Una tecnica nuovissima e una di 50 anni fa, che si incrociano e si integrano, e che nel corso degli anni ci hanno rivelato che tutto quello che sapevamo sull’evoluzione e la differenziazione delle cellule era da rivedere. Il premio Nobel per la Fisiologia o Medicina quest’anno va a John B. Gurdon e Shinya Yamanaka «per aver scoperto che le cellule mature possono essere riprogrammate in cellule pluripotenti», come recita la motivazione del premio, annunciata oggi a Stoccolma.

Le cellule nascono già specializzate?
Facciamo un passo indietro e capiamo da dove sono partiti i due novelli Laureati Nobel.
Il corpo adulto animale è costituto da diverse tipologie di cellule in grado di compiere specifici compiti: cellule nervose, cellule della pelle, dei muscoli ecc. La loro specializzazione viene acquisita durante i normali meccanismi di sviluppo, attraverso un processo di maturazione e differenziazione che le porta a conseguire tutte le necessarie caratteristiche per diventare cellule mature e specifiche per ogni tessuto.
Ogni cellula parte però da uno stadio iniziale immaturo (cellula staminale), in cui sono comunque racchiuse la capacità e la potenzialità di diventare qualunque tipo di cellula specializzata adulta. Sarà compito della diversa regolazione ed espressione genica in ogni cellula ad attivare o disattivare i geni che sovrintendono alla trasformazione e maturazione in cellule specifiche nel corso dello sviluppo.

Da cellula totipotente a cellula differenziata
Nei primissimi stadi dell’embriogenesi, le cellule che derivano dalle prime divisioni della cellula uovo fecondata sono quindi totipotenti, perché riescono a dare vita ai tre foglietti embrionali (ectoderma, mesoderma, endoderma), che porteranno allo sviluppo dell’embrione completo, e alle membrane extra-embrionali, come la placenta, che serviranno a proteggere e nutrire l’embrione in sviluppo.
A solo pochi giorni dalla fecondazione, le cellule dei tre foglietti embrionali cominciano il loro cammino di specializzazione e diventano pluripotenti, cioè cellule ancora in grado di trasformarsi in una qualunque tipologia di cellula differenziata.
Purtroppo solo poche e particolari cellule del nostro organismo, le cellule staminali cosiddette «adulte», e soltanto in alcuni distretti dell’organismo (midollo osseo, intestino, pelle) riescono a permanere in questo stadio anche quando il corpo ha completato il suo sviluppo.
Ma riuscire a capire come invertire il cammino da cellula differenziata a cellula pluripotente è diventato l’obiettivo di numerosi studiosi nel campo dell’embriologia, della biologia dello sviluppo e in seguito della biologia molecolare e dell’ingegneria genetica.

Gurdon nel suo laboratorio (Crediti foto: Wellcome Library, London, su nobelprize.org)

Trasferimento nucleare agli inizi degli anni Sessanta
Il contributo a questo tipo di studi di John B. Gurdon, inizia 50 anni fa, quando nei laboratori di tutto il mondo si iniziava da pochi anni a sperimentare tecniche e strategie per far revertire le cellule mature al loro stadio iniziale indifferenziato.
Qualche anno prima della scoperta di Gurdon, già gli scienziati inglesi Briggs e King avevano messo a punto una tecnica di trasferimento nucleare, in cui nuclei (quindi contenenti il DNA e il corredo genetico) di cellule, sia differenziate sia indifferenziate, venivano trasferite in cellule uovo di Rana Pipiens, a cui era stato estratto il nucleo.
Nel 1962 a Oxford, utilizzando un altro anfibio, lo Xenopus Laevis, Gurdon provò a trasferire i nuclei di cellule di epitelio intestinale in cellule uovo: alcune delle nuove cellule nate da questa fusione erano state in qualche modo riprogrammate a uno stadio non specializzato, confermando che i nuclei di cellule somatiche differenziate potevano far tornate indietro le loro lancette del tempo.
Gurdon e le sue ricerche diedero quindi inizio a un filone di studi, basato sulla tecnica da lui sperimentata di trasferimento nucleare di cellule somatiche (SCNT, somatic cell nuclear transfer), che mirava a comprendere nel dettaglio il meccanismo di differenziamento cellulare. Successivamente, la SCNT diventerà la base per gli studi di clonazione animale e terapeutica.
 

Yamanaka nel suo laboratorio (Crediti foto: Gladstone Institutes/Chris Goodfellow, su nobelprize.org)

50 anni dopo, le cellule staminali pluripotenti indotte (IPS)
Gli studi del biologo molecolare Shinya Yamanaka risalgono invece a soli 6 anni fa, quando in un esperimento elegante di ingegneria genetica su fibroblasti di topo, lo scienziato giapponese è riuscito a riprogrammare le cellule specializzate in cellule pluripotenti. Consapevole degli innumerevoli studi compiuti sulla genetica delle cellule staminali, Yamanaka aveva ingegnerizzato i fibroblasti inserendo 24 geni che codificavano per fattori di crescita, caratteristici delle cellule pluripotenti.
Alcune cellule ingegnerizzate riuscivano a riprodursi in colonie, presentando non più le caratteristiche di cellule fibroblastiche, ma quelle tipiche di una cellula staminale pluripotente.
Analizzando più approfonditamente le cellule ottenute, risultava chiaro che solo quattro dei geni inseriti erano quelli che riuscivano a conferire le caratteristiche pluripotenti alle cellule che Yamanaka aveva definito cellule staminali pluripotenti indotte (IPS, induced pluripotent stem cells).
Gli studi di Yamanaka hanno quindi dato vita a un nuovo settore di studi sulle tecniche che permettono di riprogrammare cellule mature in staminali pluripotenti integre, senza necessità di trasferimenti nucleari e fusione con altre cellule, rendendo, almeno su carta, più vicina la possibilità di usare un giorno queste cellule per scopi terapeutici.