La placenta proveniente da gravidanze a termine e i tessuti extrembrionali come le membrane fetali e il cordone ombelicale, rappresentano una potenziale fonte etica di cellule staminali facilmente accessibile. Da questi tessuti è possibile ottenere popolazioni di cellule staminali denominate cellule perinatali, come le cellule mesenchimali (MSC) e altri tipi cellulari con potenziale staminale, ad esempio le cellule epiteliali derivate dalla membrana amniotica (AEC). Queste ultime presentano una notevole plasticità, con la capacità di differenziarsi in tessuti provenienti da tutti e tre i foglietti embrionali, quali il tessuto cardiaco, nervoso e pancreatico. L'isolamento e la caratterizzazione approfondita di queste cellule consentirebbero la prospettiva di applicazioni nell'ingegneria tissutale e nella terapia cellulare per patologie degenerative. Inoltre, l'interesse per lo sviluppo di approcci innovativi nelle colture cellulari è cresciuto significativamente, puntando a ricreare ambienti che simulino in modo più fedele le condizioni in vivo. Le colture tridimensionali, infatti, come gli sferoidi e gli organoidi, offrono vantaggi significativi rispetto alle colture bidimensionali. Questi sistemi 3D ricreano un microambiente tessutale più realistico, grazie alla presenza di una matrice extracellulare e alle interazioni cellula-cellula, migliorando lo studio delle caratteristiche delle cellule staminali e potenziando le loro applicazioni terapeutiche.
Nel nostro centro, lo studio delle cellule staminali perinatali si articola in particolare in tre differenti ambiti, di seguito illustrati.
Studio del potenziale differenziativo e della capacità immunomodulatoria delle cellule staminali perinatali per il trattamento del Diabete di tipo I
Il diabete mellito di tipo 1 (T1DM) è una malattia autoimmune in cui il sistema immunitario distrugge le cellule beta pancreatiche, portando a una carenza cronica di insulina. Sebbene la terapia insulinica sia efficace nel controllare i sintomi, non affronta la causa principale, legata a un'infiammazione e a una disfunzione immunitaria persistente.
Le cellule staminali perinatali, come le cellule epiteliali amniotiche umane (hAEC) e le cellule stromali mesenchimali della gelatina di Wharton (hWJ-MSC), mostrano un potenziale terapeutico grazie alle loro proprietà immunomodulatorie, antinfiammatorie e rigenerative. In colture tridimensionali, queste cellule possono migliorare le interazioni cellulari auspicando il rilascio di insulina, proteggendo le cellule beta pancreatiche dagli attacchi autoimmuni.
Il progetto descritto mira a sviluppare un modello preclinico innovativo, utilizzando sferoidi 3D composti da hAEC e hWJ-MSC, per affrontare contemporaneamente le cause immunologiche del T1DM e integrare la rigenerazione tessutale e la modulazione del sistema immunitario.
Studio dell’effetto immunomodulatorio delle cellule staminali perinatali nelle nelle distrofie muscolari
L'infiammazione gioca un ruolo chiave nei processi rigenerativi, ma in molte distrofie muscolari (MD), la degenerazione delle miofibre porta a un rilascio costante del loro contenuto, generando un'infiammazione cronica che contribuisce alla progressione della malattia. Inoltre, studi sulle MD evidenziano una significativa variabilità nella risposta immunitaria, suggerendo che gli immunomodulatori endogeni possano modulare le risposte immunitarie in modo diverso a seconda della specifica forma di MD.
In questo contesto, il trapianto di cellule staminali mesenchimali (MSC), come quelle derivate dalla gelatina di Wharton isolate da cordone ombelicale, rappresenta una strategia terapeutica promettente per diverse malattie rare. Queste cellule favoriscono la rigenerazione e la riparazione tissutale attraverso il segnalamento paracrino, mediando effetti antinfiammatori, antifibrotici e pro-rigenerativi.
L'obiettivo di questo studio è analizzare le proprietà immunomodulatorie delle MSC perinatali e sviluppare modelli tridimensionali di coltura che includano progenitori mioblastici sani e derivati da patologie muscolari degenerative, con lo scopo di ottimizzare le strategie terapeutiche per queste condizioni.
Caratterizzazione biofisica delle cellule perinatali
In questo studio, indaghiamo il potenziale delle tecnologie microfluidiche emergenti, utili per ottenere nuove informazioni sulle caratteristiche biofisiche (e.g. densità, forma e dimensione) delle cellule staminali isolate da sorgenti perinatali, partendo da campioni eterogenei o colture 3D. L'applicazione prospettica di queste tecnologie allo studio delle popolazioni perinatali potrebbe contribuire allo sviluppo di nuove strategie biofarmaceutiche basate su approcci terapeutici cellulari innovativi e sicuri.
L'analisi microfluidica consente di indagare i fenotipi cellulari mantenendo le condizioni fisiologiche, un campo in espansione che ha già portato allo sviluppo di sistemi diagnostici portatili, piattaforme lab-on-a-chip per la scoperta e lo screening di farmaci, strumenti per la ricerca di base nelle scienze della vita e dispositivi analitici sofisticati. In futuro, si prevede che le tecnologie microfluidiche apporteranno significativi progressi nella produzione e nel controllo di qualità dei prodotti cellulari come le vescicole extracellulari, considerate promettenti sistemi di somministrazione farmacologica.
Il rinnovato interesse per le proprietà biofisiche delle cellule in vitro permetterà di indirizzare le tecnologie microfluidiche in via di sviluppo sugli aspetti biomeccanici dell'ingegneria tissutale, sul rimodellamento della nicchia staminale e sui segnali della matrice extracellulare. L’obiettivo di questa ricerca è la definizione più accurata del microambiente cellulare comprensivo delle forze fisiche che governano lo stato e il comportamento cellulare.