Riassunto analitico
Le cellule staminali emopoietiche (HSCs) sono localizzate nel midollo osseo (Bone Marrow, BM) in un microambiente specifico denominato nicchia staminale emopoietica, che svolge un ruolo fondamentale nella regolazione della loro sopravvivenza, auto-rinnovamento (self-renewal) e differenziamento. La nicchia staminale emopoietica è localizzata sulla superficie dell’osso trabecolare e si compone di: 1. una superficie endostale, interfaccia tra osso e cavità del BM ricoperta da osteoblasti (nicchia osteoblastica) e 2. un endotelio sinusoidale, a livello dei sinusoidi midollari (nicchia vascolare). All’interno della nicchia emopoietica, le HSCs vengono mantenute in loco, principalmente in uno stato di quiescenza; tuttavia in risposta a specifici segnali, possono andare incontro ad auto-mantenimento o, lasciando la propria nicchia, iniziare un processo differenziativo per produrre le cellule del sangue. In questo microambiente specifico, le HSCs interagiscono con un’ampia varietà di cellule stromali inclusi i fibroblasti, le cellule endoteliali, le cellule reticolari, gli osteoblasti e gli adipociti. Anche se diverse componenti della nicchia emopoietica sono state già identificate, i meccanismi regolatori attraverso i quali tali componenti regolano il destino delle cellule staminali emopoietiche sono ancora sconosciuti.
Per affrontare questo problema, abbiamo studiato come gli osteoblasti (OBs) possono influenzare il fenotipo molecolare e funzionale delle HSCs umane e viceversa in un sistema di co-coltura. A tale scopo, i progenitori emopoietici CD34+ sono stati purificati da campioni di sangue di cordone ombelicale e seminati su un monostrato di osteoblasti primari umani purificati da osso trabecolare. Dopo co-coltura, le cellule CD34+ sono state separate dalle cellule stromali e sono state sottoposte ad analisi del profilo di espressione genica, saggio clonogenico e coltura a lungo termine per valutare se e come gli osteoblasti fossero in grado di influenzare le capacità di self-renewal e di differenziamento delle cellule staminali emopoietiche. I nostri risultati hanno messo in evidenza che la co-coltura con osteoblasti induce un forte aumento della capacità clonogenica delle cellule CD34+ e l’espansione di circa cinque volte del pool delle cellule progenitrici più immature CD34+ CD38-. Inoltre, i risultati del saggio clonogenico hanno mostrato un aumento delle colonie monocito-macrofagiche parallelamente ad una diminuzione di quelle eritroidi. In accordo con i risultati del saggio clonogenico, in coltura a lungo termine gli OBs sembrano favorire il differenziamento delle cellule emopoietiche verso il lineage monocitario a spese di quelli granulocitario ed eritroide. Allo scopo di chiarire le basi molecolari degli effetti biologici osservati sulla capacità proliferativa e differenziativa dei progenitori emopoietici CD34+, abbiamo analizzato mediante DNA microarrays le modulazioni del profilo di espressione genica indotti nelle cellule CD34+ dalla co-coltura con OBs. Tale analisi ci ha permesso di monitorare i pathways molecolari attivati nella frazione di cellule CD34+ dopo co-coltura e quindi probabilmente responsabili dell’effetto mediato dagli OBs sui progenitori emopoietici più immaturi. Inoltre, ci ha consentito di individuare alcuni networks di recettori citochinici e fattori di trascrizione attivati a seguito della co-coltura con OBs, che potrebbero essere i responsabili degli effetti biologici sopra descritti.
Una migliore comprensione di come la nicchia mantenga le HSCs in vivo è cruciale per la messa a punto di una nicchia emopoietica virtuale in vitro, che consenta di espandere le HSCs in coltura, mantenendo allo stesso tempo le loro caratteristiche di staminalità e capacità di differenziamento multi-lineage , condizioni necessarie per l’utilizzo in campo transplantologico.
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