Cellule beta dal rotolo di pancetta

Martin Fussenegger, professore di biotecnologia e bioingegneria, e il suo gruppo di ricerca presso il Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea hanno realizzato un'impresa che molti esperti ritenevano in precedenza impossibile: Hanno estratto cellule staminali dal tessuto adiposo di un soggetto di 50 anni e hanno usato la riprogrammazione genetica per farle maturare in cellule beta funzionali.

Le cellule beta generate con questo "software genetico" producono l'ormone insulina in presenza di glucosio, proprio come le cellule beta naturali presenti nel pancreas. I ricercatori ne danno notizia sulla rivista scientifica "Nature Communications".

Ricreata la dinamica della maturazione

I biotecnologi di Basilea hanno inserito nelle cellule staminali una rete genica artificiale e altamente complessa, il software genetico. Hanno progettato il software in modo tale da ricostruire con precisione, in termini di tempo e quantità, i fattori di crescita più importanti coinvolti nel processo di maturazione.

I fattori di crescita Ngn3, Pdx1 e MafA, le cui concentrazioni variano durante il processo differenziativo, sono di importanza centrale. Ad esempio, MafA è assente all'inizio della maturazione. Solo a partire dal quarto giorno, durante l'ultima fase di maturazione, la concentrazione di questo fattore aumenta bruscamente e rimane costante a un livello elevato. Le concentrazioni di Pdx1 e Ngn3 sono diverse: Quest'ultimo raggiunge il livello massimo il quarto giorno. Poi diminuisce. Il Pdx1, invece, aumenta bruscamente per due volte: All'inizio e alla fine della maturazione. Nel mezzo, il livello di Pdx1 diminuisce.

Fussenegger sottolinea che riprodurre questi processi nel modo più simile possibile alla natura è essenziale per trasformare le cellule grasse in cellule beta funzionanti. "Il momento e la giusta quantità di questi fattori di crescita sono estremamente importanti".

Nuove cellule beta rispondono al glucosio

Il professore dell'ETH considera una svolta il fatto che la riprogrammazione sia stata ottenuta con l'aiuto di una rete genetica artificiale. Finora gli scienziati controllavano la differenziazione delle cellule staminali aggiungendo varie sostanze chimiche e proteine con una pipetta. "Aggiungere manualmente la giusta quantità di questi componenti al momento giusto è molto difficile, inefficiente e impossibile da implementare su larga scala", afferma Fussenegger. Il nuovo processo consente di convertire tre cellule staminali grasse su quattro in cellule beta.

Le cellule beta artificiali non solo sono visivamente molto simili alle loro formazioni preliminari - entrambe hanno granuli scuri nella cellula che immagazzinano insulina. Funzionano anche in modo simile alle cellule beta naturali. "Le quantità di insulina non sono ancora così elevate come quelle delle cellule beta naturali", ammette Fussenegger. Tuttavia, il fattore decisivo è che per la prima volta è stato possibile ricreare l'intera catena di processi dalla cellula staminale alla cellula beta differenziata secondo la formazione preliminare naturale.

Impianto da cellule proprie del corpo

La tecnologia sviluppata dai ricercatori dell'ETH di Basilea potrebbe consentire in futuro di produrre nuove cellule beta per i pazienti affetti da diabete a partire dal loro stesso tessuto adiposo e di impiantarle. Sono già stati effettuati trapianti di cellule beta, ma come per tutti i trapianti di organi o parti di organi estranei, il sistema immunitario del ricevente deve essere soppresso in seguito. "Con le nostre cellule beta, invece, questa misura non sarebbe necessaria, poiché le otteniamo dal materiale cellulare del paziente stesso. Ecco perché il nostro lavoro è così interessante per il trattamento del diabete", afferma il professore all'ETH.

Maturazione completa nel piatto della cultura

Finora i ricercatori dell'ETH hanno coltivato le loro cellule beta solo in coltura e non le hanno ancora inserite in un paziente affetto da diabete. Per prima cosa volevano scoprire se il programma genico sintetico permette effettivamente alle cellule staminali di differenziarsi dall'inizio alla fine. Fussenegger è convinto di poter generare anche altri tipi di cellule dalle cellule staminali del grasso corporeo utilizzando il nuovo metodo. "E la maggior parte delle persone ha grasso in eccesso da cui si possono ottenere le cellule precursori".