Il fuoco sotto la cenere
L’identificazione di una popolazione di cellule staminali emopoietiche più “pura” è da sempre uno dei cardini della ricerca in campo trapiantologico. Questo studio di Radtke et al. identifica una nuova linea cellulare dotata di proprietà staminali e capace di garantire una completa ricostituzione emopoietica se trapiantata.
La selezione delle cellule staminali emopoietiche (HSC) da utilizzare nel trapianto di midollo è effettuata mediante l’utilizzo del CD34, un marker di membrana espresso sui precursori emopoietici. Tuttavia, è ormai noto da tempo in letteratura che diverse popolazioni cellulari non-HSC esprimono anch’esse il CD34. Questo dato implica che all’interno di un prodotto cellulare CD34+ troviamo molteplici popolazioni cellulari e che le vere HSC rappresentano solamente una frazione del numero totale di cellule infuse nel paziente. Da qui nasce l’esigenza di identificare nuovi markers che permettano la selezione di una popolazione HSC più pura.
L’avvento dei vettori virali, in particolare dei vettori retro- e lentivirali, ha permesso di studiare la cinetica delle HSC post-TMO in maniera più approfondita. Il presupposto per questa tecnica è rappresentato dal fatto che il vettore virale, avendo un’integrazione casuale all’interno del genoma, si integri in posizioni differenti tra una cellula e l’altra. Per tale motivo, il sito di inserzione del genoma virale in quello umano costituisce una sorta di “codice a barre” (o barcode), unico per ogni cellula trasdotta. Questo approccio permette di studiare l’evoluzione delle singole cellule nel tempo.
In questo lavoro, gli Autori, attraverso l’utilizzo di un barcode lentivirale, studiano la cinetica delle HSC post-TMO in un modello di trapianto autologo mieloablativo in primati non umani.
Gli Autori utilizzano primati non umani sottoposti a TMO autologo, utilizzando HSC trasdotte con un vettore lentivirale. In questa maniera, attraverso l’analisi dei differenti barcodes, è possibile valutare il contributo dei singoli cloni nella ricostituzione e nel mantenimento dell’emopoiesi. Essi dimostrano che i cloni presenti nei primi 3 mesi post-TMO sostengono circa il 50% dell’emopoiesi dopo 2 anni post-TMO e che sono responsabili di una ricostituzione emopoietica multilineare, potendo ritrovare gli stessi barcode delle HSC di origine nelle diverse sottopopolazioni cellulari mature nel sangue periferico.
Al fine di valutare la presenza di sottopopolazioni CD34+ particolarmente arricchite in HSC, gli Autori valutano 4 markers addizionali (CD45RA, CD90, CD117 e CD123), identificando in questo modo 9 sottopopolazioni distinte. Attraverso l’utilizzo di saggi di proliferazione in vitro, le cellule CD34+CD117+CD45RA-CD90+ sono identificate come quelle più efficienti nel generare colonie e nel ricostituire le diverse linee emopoietiche.
Al fine di verificare il reale arricchimento in HSC delle cellule CD34+CD117+CD45RA-CD90+, gli Autori dividono cellule CD34+ in tre differenti gruppi basandosi sull’espressione di CD45RA e CD90 e marcano ogni sottogruppo con una differente proteina fluorescente. Tali cellule sono quindi trapiantate in primati sottoposti a regime di condizionamento mieloablativo, ottenendo una rapida e completa ricostituzione emopoietica multi-lineare unicamente negli animali trattati con cellule CD34+CD45RA-CD90+.
Al fine di valutare la presenza di una popolazione cellulare analoga anche nell’uomo, gli Autori analizzano cellule HSC CD34+, provenienti da midollo osseo, cordone ombelicale e sangue periferico in pazienti sottoposti a mobilizzazione con G-CSF. Una popolazione cellulare fenotipicamente identica a quella presente nei primati non umani è identificabile anche nell’uomo. Tali cellule risultano essere simili a quelle dei primati non umani sia dal punto di vista fenotipico che trascrizionale, con un’analoga up-regolazione di alcuni geni chiave tipici delle HSC multipotenti.
Le cellule staminali emopoietiche sono comunemente identificate ed isolate attraverso l’utilizzo del CD34. Tuttavia, è ormai noto in letteratura che l’espressione del CD34 non è un’esclusiva prerogativa delle cellule staminali ma può anche essere rinvenuta in altre popolazioni cellulari, tra cui quelle progenitrici più differenziate. Per tale motivo, l’identificazione di nuovi marcatori di “staminalità”, capaci di definire meglio le reali HSC può aiutare a produrre prodotti cellulari più puri. Inoltre, come indicato da questo studio, la popolazione CD34+CD45RA-CD90+, essendo arricchita in cellule staminali, è in grado di garantire una corretta e completa ricostituzione emopoietica con un numero minore di cellule rispetto alle sole CD34+. Questo aspetto può impattare in maniera significativa sui metodi attualmente in uso per la mobilizzazione e la raccolta delle cellule pre-TMO.
Infine, l’identificazione di una popolazione staminale più “pura” può essere molto utile nel campo del genome editing e della terapia genica delle cellule staminali, permettendo la generazione di un prodotto cellulare più puro.
I risultati di questo studio sono stati prevalentemente ottenuti attraverso l’analisi di primati non umani e sono stati verificati solo parzialmente sul midollo umano. Ulteriori verifiche sono obbligatorie al fine di garantire una corretta traslazionabilità dei risultati in campo umano.
Radtke et al., A distinct hematopoietic stem cell population for rapid multilineage engraftment in nonhuman primates – Science Translational Medicine, Novembre 2017
Post creato in collaborazione con dott. Matteo Doglio
