La microgravità rafforza il potenziale rigenerativo delle cellule staminali / Microgravity Strengthens the Regenerative Potential of Stem Cells

La microgravità rafforza il potenziale rigenerativo delle cellule staminali / Microgravity Strengthens the Regenerative Potential of Stem Cells

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa 

Un nuovo studio scopre che la microgravità può rafforzare il potenziale rigenerativo delle cellule staminali.

Le cellule staminali coltivate in microgravità a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) hanno qualità uniche che potrebbero un giorno aiutare ad accelerare nuove bioterapie e curare malattie complesse, affermano due ricercatori della Mayo Clinic. L'analisi della ricerca di Fay Abdul Ghani e  Abba Zubair, MD, Ph.D., pubblicata su  NPJ Microgravity, rileva che la microgravità può rafforzare il potenziale rigenerativo delle cellule. Il dott. Zubair è un esperto di medicina di laboratorio e direttore medico del  Center for Regenerative Biotherapeutics  presso la Mayo Clinic in Florida. Abdul Ghani è un tecnologo di ricerca della Mayo Clinic. La microgravità è l'assenza di peso o gravità prossima allo zero.

"Lo studio delle cellule staminali nello spazio ha portato alla luce meccanismi cellulari che altrimenti sarebbero rimasti inosservati o sconosciuti in presenza di gravità normale", afferma il dott. Zubair. "Questa scoperta indica un valore scientifico più ampio per questa ricerca, comprese potenziali applicazioni cliniche".

Il dott. Zubair ha avviato esperimenti sulle cellule staminali dal suo laboratorio in tre diverse missioni sulla ISS. Il suo articolo di revisione fornisce dati sulla questione scientifica "Lo spazio è l'ambiente ideale per far crescere un gran numero di cellule staminali?" Un'altra preoccupazione fondamentale è se le cellule cresciute nello spazio potrebbero mantenere la loro forza e funzione dopo l'ammaraggio sulla Terra.

"L'obiettivo di quasi tutti i voli spaziali in cui vengono studiate le cellule staminali è quello di migliorare la crescita di grandi quantità di cellule staminali di qualità clinica sicure e di alta qualità con una differenziazione cellulare minima", afferma il dott. Zubair. "La nostra speranza è di studiare queste cellule coltivate nello spazio per migliorare il trattamento di condizioni legate all'età come ictus, demenza, malattie neurodegenerative e cancro".

Le sfide della coltivazione delle cellule staminali sulla Terra

Le cellule staminali adulte presenti nel midollo osseo e nel tessuto adiposo (grasso) non si dividono e non si differenziano in cellule specializzate. Di conseguenza, il numero di cellule staminali adulte in un paziente è limitato. Per ottenere abbastanza cellule staminali per la ricerca clinica o per l'uso sui pazienti, le cellule devono essere moltiplicate ed espanse. È un processo costoso e che richiede molto tempo, con risultati incoerenti.

Attraverso la ricerca sulla Stazione Spaziale Internazionale, gli scienziati hanno acquisito una nuova comprensione di come le cellule si moltiplicano, funzionano e si trasformano in cellule specializzate. In modo importante, hanno anche scoperto che la microgravità favorisce una migliore crescita e funzione delle cellule rispetto a quelle coltivate in un ambiente di laboratorio sulla Terra.

"L'ambiente spaziale offre un vantaggio alla crescita delle cellule staminali, fornendo uno stato tridimensionale più naturale per la loro espansione, che assomiglia molto alla crescita delle cellule nel corpo umano. Questo in confronto all'ambiente di coltura bidimensionale disponibile sulla Terra, che ha meno probabilità di imitare il tessuto umano", afferma il dott. Zubair.

Scoperte dalle cellule staminali coltivate nello spazio

Il valore immediato della ricerca sulle cellule staminali interstellari potrebbe essere nella crescita di tessuti per la modellazione delle malattie. Le cellule staminali coltivate nello spazio potrebbero essere utilizzate per ricreare modelli realistici di cancro ed altre malattie in una capsula di Petri. I ricercatori possono quindi utilizzare questi modelli per tracciare la progressione della malattia e testare nuove terapie per fermarla.

Una revisione completa di documenti della Mayo Clinic e di altri centri sanitari accademici mostra che la ricerca spaziale ha applicazioni ben oltre il laboratorio. Diverse linee di cellule staminali coltivate in assenza di gravità hanno mostrato potenziale clinico:

• Le cellule staminali mesenchimali  sono cellule staminali adulte che secernono fattori di crescita con potenziale di guarigione. Il gruppo del dott. Zubair ha documentato che le cellule staminali mesenchimali espanse in microgravità hanno maggiori capacità immunosoppressive rispetto a quelle cresciute sulla Terra.
  
  
• Le cellule staminali ematopoietiche  hanno capacità rigenerative del sangue per combattere le infezioni, fermare le emorragie e trasportare l'ossigeno. Le cellule staminali ematopoietiche coltivate a bordo della ISS hanno mostrato la capacità di espandersi e differenziarsi in globuli rossi o bianchi che un giorno potrebbero essere utilizzati per gestire i pazienti con tumori del sangue.
  
  
• Le cellule progenitrici cardiovascolari  forniscono i mattoni per i vasi sanguigni ed il muscolo cardiaco. Svolgono un ruolo cruciale nella riparazione dei muscoli. La crescita di cellule progenitrici cardiovascolari nello spazio potrebbe un giorno fornire nuove opzioni per riparare i tessuti danneggiati dall'infarto.
  
  
• Le cellule staminali neurali  si trovano nel sistema nervoso centrale e svolgono un ruolo chiave nello sviluppo, nel mantenimento e nella riparazione del cervello. Le cellule neurali si sono espanse in un ambiente privo di gravità e hanno mantenuto le loro capacità rigenerative sulla Terra. I ricercatori stanno studiando se le cellule neurali cresciute nello spazio potrebbero offrire una terapia sostitutiva per le malattie del sistema nervoso centrale.

Ostacoli alla guarigione

Nonostante la promessa della ricerca sulle cellule staminali extraterrestri, i ricercatori si trovano ad affrontare molte sfide. Le cellule potrebbero perdere la loro forza e la capacità di funzionare dopo un'esposizione prolungata alla microgravità. Nel tempo, le radiazioni spaziali potrebbero danneggiare il DNA ed influenzare la crescita delle cellule. Un'altra preoccupazione è se le cellule cresciute in microgravità potrebbero diventare cancerose. Il gruppo del dott. Zubair, tuttavia, non ha trovato prove di danni cromosomici che potrebbero scatenare il cancro nelle cellule staminali mesenchimali coltivate nello spazio.

La ricerca sulle cellule staminali nel cosmo è nelle sue fasi iniziali e gli effetti completi della moltiplicazione delle cellule in assenza di gravità non sono ancora del tutto compresi. Sono necessari più dati scientifici, ricerche e finanziamenti per aiutare i ricercatori a comprendere appieno il potenziale clinico delle cellule espanse nello spazio.

"La ricerca spaziale condotta finora è solo un punto di partenza. Una prospettiva più ampia sulle applicazioni delle cellule staminali è possibile man mano che la ricerca continua a esplorare l'uso dello spazio per far progredire la medicina rigenerativa", scrive il dott. Zubair.

ENGLISH

A new study finds that microgravity can strengthen the regenerative potential of stem cells.

Stem cells grown in microgravity aboard the International Space Station (ISS) have unique qualities that could one day help accelerate new biotherapies and heal complex disease, two Mayo Clinic researchers say. The research analysis by Fay Abdul Ghani and Abba Zubair, M.D., Ph.D., published in NPJ Microgravity, finds microgravity can strengthen the regenerative potential of cells. Dr. Zubair is a laboratory medicine expert and medical director for the Center for Regenerative Biotherapeutics at Mayo Clinic in Florida. Abdul Ghani is a Mayo Clinic research technologist. Microgravity is weightlessness or near-zero gravity.

"Studying stem cells in space has uncovered cell mechanisms that would otherwise be undetected or unknown within the presence of normal gravity," says Dr. Zubair. "That discovery indicates a broader scientific value to this research, including potential clinical applications."

Dr. Zubair has launched stem cell experiments from his lab on three different missions to the ISS. His review paper provides data on the scientific question, "Is space the ideal environment for growing large numbers of stem cells?" Another key concern is whether cells grown in space could maintain their strength and function after splashdown on Earth.

"The goal of almost all space flight in which stem cells are studied is to enhance growth of large amounts of safe and high-quality clinical-grade stem cells with minimal cell differentiation," says Dr. Zubair. "Our hope is to study these space-grown cells to improve treatment for age-related conditions such as stroke, dementia, neurodegenerative diseases and cancer."

The challenges of growing stem cells on Earth

Adult stem cells found in bone marrow and adipose (fat) tissue do not divide and differentiate into specialized cells. As a result, the number of adult stem cells in any one patient is limited. To obtain enough stem cells for clinical research or patient use, cells must be multiplied and expanded. It's an expensive, time-consuming process with inconsistent results.

Through research on the International Space Station, scientists gained new understanding of how cells multiply, function and morph into specialized cells. Importantly, they've also discovered microgravity fosters better cell growth and function compared to those cultured in an Earth lab setting.

"The space environment offers an advantage to the growth of stem cells by providing a more natural three-dimensional state for their expansion, which closely resembles growth of cells in the human body. That's in comparison to the two-dimensional culture environment available on Earth that is less likely to imitate human tissue," says Dr. Zubair.

Discoveries from stem cells grown in space

The immediate value of the interstellar stem cell research may be in growing tissue for disease modeling. Space-cultured stem cells could be used to recreate lifelike models of cancer and other diseases in a petri dish. Researchers can then use these models to track disease progression and test new therapies to stop it.

A comprehensive review of papers from the Mayo Clinic and other academic health centers shows space research has applications well beyond the lab. Several stem cell lines grown in weightlessness have shown clinical potential:

• Mesenchymal stem cells are adult stem cells that secrete growth factors with potential for healing. Dr. Zubair's team has documented that mesenchymal stem cells expanded in microgravity have greater immunosuppressant capabilities than those grown on Earth.
  
  
• Hematopoietic stem cells have blood regenerative abilities to fight infection, stop bleeding and carry oxygen. Hematopoietic stem cells grown aboard the ISS have shown ability to expand and differentiate into red or white blood cells that could one day be used to manage patients with blood cancers.
  
  
• Cardiovascular progenitor cells provide the building blocks for blood vessels and heart muscle. They play a crucial role in repairing muscle. Growing cardiovascular progenitor cells in space could someday provide new options for repairing tissue damaged by heart attack.
  
  
• Neural stem cells are found in the central nervous system and play a key role in brain development, maintenance and repair. Neural cells expanded in a gravity-free environment and maintained their regenerative capabilities on Earth. Researchers are studying whether neural cells grown in space could offer replacement therapy for diseases of the central nervous system.

Hurdles to healing

Despite the promise of extraterrestrial stem cell research, researchers are faced with many challenges. Cells could lose their strength and ability to function after long-term exposure to microgravity. Over time, space radiation could damage DNA and affect the growth of cells. Another concern is whether cells grown in microgravity could turn cancerous. Dr. Zubair's team, however, found no evidence of chromosomal damage that could trigger cancer in mesenchymal stem cells cultured in space.

Stem cell research in the cosmos is in its early stages, and the full effects of multiplying cells in weightlessness are not fully understood. More scientific data, research and funding are needed to help researchers fully comprehend the clinical potential of space-expanded cells.

"The space research conducted so far is just a starting point. A broader perspective about stem cell applications is possible as research continues to explore the use of space to advance regenerative medicine," writes Dr. Zubair.

Da:

https://www.technologynetworks.com/cell-science/news/microgravity-strengthens-the-regenerative-potential-of-stem-cells-392884