Nuove scoperte sullo sviluppo delle cellule del sangue da cellule staminali

Le Cellule Staminali Ematopoietiche (HSC) sono cellule speciali nel corpo che possono trasformarsi in diversi tipi di cellule del sangue. Queste cellule sono fondamentali perché aiutano a mantenere il nostro sistema sanguigno sano per tutta la vita. Tuttavia, gli scienziati hanno trovato difficile creare queste cellule staminali da altri tipi di cellule, come le cellule staminali di topo o umane, nonostante abbiano lavorato su questo per molti anni. Questo è principalmente perché il processo di creazione delle HSC a partire dalle prime fasi dello sviluppo è molto complesso. I tentativi di riprodurre questo processo in laboratorio hanno portato a risultati spesso confusi.

La formazione delle cellule del sangue durante le prime fasi di sviluppo avviene in fasi, dove diversi tipi di precursori delle cellule del sangue compaiono prima che le HSC possano essere effettivamente formate. La prima fase avviene poco dopo una fase chiamata gastrulazione, producendo alcune delle prime cellule del sangue. Le fasi successive provengono da cellule speciali note come Endotelio Emogenico. Queste cellule sono importanti perché portano infine alla creazione delle HSC.

Molti metodi di laboratorio sono riusciti a creare tipi iniziali di precursori delle cellule del sangue. Tuttavia, faticano a produrre HSC affidabili. Questo mostra che abbiamo bisogno di capire meglio le cellule prodotte attraverso le tecniche di laboratorio attuali e come si confrontano con le cellule trovate negli embrioni in sviluppo.

#Lo Sviluppo Iniziale delle Cellule

Nei topi, la formazione della striscia primitiva, una struttura chiave nello sviluppo precoce, inizia intorno al sesto giorno di crescita embrionale. Quando questa struttura appare, segna un punto importante per la migrazione cellulare. Le cellule derivate dalla striscia primitiva hanno destini diversi: alcune diventano parte dell'embrione, mentre altre contribuiscono ai tessuti esterni.

Dopo aver lasciato la striscia primitiva, le cellule iniziano il loro viaggio per formare strutture specifiche all'interno dell'embrione. Questi movimenti portano infine a diversi tipi di tessuti, inclusi quelli che diventeranno parte del sistema sanguigno. Alcune cellule migrano verso aree esterne all'embrione, contribuendo ai tipi iniziali di cellule del sangue, mentre altre aiutano a produrre cellule del sangue più tardive.

Vari segnali chimici giocano un ruolo cruciale nel guidare questi movimenti e la differenziazione cellulare. Gli scienziati sanno che le cellule staminali necessitano di questi segnali in quantità specifiche e a determinati momenti per svilupparsi correttamente in diversi tipi di cellule. Purtroppo, i metodi esistenti utilizzati per studiare questi processi spesso trascurano i dettagli su come piccoli cambiamenti nei segnali possano influenzare il destino cellulare a livello di singola cellula.

Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno usato una nuova tecnica chiamata sci-Plex. Questo metodo gli consente di monitorare come le cellule rispondono a diverse combinazioni di segnali chimici, concentrandosi su come si sviluppano in vari tipi di cellule. Questo studio mirava a capire come questi segnali influenzano la trasformazione delle cellule staminali in tipi specifici di cellule, specialmente quelle coinvolte nel sistema sanguigno.

#Usare sci-Plex per Studiare lo Sviluppo Cellulare

In questo studio, i ricercatori hanno sviluppato una tecnica di laboratorio consolidata che consente alle cellule staminali di trasformarsi in Mesoderma, uno strato di tessuto che dà origine a vari tipi di cellule. Hanno creato 16 diverse combinazioni di segnali chimici, Activin e BMP4, per imitare ciò che accade durante le prime fasi dello sviluppo quando si forma la striscia primitiva.

Le cellule staminali di topo sono state coltivate in queste nuove condizioni, e gli scienziati hanno periodicamente esaminato le cellule per determinare come si stavano sviluppando. Erano particolarmente interessati a identificare marcatori specifici sulle cellule, che servivano come indicatori dei tipi di cellule che si stavano formando. I risultati hanno mostrato una gamma di diversi tipi di cellule emergenti, che somigliano strettamente a ciò che accade durante lo sviluppo naturale nei topi.

Analizzando i dati, gli scienziati hanno potuto vedere una chiara progressione dalla fase iniziale della striscia primitiva a mesoderma più specializzato e poi a distinti tipi di cellule del sangue. Hanno scoperto che le quantità dei segnali chimici influenzano significativamente quali tipi di cellule venivano prodotte nel tempo. Livelli più alti di segnali particolari promuovevano la formazione di cellule essenziali per lo sviluppo del sangue e cardiovascolare.

#Modelli di Destino Cellulare nello Sviluppo Iniziale

Lo studio ha confermato che nelle prime fasi dello sviluppo, le cellule esprimono marcatori specifici che aiutano gli scienziati a identificare la loro fase. L'espressione del fattore di trascrizione T-box Brachyury era alta al quarto giorno di differenziazione, indicando la presenza di cellule provenienti dalla striscia primitiva. Man mano che le cellule continuavano a svilupparsi, la loro espressione di questi marcatori cambiava di conseguenza.

Diverse condizioni hanno mostrato come specifiche concentrazioni dei segnali chimici influenzassero i destini cellulari, con livelli più alti di Activin che portavano a un aumento della produzione di certi tipi di cellule, in particolare nelle fasi più iniziali. Le osservazioni si allineavano strettamente con le conoscenze esistenti su come avvengono questi processi negli embrioni.

#Ottimizzare le Condizioni per la Produzione di Cellule del Sangue

Nello studio, i ricercatori si sono concentrati sulla produzione del mesoderma della piastra laterale (LPM) e dell'endotelio emogenico (HE), entrambi cruciali per lo sviluppo successivo delle HSC. Hanno scoperto che modificare le concentrazioni di Activin e BMP4 poteva massimizzare la produzione di questi precursori nelle cellule staminali di topo in differenziazione.

Le cellule emerse dalle culture mostrano segni di essere simili a quelle trovate nell'embriogene early. I ricercatori hanno anche notato che diversi sottoinsiemi di queste cellule esprimevano vari marcatori, indicando che seguivano due percorsi di sviluppo distinti: simile al sacco vitellino e simile a HE intra-embrionale.

Inoltre, i ricercatori hanno esaminato se aggiungere acido retinoico, una molecola segnalatrice nota per influenzare il destino cellulare, potesse migliorare la produzione del HE desiderato dalle cellule staminali. Hanno scoperto che aggiungere acido retinoico rendeva alcuni tipi di HE più comuni mentre ne riduceva altri, indicando il suo ruolo significativo nell'indirizzare il destino cellulare.

#Conclusione

Questo studio ha fornito importanti spunti sulle complesse interazioni dei segnali che guidano le decisioni precoci sul destino cellulare nelle cellule staminali. I ricercatori hanno dimostrato come regolare questi segnali possa ottimizzare la produzione di importanti tipi di cellule del sangue in laboratorio. Anche se sono riusciti a produrre cellule che assomigliano molto a quelle trovate negli embrioni in sviluppo, non hanno osservato il successo a lungo termine necessario per creare HSC a partire da queste cellule. Questo indica che ulteriori ricerche sono ancora necessarie per identificare altri fattori che potrebbero essere essenziali per generare HSC completamente funzionali dalle cellule staminali in laboratorio.

In generale, il lavoro ha illustrato il potenziale di tecniche ad alta capacità come sci-Plex per approfondire la nostra comprensione dello sviluppo cellulare in un ambiente controllato, aprendo la strada a studi futuri mirati alla produzione di tipi cellulari specializzati per scopi di ricerca e terapeutici.