alla fecondazione medicalmente assistita approdano coppie con gravi problemi di sterilità. In Italia, circa il 20% delle coppie risulta sterile. La tecnica più semplice, FIVET, prevede la somministrazione di ormoni alla donna per stimolare la maturazione contemporanea di più ovuli (tre o quattro in genere) e la successiva rimozione degli ovuli dall’ovaia poco prima dell’ovulazione.Con la fecondazione FIVET gli ovuli vengono poi fecondati in provetta con gli spermatozoi del partner (in Italia non è permesso la fecondazione eterologa) o, se gli spermatozoi sono affetti da qualche grave malformazione, essi vengono direttamente iniettati nell’ ovulo ( fecondazione artificiale I.C.S.I). Dopo la fecondazione l’embrione viene impiantato nell’utero. Per ogni fecondazione in vitro si producono alcuni embrioni che non sono impiantati ma vengono conservati in azoto liquido ad una temperatura di 196° sotto lo zero. Si stima che attualmente, nel mondo, ci siano oltre 100.000 embrioni congelati in attesa di un improbabile impianto. Alcuni Paesi hanno promulgato leggi in termini di utlizzo di questi embrioni soprannumerari che vengono utilizzati per la ricerca

Embrioni soprannumerari: quale destino?

Embrione su agoIniezione di uno spermatozoo in ovulo (tecnica I.C.S.I.)

Emerge il problema etico relativo all’utilizzo o meno di

questi embrioni

Louise Brown, prima bambina concepita in provetta(Inghilterra,1978)

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1) Da quanto abbiamo potuto apprendere dall’ itinerario scientifico compiuto, non esistono punti di discontinuità nello sviluppo dell’uomo dallo stadio di zigote alla nascita di un bambino a termine.L’embrione, come il neonato o il vecchio, è solo una diversa forma della stessa persona.

Tirando le somme….

2) Le spettacolari proprietà delle cellule staminali adulte ci portano a sostenerne la ricerca scientifica e la più ampia divulgazione dei risultati