Le cellule staminali polmonari in salute, riparazione e malattia

Le malattie croniche dei polmoni come il cancro e la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) sono tra le più comuni cause di morte in Europa. Queste malattie costano all’Unione Europea più di 100 miliardi di euro l’anno. Tali patologie comportano dei cambiamenti  nelle cellule dei polmoni. La ricerca sulle cellule staminali polmonari potrebbe aiutare a capire le cause di tali malattie, e a fornire le basi per future terapie.

Molte delle più comuni malattie polmonari in Europa, come il cancro ai polmoni o la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), sono causate da cambiamenti nelle cellule che costituiscono i polmoni. Studi sulle cellule staminali dei polmoni potrebbero permetterci di capire queste malattie e gettare le basi per futuri trattamenti.

Le cellule staminali dei polmoni sono importanti per lo sviluppo iniziale dei polmoni nel feto. Inoltre, recenti studi suggeriscono che vi siano divesi tipi di cellule staminali dei polmoni nell’aduto, importanti per il riparo dei riparare danni.  Diverse popolazioni cellulari sono usate nel polmone adulto a seconda del tipo di lesione ricevuta. Per esempio, danni causati da infezioni influenzali vengono riparate da un tipo diverso di staminali rispetto ad una lesione causata dall’inalazione di un agente chimico.

Le cellule staminali polmonari sono presenti nei polmoni in via di sviluppo del feto e nei polmoni adulti, ma questi due tipi di cellule non sono esattamente uguali. I ricercatori sanno che esistono cambiamenti, ma non si sa ancora molto riguardo a come siano diverse queste cellule.

Alcuni ricercatori stanno studiando i meccanismi di controllo che determinano quale delle cellule staminali polmonari vengono attivati a seguito di lesioni o infezioni.

I ricercatori stanno cercando di capire come danni a geni che controllano la crescita e moltiplicazione delle cellule staminali polmonari possano portare le cellule a dividersi e moltiplicarsi continuamente, potenzialmente causandotumori polmonari.

La maggior parte della ricerca sulle cellule staminali polmonari è stata fatta su topi. Tuttavia, molti studi stanno attualmente iniziando a esaminare come i risultati precedenti si traducano nelle cellule polmonari umane.

Studiare come funzionano le cellule polmonari in laboratorio è molto difficile, perché queste cellule si organizzano in strutture e tessuti complessi che non si é ancora in grado di replicare in laboratorio.

Ciononostante, i recenti avanzamenti nelle condizioni di cultura di organoidi  sono stati applicati ai polmoni e stanno permettendo lo studio dei comportamenti delle cellule staminali polmonari umane.

Lungs

I nostri polmoni lavorano duramente. Nell’arco di una vita, i polmoni umani fanno in media tra i 20 e i 40 milioni di respiri e scambiano un volume di aria compreso tra i 7,000 e i 10,000 litri al giorno. Nei mammiferi, il sistema respiratorio può essere diviso in due regioni distinte:

1.     Le vie di conduzione di aria, che includono la trachea, i bronchi e i bronchioli.
2.     Le aree di scambio gassoso, rappresentate dagli alveoli.

I ricercatori hanno scoperto che in ognuna di queste regioni esistono degli specifici tipi di cellule progenitrici e di cellule staminali. In condizioni normali, le cellule progenitrici sono presenti in abbondanza in ognuna delle aree polmonari. Il loro compito è quello di dividersi per rimpiazzare le cellule vecchie o danneggiate, così da mantenere in salute i polmoni. Delle cellule progenitrici fanno parte le cellule basali tracheali, le cellule bronchiolari secretorie (chiamate anche cellule "club" in Inglese) e le cellule alveolari di tipo 2. Si pensa che la proliferazione delle cellule progenitrici sia sufficiente a rigenerare la struttura dei polmoni durante tutta la vita di un individuo adulto.

Le cellule staminali sono molto più rare delle cellule progenitrici, ma si trovano sia nei polmoni embrionali che in quelli adulti. Alcune cellule staminali contribuiscono allo sviluppo iniziale dei polmoni mentre altre aiutano a riparare e a rigenerare i polmoni per tutto il corso della vita. Problemi delle cellule staminali possono portare a malattie polmonari. Nei polmoni dei topi, nelle vie di conduzione di aria, sono state scoperte delle rare cellule staminali che in caso di lesioni gravi (dovute ad es. ad un’influenza) possono dividersi e generare nuove cellule che contribuiscono sia alle regioni di transito di aria, sia alle regioni di scambio gassoso (alveoli). Queste cellule sono anche state coltivate in vitro e usate per testare – in via teorica – trattamenti per polmoni di topo lesionati.

Polmoni
Sinistra: Struttura di un polmone adulto. Destra: Anatomia del polmone e cellule staminali polmonari

 

Una migliore comprensione della biologia delle cellule staminali polmonari e delle cellule progenitrici potrà aiutarci a capire meglio il funzionamento del polmone sano. Questo a sua volta potrà far luce sulle cause delle malattie polmonari come la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO), e di conseguenza portare allo sviluppo di nuovi farmaci o trattamenti. Le stesse cellule staminali polmonari potrebbero anche essere utilizzate in future terapie per riparare o rigenerare i polmoni dei pazienti con gravi danni o malattie polmonari.

Le cellule staminali polmonari sono state identificate e caratterizzate soprattutto in topi geneticamente modificati. Questo ha permesso ai ricercatori di individuare le differenze tra cellule staminali polmonari embrionali e adulte, di scoprire il ruolo delle cellule staminali nella riparazione del polmone e di investigare come cambiamenti alle cellule polmonari staminali possano portare a malattie. Un obiettivo della ricerca attuale è verificare se le stesse popolazioni di cellule staminali e progenitrici possano essere identificate nei polmoni umani.

Fluorescence tagging of progenitor and stem cells before and after lung injury
Marcatura fluorescente delle cellule progenitrici e staminali, prima e dopo il danno polmonare

Inoltre, i ricercatori stanno cercando di determinare il ruolo delle cellule staminali nelle varie malattie polmonari umane, tra cui il cancro e la BPCO. Hanno inoltre iniziato a esplorare potenziali applicazioni cliniche con molti studi – ai primi stadi umani – per verificare se le cellule staminali polmonari possano migliorare la sostituzione o rigenerazione degli organi nei pazienti.

Nel momento in cui i ricercatori riusciranno a capire la esatta natura e il funzionamento delle cellule staminali polmonari umane, ne saranno rivelate anche le potenzialità terapeutiche. Sarà possibile identificare farmaci per controllare le cellule staminali polmonari, che possano essere testati come trattamento per le malattie polmonari. Altri studi investigheranno i possibili usi delle cellule staminali polmonari nella medicina personalizzata.

Questa scheda è stata creata da Adam Giangreco e Emma Rawlins.

Revisionata e aggiornata nel 2015 e nel 2018 da Emma Rawlins.

Traduzione dall’inglese all’italiano a cura di Lucia Vitellozzi e Benedetta Carbone.

Schema di Adam Giangreco. Immagini di Adam Giangreco e Emma Rawlins.