Malattie renali: come possono aiutare le cellule staminali?
La domanda per il trapianto di reni sta crescendo. Nel mondo occidentale, l’incidenza dell’alta pressione sanguigna e del diabete di tipo II sta aumentando e contribuisce all’alto tasso di malattie renali. Tuttavia non ci sono donatori di organi sufficienti a soddisfare questo fabbisogno crescente. Pertanto, terapie basate sull’uso di cellule staminali potrebbero offrire una soluzione alternativa.
I nostri reni aiutano a stabilire il corretto equilibrio di sali e minerali nel nostro sangue. Inoltre filtrano le tossine e producono molti ormoni importanti. I nefroni sono le componenti funzionali chiave del rene.
Le malattie renali sono causate da danni ai nefroni. Possono essere improvvise e di breve durata (malattie renali acute) o lente e progressive (malattie renali croniche).
Le malattie renali croniche possono causare insufficienza renale, che è fatale se non trattata con dialisi sanguigna o un trapianto di rene.
I ricercatori stanno studiando come le cellule staminali possano aiutare i reni a riparare i nefroni danneggiati per ristabilire la funzione renale.
Gli scienziati stanno studiando come possa rigenerarsi un rene e quali tipi di cellule renali siano coinvolte in questo processo. Non è ancora chiaro quali tipi di cellule sono coinvolte nella rigenerazione renale.Ci sono molti gruppi di cellule attorno ai nefroni con caratteristiche di tipo staminale”. Una tipologia è chiamata Cellule Progenitrici Renali (RPC), un altro gruppo ha delle caratteristiche simili alle cellule staminali mesenchimali (MSC), che si trovano tipicamente nel midollo osseo.
Gli scienziati stanno anche utilizzando cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) per produrre strutture cellulari 3D simili ai nefroni; queste servono per studiare come si formano i reni a livello embrionale e per sviluppare e validare nuovi farmaci e terapie. In futuro forse sarà possibile usare queste cellule per creare nuovi nefroni nei reni danneggiati.
È molto difficile studiare lo sviluppo del rene, le malattie renali e il naturale processo di riparazione, poiché in un rene esistono strutture complesse e una grande diversità di cellule.
Le malattie renali possono essere causate da danni a tipi diversi di cellule nell’organo. I trattamenti a base di cellule staminali saranno efficaci soltanto se si prenderanno in considerazione quali cellule sono davvero danneggiate e vanno quindi rimpiazzate.
I trattamenti cellulari che promuovono processi di riparazione naturali potrebbero richiedere meno tempo rispetto alle terapie di rimpiazzo cellulare; tuttavia i ricercatori devono ancora capire meglio come funzionino questi processi di riparazione cellulare naturali, prima che si possano sviluppare trattamenti.
I reni sono localizzati nella parte posteriore del corpo, circa 10 cm sopra le anche e appena sotto la cassa toracica. I reni sono le unità filtranti del corpo, che mantengono un bilancio appropriato di fluidi, minerali, sali e altre sostanze nel sangue. I reni producono urina per rimuovere gli scarti e le sostanze nocive dal corpo. Inoltre producono anche diversi tipi di ormoni: l’eritropoietina (EPO), che agisce nel midollo osseo per aumentare la produzione di globuli rossi, il calcitriolo (Vitamina D3 attiva), che promuove l’assorbimento e l’uso di calcio e fosfato per mantenere ossa e denti sani, e infine l’enzima renina, che e’ coinvolto nella sorveglianza e controllo della pressione sanguigna.
L’ elemento cruciale e funzionale del rene e’ il nefrone.
Il nefrone e’ composto da:
- Il glomerulo- una rete densa di capillari che filtrano il sangue
- La capsula di Bowman – circonda il glomerulo, cattura il fluido che e’ stato filtrato fuori dalla circolazione sanguigna e lo trasferisce nei tubuli
- I tubuli – piccoli tubi circondati da un singolo strato di cellule specializzate il cui compito e’ di riassorbire principalmente acqua ed elettroliti (es. sodio, potassio, cloruro, e bicarbonato) nel sangue prima che lo scarto rimanente lasci il corpo come urina.
Solitamente le malattie renali sono causate da un danno ai nefroni e possono essere acute o croniche. Nelle malattie renali acute si assiste ad una improvvisa diminuzione della funzione renale. Di solito cio’ e’ causato dalla perdita di una grande quantità’ di sangue o da un incidente e spesso è un danno reversibile, anche se occasionalmente puo’ portare a un danno renale permanente. Per malattia renale cronica (CDK) si intende la perdita di almeno un terzo della funzione renale per almeno 3 mesi. Nelle malattie renali croniche la funzione renale peggiora nel corso degli anni e questo problema rimane spesso non diagnosticato per molti anni perché’ i suoi effetti sono relativamente leggeri. Alcuni dei sintomi associati alle malattie renali croniche sono mal di testa, fatica, alta pressione sanguigna, prurito, ritenzione dei liquidi, e affanno..
Ad ogni modo, le malattie renali possono portare a danno renale (meno del 10% della funzione renale). Una volta che questo accade, i pazienti hanno bisogno di dialisi o di un trapianto di rene per rimanere in vita. Il rischio di sviluppare una malattia renale cronica aumenta con l’invecchiamento, il diabete, l’alta pressione del sangue, l’obesità e il fumo. Ad oggi, almeno l’8% della popolazione Europea (40 milioni di persone) soffre di un certo grado di malattia renale cronica, il che comporta un rischio di sviluppare danno renale. Questi numeri stanno aumentando ogni anno e non ci sono sufficienti donatori di organi per provvedere ai trapianti per così tanti pazienti. Pertanto, lo sviluppo di nuove terapie per il trattamento delle malattie renali croniche è sempre più importante.
Gli scienziati stanno ancora discutendo su quali cellule staminali renali esistano davvero nel corpo umano adulto e quale ruolo esse abbiano nel processo naturale di riparazione del rene. Alcune cellule trovate in diversi posti all’interno del nefrone sono state proposte come possibili cellule staminali renali. La prova piu’ convincente dell’esistenza di tali cellule staminali e’ stata la scoperta delle Cellule Progenitrici Renali (RPC) nel polo urinario della capsula di Bowman del nefrone (marcata in blu nel diagramma qui sopra). Queste cellule hanno alcune delle caratteristiche delle cellule staminali e i ricercatori hanno dimostrato che esse sono responsabili della produzione di podociti – cellule specializzate coinvolte nel lavoro di filtrazione del nefrone e che devono essere rimpiazzate continuamente nel corso della nostra vita. Alcuni studi suggeriscono anche che queste stesse RPC potrebbero essere in grado di generare un secondo tipo di cellule specializzate trovate nello strato interno delnefrone.Come le cellule staminali renali, altre cellule con alcune delle caratteristiche delle cellule staminali mesenchimali sono state recentemente isolate dal rene.
Diversi tipi di cellule isolate dal midollo osseo sono stati sperimentati in animali ed in studi clinici per il trattamento delle malattie renali. Ad oggi, tra tutte le cellule studiate, quelle chiamate comunemente cellule staminali mesenchimali (MSCs) hanno prodotto i risultati più promettenti. Le ricerche suggeriscono che le MSCs possono essere capaci di potenziare l’abilità intrinseca del rene di ripararsi.
. I ricercatori che studiano gli effetti terapeutici di queste Cellule derivate dal Midollo Osseo (bmMSCs) nel contesto di un rene malato, hanno suggerito che queste cellule potrebbero rilasciare proteine, le qualipossono aiutare le cellule renali a crescere adinibire la morte cellulare e che potrebbero incoraggiare le stesse cellule staminali renali a riparare il danno renale. Altre ricerche sono necessarie per stabilire se queste ipotesi siano corrette. Al momento l’uso delle bmMSCs nelle validazioni cliniche serve proprio per provare l’efficacia di queste cellule nel curare i pazienti con patologie renali.Cellule con alcune delle caratteristiche delle MSCs sembrano esistere in diversi altri organi oltre al midollo osseo, tuttavia secondo gli gli scienziati è ancora controverso stabilire l’esatta natura di tali cellule ed il loro ruolo nel nostro corpo. Recentemente, cellule con caratteristiche simili alle MSCs sono state isolate dal rene. Queste cellule cosiddette MSCs renali (kMSC) hanno caratteristiche diverse dalle bmMSC. Ulteriori ricerche sono necessarie per identificare il loro preciso ruolo nel mantenimento della funzionalità renale e per studiare il loro potenziale nell’ aumentare la capacità rigenerativa del rene in seguito ad un trauma.
Un altro tipo di cellule staminali che gli scienziati stanno usando nella ricerca sul rene sono le cellule pluripotenti indotte (iPSC). iPSCs sono create tramite la riprogrammazione di cellule adulte e specializzate a cellule staminali embrionali. Queste cellule hanno la capacita’ di dare origine ad ogni altra cellule del corpo. Recentemente, alcuni ricercatori sono stati capaci di usare le iPSCs per produrre cellule renali in uno stadio molto precoce di sviluppo. Queste cellule progenitrici renali assomigliano a cellule trovate nell’ embrione che si trasformano in cellule renali specializzate durante lo sviluppo fetale. Queste cellule potrebbero avere il potenziale di creare il glomerulo ed i tubuli, ovvero gli elementi costitutivi del nefrone. Tuttavia, c’è ancora bisogno di molta ricerca prima che tali cellule possano essere usate in pazienti per trattare le malattie renali croniche.
Attualmente si sta studiando un approccio alternativo al trapianto d’organo che potrebbe aiutare i pazienti con malattie renali in futuro: l’uso della struttura stessa dell’organo – o “scaffold” – per produrre un organo intero trapiantabile. Gli scaffolds sono organi dai quali tutte le cellule sono state rimosse, lasciando solo la matrice extracellulare – la parte dell’organo che supporta la sua forma. Questa matrice puo’ essere fatta crescere con le cellule del paziente, che possono essere coltivate per crescere e moltiplicarsi, ricoprendo lo scaffold. Usando le cellule del paziente, le complicazioni relative al rigetto immunitario, che puo’ avvenire con il trapianto d’organo, sono drasticamente ridotte. L’obiettivo di questo approccio e’ identificare e ottenere il giusto tipo di cellule da seminare sullo scaffold, specialmente in organi con una struttura complessa fatta da tante cellule differenti. Le iPSCs costituiranno validi candidati da usare per sostenere e far crescere gli scaffolds renali. Esperimenti fatti su ratti hanno dimostrato la fattibilita’ di questo approccio.
A parte l’uso delle bmMSCs nelle prove cliniche per curare i pazienti con malattie renali (ClinicalTrials.gov NCT02057965, NCT02387151), itrattamenti con le cellule staminali per malattie renali non sono ancora stati sviluppati. Il rene e’ un organo molto complesso, composto da diversi tipi cellulari. Per creare un rene in laboratorio, sarebbe necessario che tutte queste cellule diverse vengano prodotte separatamente e mischiate allo scopo di ricreare un rene funzionale. In aggiunta, una malattia renale puo’ manifestarsi in diverse forme colpendo diversi tipi di cellule. Quindi, trattamenti che mirano a rimpiazzare le cellule danneggiate all’interno del rene di un paziente avrebbero bisogno di fornire diversi tipi di cellule per diversi pazienti. La ricerca di terapie basate sul rimpiazzo di cellule ed organi sta andando avanti, tuttavia, questi trattamenti saranno disponibili tra diversi anni.
Contemporaneamente, le cellule staminali potrebbero essere d’aiuto ai pazienti in altri modi. Per esempio, le cellule staminali possono essere usate per accrescere la nostra conoscenza delle malattie attraverso studi sullo sviluppo e sul comportamento di cellule renali cresciute su larga scala in laboratorio. La ricerca sulle cellule staminali potrebbe anche permetterci di utilizzare i meccanismi di riparazione del nostro corpo per trovare trattamenti per malattie renali. In malattie renali acute, il corpo puo’ spesso riparare un danno renale spontaneamente, ma non e’ capace di farlo sufficientemente bene per evitare il progressivo danno che avviene invece in malattie renali croniche. La recente identificazione di cellule tipo MSCs nel rene potrebbe aprire nuove possibilita’ per aumentare la capacita’ rigenerativa e di riparo del tessuto renale danneggiato del nostro corpo. Studiare queste possibilita’ andando a capire come queste cellule recentemente scoperte funzionano, e’ attualmente un’importante area di ricerca.
I ricercatori continuano anche ad esplorare nuove ipotesi usando tecnologie emergenti nel campo delle cellule staminali, come la riprogrammazione cellulare per cambiare il loro comportamento.
STELLAR: an EU sponsored collaborative consortium researching stem cells use in kidney regeneration
How your kidneys work - animated description from the BBC
The European Kidney Patients' Federation (CEAPIR)
List of national kidney disease organisations in Europe
UK National Health Service information on chronic kidney disease
Scientific American news article on experiments in rats using kidney scaffolds
Questa “scheda informativa” e’ stata creata da Brigitte Wieles e revisionata da Ton Rabelink, coordinatore del progetto europeo STELLAR.
L’Immagine principale ed il diagramma del nefrone sono stati creati da EuroStemCell usando Servier Medical Art. L’Immagine delle cellule staminali renali e’ di Brigitte Wieles. L’immagine al microscopio dei tubuli renali e’ di JWSchmidt. Grandmother and grandchild © iStock/grandriver.