Le Cellule Staminali Epiteliali della Superficie Oculare


La superficie oculare è rivestita da due diversi epiteli: l’epitelio corneale e l’epitelio congiuntivale, che si rinnovano costantemente attraverso la proliferazione e il differenziamento delle rispettive cellule staminali. Le cellule staminali sono cellule immature non specializzate capaci di dare origine a specifici tipi di tessuto (cellule uni o pluripotenti) o addirittura a qualsiasi tipo di tessuto (cellule totipotenti). Le cellule staminali della superficie oculare sono localizzate nella porzione basale del limbus della cornea, in specifiche invaginazioni chiamate “Palisade di Vogt” (Fig. 1a,1b) per l’epitelio corneale e nelle zone fornicale e bulbare per la congiuntiva. Queste cellule hanno un’altissima capacità rigenerativa e sono in grado di produrre cellule epiteliali “figlie” (Fig.2), sia in risposta alle fisiologiche necessità di rinnovamento, sia in caso di insulti lesivi che richiedano una riparazione della superficie oculare. La perdita delle cellule staminali limbari, in seguito ad infezioni, causticazioni da acidi o alcali, ustioni corneali, malattie autoimmuni e genetiche (i.e. EEC Sindrome) provoca la “congiuntivalizzazione” della superficie corneale, con vascolarizzazione, infiammazione, ulcerazione, opacizzazione della cornea e conseguente perdita della vista (Fig.3). In condizione di deficit di cellule staminali il trapianto di cornea non è indicato perché il lembo andrà incontro a problemi epiteliali non appena si esaurirà l’epitelio del donatore. L’innesto di cellule staminali limbari autologhe può ricostruire permanentemente la superficie corneale di pazienti con completa distruzione del limbus.

Fig. 1a

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Fig. 1b

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Fig. 2

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Fig. 3

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Applicazione Clinica delle Cellule Staminali Epiteliali Corneali
Nel 2002 ha iniziato la sua attività il Centro Regionale di Ricerca sulle Cellule Staminali Epiteliali di Fondazione Banca degli Occhi del Veneto, in collaborazione con la Regione Veneto e l'Ulss 12 Veneziana; in circa sei anni di attività la “Cell-factory” ha raggiunto l’eccellenza nel panorama della ricerca internazionale sulla caratterizzazione delle cellule staminali epiteliali e sulla loro applicazione clinica in terapia cellulare e terapia genica, testimoniata dalle prestigiose pubblicazioni scientifiche in campo biomedico oltre che dagli oltre 200 pazienti trattati mediante innesto di epiteli corneali ottenuti per mezzo delle cellule staminali e distribuiti in strutture sanitarie sia pubbliche che private in tutta Italia. L’identificazione delle cellule staminali epiteliali e la possibilità di amplificarle in vitro, generando lembi autologhi epiteliali, ha aperto un nuovo orizzonte terapeutico nella medicina rigenerativa. Il team di ricerca e produzione clinica della “Cell factory” ha dimostrato la possibilità di ottenere, per mezzo delle cellule staminali, lembi di epitelio corneale in coltura, a partire da una piccola biopsia limbare (1 mm2) (Fig.4) del paziente e di reinnestarli sulla cornea del malato ottenendo una risoluzione della patologie corneale in oltre il 70% dei casi, consentendo il recupero della acuità visiva subito dopo il trapianto o come risultato della combinazione tra cheratoplastica perforante e trapianto di epitelio corneale autologo coltivato (Fig.5). L’impiego delle cellule staminali epiteliali e la loro applicazione clinica (in condizioni di perdita della capacità visiva dovuta a deficit di cellule staminali) rappresentano ormai una terapia consolidata su patologie fino a poco tempo fa incurabili (Fig.6,7)

Fig. 4

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Fig. 5

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Fig. 6

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Fig. 7

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Competenze e strumentazioni
Tali successi sono stati ottenuti anche grazie alla dotazione di strumentazioni assolutamente all’avanguardia e all’accurato lavoro di adeguamento alle normative europee in materia di certificazione GMP. I laboratori sono completamente equipaggiati per biochimica, biologia molecolare, microscopia confocale, immunofluorescenza, istologia, citologia, Real-time PCR, con locali altamente specializzati per la manipolazione delle cellule staminali destinate alle applicazioni cliniche in terapia cellulare e terapia genica. Attualmente la “Cell-factory” rappresenta il primo centro autorizzato in Italia per applicazioni di terapia cellulare della cornea.

L'attività del Centro è inoltre focalizzata sullo studio di alcune malattie genetiche dell’occhio, come l’Ectrodattilia-displasia Ectodermica-palatoschisi (EEC) e sull’ identificazione di possibili cure mediante l’ impiego delle cellule staminali corneali.

Obiettivi del progetto

Analogamente alla situazione di deficit delle cellule staminali corneali in cui si assiste alla formazione del pannus congiuntivale con concomitante perdita della capacità visiva, nella EEC Sindrome tale manifestazione potrebbe essere correlata alla alterata funzionalità delle cellule staminali corneali in seguito a mutazioni a carico del gene p63: negli individui affetti da EEC le cellule staminali corneali sono incapaci di garantire una corretta e continua rigenerazione dell’ epitelio corneale e l’ occhio, come meccansimo di difesa, risponde attivando un “processo di congiuntivalizzazione” che consiste nel rimpiazzare l’ epitelio corneale con quello congiuntivale, facendo le veci dell’epitelio mancante. Se da un lato la congiuntivalizzazione della cornea è un fenomeno negativo perché compromette la funzione visiva, provoca disturbi soggettivi e mantiene uno stato infiammatorio per lungo tempo, da un altro punto di vista deve essere considerato un eccellente rimedio che la natura mette in atto per prevenire complicanze peggiori, quali le infezioni e l’ulcerazione dello stroma che potrebbero comportare la perdita dell’occhio stesso; pertanto mediante l’attivazione di tale processo l’integrità oculare viene ad essere preservata (evitando che il danno si estenda in profondità), ma la capacità visiva è però compromessa in maniera proporzionale all’ estensione del pannus congiuntivale.

"Lo scopo di questo progetto è quello di analizzare e verificare il difetto funzionale delle cellule staminali corneali nei pazienti affetti da EEC e di identificare delle strategie molecolari mirate al ripristino della loro funzionalità".

Gli obiettivi del progetto di ricerca pertanto sono:

  • Reclutamento e caratterizzazione genetica dei pazienti affetti da EEC Sindrome;
  • Caratterizzazione cellulare, molecolare e biochimica delle cellule epiteliali corneali di pazienti con EEC Sindrome;
  • Sviluppo di vettori per il trasferimento genico mirati a silenziare specificamente l’allele mutato del gene p63;
  • Studi e verifiche della correzione del difetto genetico nelle cellule staminali corneali di pazienti affetti da EEC Sindrome.
  • Realizzazione in vitro di lembi corneali geneticamente corretti.

 

Ricercatori di FBOV:

Di Iorio Enzo, Barbaro Vanessa, Ferrari Stefano