Sintesi dei risultati raggiunti

Cellule staminali delle meningi del midollo spinale

Con questo progetto siamo riusciti ad identificare  una popolazione di precursori immaturi nelle meningi del midollo spinale di ratti adulti. Queste cellule possono essere estratte espanse e indotte a differenziare in vitro in neuroni funzionali e oligodendrociti maturi.

Inoltre abbiamo anche raccolto evidenze che dimostrano l’ipotesi di un nuovo ruolo delle meningi nella fisiopatologia del trauma del midollo spinale. Dopo induzione del danno midollare abbiamo osservato un’elevata espansione del numero delle cellule staminali delle meningi che assumono caratteristiche di cellule attivate e prone al differenziamento neurale. Inoltre, grazie alla marcatura fluorescente delle cellule delle meningi è stato possibile osservare che, in seguito alla lesione, i precursori neurali meningei sono in grado di migrare nel parenchima partecipando alla formazione della cicatrice. Questa evidenza sperimentale è estremamente rilevante in quanto apre nuove conoscenze nella comprensione della reazione del parenchima del midollo spinale dopo trauma che fino ad ora era considerata di esclusiva pertinenza del tessuto neurale. 

La superficie estesa e l’accessibilità delle meningi del midollo spinale rendono quindi questo tessuto una promettente fonte di cellule staminali da testare per la cura di malattie neurodegenerative incluso la lesione del midollo spinale. Questi risultati sono stati oggetto della recente pubblicazione su un importante giornale di settore STEM CELLS [3].

Recentemente abbiamo inoltre ottenuto anche il permesso dal comitato etico dell’Università di Verona per poter ottenere campioni bioptici di meningi (che altrimenti sarebbero stati buttati via) previo consenso informato del paziente, per mettere a punto protocolli di espansione in vitro. Dati preliminari ci suggeriscono che questo sia fattibile, ma ulteriori studi saranno necessari per verificare a pieno questa possibilità.

 

Meningi nello sviluppo 

Per consolidare e comprendere l’effettiva potenzialità e le caratteristiche di queste cellule staminali è necessario capire come si formano e mantengono durante lo sviluppo e nella vita adulta. I dati ottenuti da questa linea di ricerca ci suggeriscono che le meningi costituiscono una nicchia che ospita cellule staminali fin dai primi stadi dello sviluppo del sistema nervoso centrale. Questi risultati smentirebbero quindi la credenza comune  (anche in ambito scientifico) che le meningi siano un mero guscio protettivo del parenchima nervoso. Ci siamo quindi occupati di analizzare la composizione cellulare delle meningi a diversi stadi di sviluppo del ratto da quello embrionale fino all’adulto. Siamo stati in grado di determinare quanti precursori /staminali siano presenti nei diversi stadi analizzati e quanti siano potenzialmente attivi. Inoltre abbiamo caratterizzato anche la distribuzione di altri tipi cellulari presenti nel tessuto, ovvero i componenti della nicchia staminale (quali i periciti, i fibroblasti ecc.) e ne abbiamo descritto le modificazioni che avvengono durante lo sviluppo. Questo ci ha permesso di capire che le meningi sono una nicchia di cellule staminali conservata nelle diverse fasi di sviluppo che permane fino nell’organismo adulto. Per confermare l’effettiva presenza dei precursori neurali nelle meningi abbiamo estratto, espanso e differenziato in vitro cellule estratte dalle meningi dai diversi stadi di sviluppo analizzati.

Oltre all’implicazione terapeutica di questi risultati,  c’è anche quella di un possibile  ruolo di alcune popolazioni cellulari delle meningi nel contribuire allo sviluppo anche del parenchima nervoso.

Questi dati sono oggetto di una pubblicazione in preparazione [4].

 

Distribuzione e localizzazione in vivo delle cellule staminali delle meningi endogene e dopo trapianto

La distribuzione delle meningi nel cervello e nel sistema nervoso centrale in generale viene descritta nei libri di anatomia come associata a tutti i vasi che entrano nel parenchima. Noi abbiamo voluto verificare questa distribuzione marcando le meningi e cercando di ricostruire la loro mappatura. I nostri dati mostrano che in modo estremamente maggiore di quando stimato finora, le meningi sono ampiamente diffuse in tutto il cervello e quindi potenzialmente anche i precursori da noi identificati (!). A sostegno di questa evidenza abbiamo dimostrato che cellule staminali /precursori estratte ed espanse dalle meningi e poi iniettate nei ventricoli cerebrali in vivo sono in grado di distribuirsi ampiamente nel cervello tramite le regioni delle meningi associate alla vascolatura. Inoltre abbiamo ritrovato alcune di queste cellule iniettate dopo lunghi periodi (mesi) integrate nelle meningi stesse, dando l’indicazione che effettivamente questo tessuto abbia la capacità di comportarsi come una  nicchia capace di ospitare e mantenere cellule staminali per lunghi periodi. Questi risultati sono oggetto di un lavoro in preparazione che verrà sottomesso a breve [5].

 

Comparazioni delle cellule staminali delle meningi con altre popolazioni staminali

Questo progetto è volto a caratterizzare la biologia delle cellule in coltura con altri tipi cellulari ben caratterizzati come le cellule staminali mesenchimali e le cellule neurali della zona sottoventricolare.

 

Referenze:

- Articoli su riviste scientifiche:

  1. Bifari F., Decimo I., Chiamulera C., Bersan E., Malpeli G., Johansson J., Lisi V., Bonetti B., Fumagalli G., Pizzolo G. and Krampera M. Novel stem/progenitor cells with neuronal differentiation potential reside in the leptomeningeal niche. J Cell Mol Med. 2009, 13(9B):3195-208.
  2. Decimo I., Bifari F., Krampera M, Fumagalli G. Neural stem cell niches in health and diseases. Current Pharmaceutical Design 2011 (in press).
  3. Decimo I., Bifari F., Rodriguez F.J., Malpeli G., Dolci S., Lavarini V., Pretto S., Vasquez S., Sciancalepore M., Montalbano A., Berton V., Krampera M., Fumagalli G. Nestin- and doublecortin-positive neural precursors are present in adult rat spinal cord meninges and contribute to injury-induced scar formation. Stem Cells 2011 in press.
  4. Decimo I., Bifari F., Marijanna K., Malpeli G., Pretto S., Di Chio M,  Krampera M., Fumagalli G.  Meninges are a neural stem cell niche during development and in adulthood. (manuscript in preparation).
  5. Bifari F., Decimo I., Krampera M., Fumagalli G. Homing and migration of tranplanted Leptomeningeal Stem/progenitor Cells in adult rat brain. (manuscript in preparation).
- Abstract di congressi:
  • Bifari F., Decimo I., Bersan E., Di Chio M, Kusalo M., Pretto S, Malpeli G., Fumagalli G. and Mauro Krampera: Meninges are a neural stem cell niche during development and in adulthood. 40th Nueroscience Meeting  12-17 November 2010, San Diego, US.
  • Bifari F., Decimo I., Lavarini V., Bassi G., Zanoncello J., Pacelli L., Malpeli G., Fumagalli G., Pizzolo G., and Krampera M. Comparison of leptomeningeal stem/progenitor cells (LeSC) with subventricular zone-derived neural stem cells and bone marrow-derived mesenchymal stem cells. 1st European Conference on MSCs and Regeneration. 8-21 November 2010, Toulose, France.
  • Decimo I., Bifari F., Dolci S., Lavarini V., Malpeli G.,Bonetti B., Montalban A., Sciancalepore M., Rodriguez F.J., Krampera M., Fumagalli G. Adult spinal cord meninges: a new source of neural stem cells. 40th Nueroscience Meeting  12-17 November 2010, San Diego, US.
  • Fumagalli G., Decimo I., Bifari F., Krampera M. Homing and migration of tranplanted Leptomeningeal Stem/progenitor Cells in adult rat brain.  40th Nueroscience Meeting  12-17 November 2010, San Diego, US.
  • Pretto S., Bifari F., Decimo I., Noga Ron-Harel, Nataly Mirlas, Malpeli G., Krampera M., Fumagalli G., Schwartz M. Modification of meningeal stem/progenitor cells and meningeal niche in immunodeficient mice. 20th  Italian Associaction of Neuroimmunology (AINI) Congress,  1-3 October 2010.
  • Bifari F., I. Decimo, C. Chiamulera, E. Bersan, G. Malpeli, J. Johansson, V. Lisi, B. Bonetti, G. Fumagalli, G. Pizzolo, M. Krampera. Multipotent Stem Cell With Neural Differentiation Potential Reside in the leptomeninges. In: 5th International Stem Cell School in Regenerative Medicine. Berlin, Oct 2008, p. 65-65.
  • Bersan E, Decimo I, Bifari F, Chiamulera C, Pizzolo G, Krampera M, Fumagalli G. In vivo differentiation of Leptomeningeal Stem Cell. In: 5th International Stem Cell School in Regenerative Medicine. Berlin, Oct 2008, p. 64-64.