Staminali dei follicoli da staminali pluripotenti

Generazione di cellule staminali epiteliali umane generatrici di follicoli da cellule staminali pluripotenti indotte.

Ruifeng Yang , Ying Zheng , Michelle Burrows , Shujing Liu , Zhi Wei , Arben Nace , Wei Guo , Suresh Kumar , George Cotsarelis e Xiaowei Xu
Perelman School of Medicine presso l’Università della Pennsylvania.

(ricevuto 29 Agosto 2013, accettato 5 dicembre 2013, pubblicato 28 Gennaio 2014)

Sintesi
Le cellule staminali epiteliali (EPSC) nel rigonfiamento del follicolo pilifero (bulge) sono necessarie per la crescita del follicolo dei capelli e il suo ciclo. L’isolamento e la propagazione di EPSC umane a scopi di ingegneria tissutale resta tuttavia difficile.

Qui sviluppiamo una strategia per differenziare cellule staminali umane pluripotenti indotte (hiSPSC ) in EPSC con espressione di CD200/ITGA6,  che possono ricostituire i componenti epiteliali del follicolo dei capelli e dell’epidermide interfollicolare.

I fusti del capello (indicati dalle frecce) formati da cellule staminali epiteliali derivate da cellule staminali pluripotenti umane. Credit: Ruifeng Yang, Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania.

Queste cellule derivate dalle hiSPSC positive per CD200/ITGA6 mostrano un’espressione genica simile alle EPSC direttamente isolate dai follicoli dei capelli umani. Questo tipo di cellule sono state in grado di generare tutte le linee cellulari del follicolo pilifero, tra cui il fusto del capello e le guaine epiteliali interne ed esterne, nelle sperimentazioni di ricostituzione della cute.

I follicoli dei capelli rigenerati possiedono una popolazione di cellule staminali positive per KRT15 e producono fusti piliferi che esprimono le cheratine specifiche dei capelli. Questi risultati suggeriscono un nuovo approccio per generare un elevato numero di EPSCs umane per l’ingegneria dei tessuti, per nuovi trattamenti contro la perdita dei capelli, per la guarigione delle ferite e per altre disfunzioni cutanee degenerative.

Traduzione dalla News Release della Perelman School of Medicine

E’ un approccio potenzialmente in grado di invertire la calvizie utilizzando le cellule staminali per rigenerare i follicoli piliferi miniaturizzati. Finora non è stato possibile produrre un numero sufficiente di cellule staminali adatte a generare follicoli.

Xiaowei “George” X, professore associato di Patologia e Medicina di Laboratorio e di Dermatologia presso la Scuola di Medicina Perelman dell’Università della Pennsylvania, e colleghi hanno pubblicato su Nature Communications un metodo per convertire le cellule adulte in cellule staminali epiteliali (EPSC), è la prima volta che qualcuno ha raggiunto questo obiettivo sia sull’uomo che sui topi.

Le cellule staminali epiteliali quando vengono impiantate nei topi immunosoppressi rigenerano i diversi tipi di cellule di cute umana e i follicoli piliferi e questi producono un fusto del capello strutturalmente riconoscibile, aumentano così le possibilità che tali cellule possano rigenerare i capelli nell’uomo.

il prof. Xu e il suo team, che include ricercatori dei dipartimenti di Dermatologia e Biologia della Pennsylvania Un. e del New Jersey Institute of Technology , sono partiti da cellule epiteliali umane, i fibroblasti dermici. Con l’aggiunta di tre geni, hanno convertito queste cellule in cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) che hanno la capacità di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellule del corpo. Hanno poi convertito le cellule iPSC in cellule staminali epiteliali , che normalmente si trovano al rigonfiamento (bulge) dei follicoli piliferi .

Usando procedure analoghe, altri gruppi di ricerca avevano precedentemente lavorato per convertire iPSCs in cheratinociti, il team del prof. Xu ha però dimostrato che modulando con precisione i tempi e i fattori di crescita delle cellule ottenute, si possono portare le iPSC a generare un gran numero di cellule staminali epiteliali. Nello studio il prof. Xu e del suo team sono riusciti a convertire il 25 % delle iPSCs in cellule staminali epiteliali, nell’arco di 18 giorni. Tali cellule sono state poi purificate utilizzando le proteine che esprimono sulla loro superficie.

Il confronto tra i pattern di espressione genica delle cellule staminali umane epiteliali così ottenute, con le cellule staminali epiteliali derivanti dai follicoli dei capelli ha dimostrato che il team di ricercatori aveva centrato il primo obiettivo che si era prefissato. Quando poi hanno mischiato queste cellule con le cellule del derma induttive dei follicoli dei topi innestandole sulla cute di topi immunodeficienti, queste hanno prodotto epidermide umana funzionale (lo strato più esterno della cute) e follicoli strutturalmente simili ai follicoli piliferi umani.

“Questa è la prima volta che qualcuno ha prodotto quantità consistenti di cellule staminali epiteliali che siano in grado di generare la componente epiteliale dei follicoli dei capelli “, dice il prof. Xu. “E queste cellule hanno molte applicazioni potenziali – aggiunge – tra cui la guarigione delle ferite, la produzione di cosmetici e la rigenerazione dei capelli.”

“Detto questo, le cellule epiteliali ottenute non sono ancora pronte per l’uso sull’uomo – aggiunge il prof. Xu. “In primo luogo, un follicolo pilifero contiene cellule epiteliali (un tipo di cellula che riveste i vasi del corpo e le cavità), ma anche un tipo specifico di cellule staminali adulte che sono chiamate papille dermiche. Il prof. Xu e il suo gruppo hanno dovuto così unire queste cellule epiteliali con le cellule dermiche dei topi per generare follicoli piliferi e ottenere la crescita dei follicoli.

“Quando una persona perde i capelli, si perdono entrambi i tipi di cellule.” Spiega il prof. Xu. “Abbiamo risolto un problema importante, la componente epiteliale del follicolo pilifero. Abbiamo bisogno di capire il modo per ottenere anche le nuove cellule di papilla dermica, e nessuno per il momento è riuscito a trovare il modo di ottenere questo. ”

Inoltre, il processo che il prof. Xu ha utilizzato per creare iPSC comporta la modificazione genetica di cellule umane con geni che codificano delle proteine oncogene e quindi c’è bisogno di tecniche maggiormante affinate. Comunque, il professore fa notare che i ricercatori che studiano le cellule staminali stanno sviluppando altre soluzioni alternative, comprese le strategie che utilizzano esclusivamente alcuni agenti chimici.