Le cellule staminali del cordone ombelicale: gli attuali utilizzi e le sfide future

In passato il cordone ombelicale veniva gettato via come materiale di rifiuto, oggi, invece, rappresenta una ben nota risorsa di utili cellule staminali del sangue. Ormai dal 1989 il sangue del cordone ombelicale viene usato nel trattamento di alcuni tipi di malattie pediatriche del sangue, e la ricerca di suoi possibili utilizzi nel trattamento degli adulti sta facendo progressi. Quali sono dunque le attuali sfide della ricerca sul sangue del cordone ombelicale ed i suoi utilizzi – ad oggi ed in futuro?

Il sangue cordonale è contenuto nel cordone ombelicale e nella placenta di un neonato. È facile da ottenere e congelare per uso futuro.

Il sangue cordonale contiene cellule staminali del sangue (ematopoietiche), che possono generare tutte le altre cellule del sangue, incluse le cellule del sistema immunitario.

I trapianti di cellule staminali ematopoietiche (HSC in inglese) ottenute dal sangue cordonale possono essere usati per trattare molti diversi tipi di malattie del sangue, come la leucemia.

Rispetto alle HSC ottenute da donatori di midollo osseo, i trapianti di HSC ottenute da sangue cordonale sembrano causare meno casi di incompatibilità del il sistema immunitario, come ad esempio la malattia del trapianto contro l’ospite.

Un limite del sangue cordonale è che contiene meno HSC rispetto a una donazione di midollo osseo. Questo implica che un paziente adulto spesso richiede due volumi di sangue cordonale per trattamento.

I ricercatori stanno cercando strategie per espandere in laboratorio la quantità di HSC ottenute dal sangue cordonale, così che una singola donazione di sangue cordonale fornisca sufficienti cellule per uno o più trapianti di HSC.

Alcuni studi controversi sostengono che il sangue cordonale può essere usato per trattare altre malattie oltre a quelle del sangue, ma questi risultati spesso non sono riproducibili. I ricercatori stanno attivamente investigando se il sangue cordonale possa essere usato per trattare altre malattie.

Una delle maggiori sfide che molte aree della ricerca medica e i relativi trattamenti devono affrontare è correggere la disinformazione. Alcune compagnie pubblicizzano servizi a pagamento ai genitori affinché congelino il sangue cordonale dei figli in una banca del sangue, nell’eventualità che gli serva successivamente nella vita. Alcuni studi mostrano come sia altamente improbabile che il sangue cordonale venga mai usato per il figlio stesso. Comunque, i medici sostengono fortemente le donazioni di sangue cordonale alle banche del sangue pubbliche. Questo è un enorme aiuto per aumentare le scorte di sangue cordonale per le persone che ne hanno bisogno.

Umbilical cord

Dopo la nascita di un neonato, il sangue cordonale permane nel cordone ombelicale e nella placenta. Eesso puo’ esssere prelevato con relativa facilità e senza rischi per la madre ed il bambino.  In esso sono contenute le cellule staminali ematopoietiche: rare cellule che si trovano di norma nel midollo osseo.

Le cellule staminali ematopoietiche (HSCs) sono in grado di produrre qualsiasi tipo di cellule del sangue – globuli rossi, globuli bianchi e piastrine. Esse sono responsabili del mantenimento della produzione di nuovo sangue durante tutta la nostra vita. Da parecchi anni vengono usate nei trapianti di midollo osseo come terapia per alcune malattie del sangue.

I risultati di diversi studi suggeriscono inoltre che il cordone ombelicale potrebbe contenere altri tipi di cellule staminali, in grado di produrre cellule specializzate diverse da quelle del sangue, come ad esempio le cellule nervose (neuroni). Questi risultati sono tuttavia altamente controversi tra gli scienziati e, quindi, non  ampiamente accettati.

Il sangue cordonale viene utilizzato per curare i bambini con tumori del sangue come la leucemia, o con malattie genetiche del sangue come l’anemia di Fanconi. Il sangue cordonale viene trapiantato nel paziente, nel quale le HSCs possono così produrre nuove e sane cellule del sangue che vadano a rimpiazzare quelle danneggiate dalla patologia o da terapie mediche, come ad esempio la chemioterapia usata per combattere i tumori.

Il sangue cordonale può rappresentare quindi per alcuni pazienti un’utile alternativa al trapianto di midollo osseo. Il prelievo di sangue cordonale è più semplice di quello di midollo osseo, ed esso può essere congelato e conservato fino al momento in cui ne è richiesto l’utilizzo. Sembra inoltre che le probabilità che il sangue cordonale causi il rigetto immunitario o altre compliazioni come la malattia del trapianto contro l’ospite (Graft versus Host Disease), siano minori che nel caso del midollo osseo. Questo significa che il sangue cordonale non deve essere abbinato perfettamente al paziente, come invece avviene per il midollo osseo (anche se un certo livello di compatibilità è comunque richiesto).

Tuttavia, i trapianti di sangue dal cordone ombelicale (o sangue cordonale) hanno delle limitazioni.  I trattamenti con sangue cordonale in adulti richiedono tipicamente due unitá di sangue cordonale per adulto. I trial clinici che utilizzano un “doppio trapianto di sangue cordonale” per adulti hanno mostrato risultati simili a quelli che utilizzano altre fonti di cellule staminali del sangue, come il midollo osseo o sangue periferico. Sono al momento in fase di studio metodi per espandere una singola unitá di sangue cordonale per uso negli adulti. Il sangue cordonale puó anche essere usato per trattare malattie del sangue. Non sono ancora state sviluppare terapie che usano cellule staminali del sangue derivate dal sangue cordonale o dal midollo osseo per malattie non sanguigne.

Uno dei limiti più grossi al trapianto di sangue cordonale è dato dal fatto che il sangue ottenuto da un singolo cordone ombelicale non contiene un numero di cellule staminali ematopoitiche simile a quello ottenuto tramite una donazione di midollo osseo. Gli scienziati credono che sia principalmente per questa ragione che il trattamento degli adulti si è rivelato difficoltoso: le dimensioni maggiori degli adulti fanno sì che sia necessario un numero maggiore di HSCs. Un trapianto contenente troppe poche HSCs potrebbe fallire o portare alla formazione troppo lenta di nuovo sangue nell’organismo nei primi giorni successivi al trapianto. Questa grave complicazione è stata in parte superata trapiantando sia I bambini con un maggiore sviluppo fisico che gli adulti, con il sangue cordonale proveniente da due diversi cordoni ombelicali. Alcuni ricercatori hanno inoltre tentato di incrementare il numero totale di HSCs ottenute da ciascun cordone ombelicale prelevando del sangue addizionale dalla placenta.

Gran parte della ricerca è quindi focalizzata sul tentativo di accrescere il numero delle HSCs che possono essere ottenute da un campione di sangue cordonale, tramite la coltivazione e mltiplicazione delle cellule in laboratorio. Sono attualmente in corso diversi trial clinici preliminari che utilizzano questa tecnica.  Ad ora i risultati sono contrastanti: alcuni suggeriscono che l’espansione ex-vivo riduca il tempo richiesto per la comparsa nel corpo di  nuove cellule del sangue a seguito del trapianto; tuttavia I pazienti adulti continuano a necessitare del sangue proveniente da due cordoni ombelicali. È quindi necessario che la ricerca vada ancora avanti per poter capire se ci sia un reale beneficio per i pazienti, prima che questa tecnica sia approvata per l’utilizzo di routine nella pratica clinica.

Diversi gruppi di ricercatori hanno riportato studi in animali che sembrano suggerire che il sangue cordonale possa riparare tessuti diversi dal sangue, in patologie che vanno dall’attaco cardiaco all’ictus. Anche Questi risultati sono controversi: non frequentemente gli scienziati possono ripodurre questi dati e non è ben chiaro COME il sangue cordonale possa avere questi effetti. Quando degli effetti benefici vengono osservati questi sembrano essere risultati minori degli attesi, e non abbastanza significativi da rivelarsi utili a scopo terapeutico. In caso di effetti positivi, ci si chiede inoltre se questi potrebbero essere spiegati non dalla produzione di cellule nervose ad opera delle cellule del sangue cordonale, ma bensì dal rilascio dalle cellelule cordonali di sostanze in grado di aiutare l’organismo nel riparo del danno.

L’attuale ricerca mira quindi a rispondere a queste domande per stabilire se in futuro sarà possibile sviluppare terapie con il sangue cordonale sicure ed effettive, allo scopo di trattare  patologie non del sangue. Di recente un trial clinico preliminare volto ad investigare l’uso del sangue cordonale nel trattamento del diabete infantile di tipo I (early clinical trial investigating cord blood treatment of childhood type 1 diabetes) non ha avuto successo. Altri trial clinici in uno stadio molto precoce stanno esplorando l’utilizzo dei trapianti di sangue cordonale nel trattamento di bambini con disordini cerbrali, come la paralisi cerebrale o il danno cerebrale traumatico. Tuttavia questi trial non hanno ancora  dimostrato nessun effetto positive certo, e la maggior parte degli scienziati ritengono perciò che una più approfondita ricerca di laboratorio sia richiesta per capire come agiscano le cellule del sangue cordonale e se esse possano essere davvero utili in questo tipo di terapie.

Gli esperti credono che il sangue del cordone ombelicale sia una fonte importante di cellule staminali del sangue e ritengono che il suo pieno potenziale nel trattamento delle patologie del sangue debba ancora essere compreso. Altri tipi di cellule staminali come le cellule staminali pluripotenti indotte (induced pluripotent stem cells may) potrebbero rivelarsi più adatte al trattamento di patologie diverse da quellle del sangue, ma queste questioni potranno trovare risposta solo nella ricerca futura.

Un ultima nota sulla conservazione in banche del sangue del sangue cordonale…

Poiché é aumentata la ricerca sul sangue cordonale e sul suo uso terapeutico per le malattie sanguigne, sono anche sorte questioni sulla possibilitá di conservare privatamente il sangue cordonale per uso futuro. Un recente articolo su questo problema scritto da Mehandra Rao e colleghi sostiene la pratica di conservare il sangue cordonale (per il trattamento di malattie sanguigne) ma nel contesto di banche di sangue cordonale pubbliche piuttosto che private. Un adulto richiedente trattamento avrebbe bisogno di almeno due campioni di sangue cordonale che siano immunologicamente compatibili.  Un unico campione non sarebbe quindi sufficiente. Un bambino potrebbe avere bisogno di solamente un campione di sangue cordonale, ma nel caso di leucemia infantile puó esserci il rischio che cellule pre-leucemiche siano presenti nel campione di sangue cordonale. Il bambino non potrebbe quindi usare le proprie cellule per la terapia.

Qualora tutti donassero il sangue cordonale ad un registro pubblico per il “bene comune”, aumenterebbero le probabilitá che qualcuno possa beneficiare di un doppio trapianto di sangue cordonale. Questo supera di gran lunga l’effettiva probabilitá che una donatore possa un giorno utilizzarlo per sé stesso.

Un articolo del 2008 su questo argomento che sintetizza il dibattito sulle banche di sangue cordonale pubbliche contro quelle private, conclude cosí:

“Questa ri-analisi supporta svariate opinioni espresse in precedenza che conservare in banche private il sangue cordonale autologo [usando le PROPRIE cellule] come assicurazione biologica per il trattamento di malattie mortali in bambini e giovani non é clinicamente giustificabile poiché le probabilitá di doverle mai usare é  remota. La mancanza di evidenze scientifiche solleva serie considerazioni di carattere etico sull’insufficienza di informazione per i potenziali genitori sulla mancanza di futuri benefici nel conservare sangue cordonale autologo…

I tentativi per giustificare questo [la conservazione commerciale di sangue cordonale] sono basati sul successo non correlato della conservazione pubblica di sangue cordonale e di trapianto allogenico [usando cellule di un ALTRO individuo] di sangue cordonale, e non sull’uso per il trapianto di sangue cordonale autologo [cellule del paziente], la cui efficacia rimane ancora da comprovare”.

Il sangue da cordone ombelicale rappresenta un utile strumento per la ricerca. I ricercatori stanno infatti studiando la capacità delle cellule staminali ematopoietiche (del sangue) che si ritrovano nel cordone ombelicale di dare origine ad altri tipi di cellule specializzate - come quelle del sistema nervoso o le cellule pancreatiche che producono insulina. Il sangue da cordone ombelicale usato a scopi scientifici proviene da madri che hanno eseguito un parto programmato e che hanno deciso di donarlo a seguito di un consenso informato. Se l'ospedale in cui si partorisce si occupa di tali ricerche e se la madre e' sottoposta ad un parto programmato, potrebbe essere chiesto il consenso per prelevare il sangue dal cordone ombelicale del bambino.

Il sangue da cordone ombelicale può anche essere generosamente donato ad uso clinico. Dal 1989, infatti, vengono regolarmente eseguiti trapianti di sangue da cordone ombelicale per trattare bambini affetti da leucemia, anemie o altre patologie del sangue.

Il sangue da cordone ombelicale che si trova nelle banche del sangue pubbliche è disponibile per pazienti (non legati alla famiglia del donatore) che necessitano di un trapianto di cellule staminali ematopoietiche.

Il sangue da cordone ombelicale può essere conservato in specifiche banche del sangue pubbliche o private (commerciali).

Nel Regno Unito, ad esempio, la Cord Blood Bank del NHS sta raccogliendo ed immagazzinando gratuitamente sangue da cordone ombelicale dal 1996. Il sangue da cordone che si trova in banche pubbliche come questa è conservato in modo indefinito per possbili trapianti, ed è disponibile per qualsiasi paziente che necessiti di questo particolare tessuto. Non  è richiesto nessun pagamento al donatore, ma il campione non è conservato in modo specifico per quella persona o per la sua famiglia.

Esistono diverse società in tutta Europa che offrono anche un servizio privato di raccolta e conserva di sangue da cordone ombelicale. Il sangue del cordone di un bambino può essere conservato nel caso in cui lui, o un membro della sua famiglia, sviluppi in seguito una patologia che possa essere trattata con un trapianto di sangue da cordone ombelicale. Solitamente queste società richiedono un compenso per la raccolta ed un pagamento annuale per la conserva del campione.

Ci sono alcune obiezioni mosse alla raccolta privata di sangue da cordone ombelicale. In primo luogo la probabilità di usare quel sangue da cordone per il bambino donatore, per un fratello o per un altro membro della sua famiglia, è in realtà molto bassa; inoltre vi sono alternative ben definite al trapianto di cellule del sangue di cordone ombelicale. Infine non ci sono evidenze scientifiche che tale sangue da cordone possa essere usato nel trattamento di altre patologie che non colpiscono il sangue (come il diabete o la malattia di Parkinson). In alcuni casi i pazienti possono non ricevere il proprio sangue da cordone poichè le cellule possono già contenere le modificazioni genetiche che predispongono alla malattia.

Il sangue da cordone ombelicale costituisce una ricca fonte di cellule staminali ematopoietiche (sanguigne). Queste cellule sono in grado di generare i diversi tipi di cellule del sangue - globuli rossi, globuli bianchi e piastrine. Le cellule staminali ematopoietiche, purificate dal midollo osseo, sono usate da diversi anni nel trattamento delle leucemie, delle malattie del sangue e del midollo osseo, del cancro (in associazione alla chemioterapia) e delle immunodeficienze.

Fin dal lontano 1989, i trapianti di cellule staminali ematopoietiche basati sull'uso di cellule da cordone ombelicale hanno permesso di guarire con successo bambini affetti da leucemie, anemie ed altre malattie del sangue. I ricercatori stanno studiando strategie per aumentare il numero di tali cellule staminali  ottenibili da cordone ombelicale, in modo da consentire il trattamento routinario anche di soggetti adulti.

Eccetto che per le malattie connesse al sistema ematico, molto deve essere ancora scoperto riguardo al potenziale terapeutico delle cellule staminali ottenute dal cordone ombelicale e gli scienziati concordano sulla necessità di effettuare studi clinici più approfonditi. Ad esempio, negli Stati Uniti è stato avviato uno studio su un gruppo di pazienti in età pediatrica affetti da diabete di tipo 1, per valutare l'efficacia di un trattamento con cellule staminali prelevate dal loro stesso cordone ombelicale al momento della nascita e crioconservate.

Diversi studi condotti in questi ultimi anni hanno evidenziato la possibilità che le cellule staminali dal sangue di cordone ombelicale e da midollo osseo possono essere convertite in altre tipologie di cellule (ad esempio, cellule nervose) mentre altri studi ipotizzano che tra di esse vi possano essere addirittura cellule con proprietà simili a quelle delle cellule staminali embrionali. Qualora questi studi si dimostrassero attendibili, il potenziale terapeutico delle cellule staminali da cordone ombelicale potrebbe essere considerevolmente esteso. Tuttavia bisognerà aspettare maggiori conferme prima di utilizzare le cellule staminali da cordone ombelicale in approcci terapeutici per malattie non legate al sistema sanguigno.

The European Group for Blood and Marrow Transplantation

UK National Health Service cord blood bank

Umbilical Cord Blood Banking - an opinion paper by the Royal College of Obstetricians and Gynaecologists’ Scientific Advisory Committee (published June 2006)

Questa scheda e’ stata create da Rajeev Gupta e revisionata da Tariq Enver, con l’aiuto di Alexander Medvinsky.

Revisionato nel 2016 da Dan S Kaufman. Curato da Emma Kemp e Jan Barfoot.

Tradotto in Italiano da Virginia Turati e Anna Albiero.

Lead image of baby's umbilical cord from Wikimedia Commons. Possible human blood stem cell image by Rajeev Gupta and George Chennell. Remaining images of blood sample bags and red blood cells from Wellcome Images.