Cellule Staminali del Sangue Derivate da iPSC Ottengono un Attecchimento a Lungo Termine nei Topi

Uno degli obiettivi più difficili da raggiungere della medicina rigenerativa è stato produrre autentiche cellule staminali ematopoietiche (HSCs) a partire da cellule staminali pluripotenti umane. Le HSCs derivate da iPSCs del paziente potrebbero eliminare l'incompatibilità donatore-ricevente e la malattia del trapianto contro l'ospite, trattare le malattie genetiche del sangue tramite cellule modificate geneticamente e modellare le patologie ematopoietiche. I protocolli precedenti generavano progenitori con un attecchimento limitato o a breve termine, non riuscendo a ricapitolare la robusta ripopolazione multilineare a lungo termine che definisce una vera HSC.

I ricercatori hanno sviluppato un protocollo di differenziazione per fasi che imita l'ematopoiesi intraembrionale. Le iPSCs umane sono state differenziate come corpi embrioidi in un mezzo chimicamente definito integrato con acetato di retinile (un precursore dell'acido retinoico), guidando le cellule attraverso il mesoderma posteriore con patterning HOXA—la traiettoria di sviluppo associata alle HSCs definitive di tipo adulto. La successiva esposizione a BMP4 e VEGF ha specificato l'endotelio emogenico, il tipo cellulare di transizione da cui le HSCs emergono durante lo sviluppo embrionale. In modo determinante, il ritiro del VEGF ha poi facilitato un'efficiente transizione endoteliale-ematopoietica (EHT), rilasciando cellule ematopoietiche CD34+ nel surnatante di coltura. Queste cellule sono state raccolte e crioconservate per il trapianto a valle.

Gli esperimenti di trapianto hanno utilizzato topi immunodeficienti NOD,B6.Prkdc-scid Il2rg-tm1Wjl/SzJ Kit-W41/W41, un ceppo ospite altamente permissivo. L'iniezione endovenosa di due milioni di cellule CD34+ scongelate, derivate da quattro linee di iPSCs indipendenti, ha prodotto un attecchimento multilineare a lungo termine (>16 settimane) nel midollo osseo nel 25–50% dei topi riceventi. Le cellule umane attecchite hanno ricostituito le linee mieloide, eritroide, B-linfoide e T-linfoide, soddisfacendo la definizione funzionale gold standard dell'attività delle HSCs. I livelli di attecchimento erano comparabili a quelli ottenuti con il trapianto di sangue del cordone ombelicale umano, una fonte di HSCs clinicamente validata. Gli esperimenti di trapianto secondario hanno confermato la vera capacità di auto-rinnovamento delle iHSCs.

Le analisi trascrittomiche ed epigenomiche hanno mostrato che le iHSCs assomigliavano strettamente alle HSCs del fegato fetale ed esprimevano la firma genica HOXA caratteristica delle HSCs definitive e attecchenti, distinguendole dai progenitori derivati dal sacco vitellino. L'integrazione con acetato di retinile è stata identificata come un fattore chiave del patterning HOXA, spingendo la differenziazione verso la traiettoria simile all'aorta-gonadi-mesonefro (AGM) intraembrionale, piuttosto che verso la via extraembrionale del sacco vitellino seguita dai protocolli precedenti.

Questi risultati rappresentano un significativo avanzamento traslazionale. Il protocollo è definito, riproducibile su più linee di iPSCs e produce cellule crioconservabili—tutti prerequisiti per la produzione clinica. Tuttavia, le frequenze di attecchimento attuali e il numero assoluto di HSCs potrebbero necessitare di ulteriore ottimizzazione per l'applicazione clinica, e la sicurezza a lungo termine, incluso il rischio oncogeno derivante dal processo di riprogrammazione e differenziazione, richiede una valutazione accurata prima degli studi sull'uomo.