Medicina Rigenerativa 2007 : una rassegna

l'opinione di William A Haseltine

Human Genome Sciences

Innanzitutto cerchiamo di capire cosa si intende per medicina rigenerativa e di stabilire come si è sviluppata questa disciplina a partire da una serie di concetti iniziali. L'idea complessiva e la stessa definizione di 'medicina rigenerativa' sono frutto della mia ricerca di un filone tematico generale cui possano essere ricondotte tecnologie diverse in grado di modificare le condizioni di salute, produrre un impatto rilevante sull'organismo umano e riparare e ripristinare la normale funzionalità fisica.

Il concetto generale è molto semplice. Il corpo umano è una macchina complessa formata da cellule, tessuti e organi. E' una struttura fragile colpita da traumi e lesioni che può essere danneggiata dalle malattie. Inoltre, come tutti ben sappiamo il corpo col passare del tempo si consuma e deteriora.

Le tecnologie della medicina rigenerativa trovano un'applicazione fondamentale, anche se non esclusiva, nel processo di invecchiamento. I due settori principali di utilizzo di tali tecnologie si collocano agli antipodi dell'esistenza umana.

Un primo campo di applicazione è la fase iniziale della vita, quando i processi di embriologia, embriogenesi e sviluppo fetale possono presentare dei difetti. In questo caso l'intervento è mirato a ristrutturare, ricomporre e ricostruire i tessuti coinvolti. La seconda area d'interesse è il periodo in cui il corpo è soggetto agli attacchi dell'età e all'usura degli anni, quando si può adottare un approccio teso a ripristinare in modo sistematico le funzioni principali dell'organismo. Tutte le varie tecnologie adottate in questi due contesti possono quindi essere ricondotte alla nozione generale di riparazione e rigenerazione.

La medicina rigenerativa è costituita da quattro discipline fondamentali che interagiscono tra loro e che, talvolta, si sovrappongono. Si tratta comunque di realtà ben distinte, unite dal potenziale impatto prodotto dal ripristino di funzionalità normali, tipiche della giovinezza, in organismi umani che necessitano di riparazione e rigenerazione.

La prima delle tecnologie in questione consiste nell'utilizzo dei geni e delle proteine e, in senso lato, degli anticorpi, per ripristinare le normali condizioni di salute dei tessuti. In realtà questa è la più delicata forma d'intervento possibile e consiste nel reintegro o nell'eliminazione di proteine umane in tempi e luoghi specifici secondo necessità.

Di fatto queste sostanze non sono qualcosa di estraneo all'organismo, bensì elementi naturali che il corpo produce e che vengono utilizzati nel processo di sviluppo dalla singola cellula all'essere umano completo. Sono le stesse sostanze che vengono usate per riparare le aree lesionate e regolare le funzioni dell'organismo, il ciclo naturale della vita e la rigenerazione dei nostri tessuti.

Ma come è possibile utilizzare delle sostanze che già possediamo come se fossero dei farmaci? Il concetto su cui si basa questa strategia è molto semplice e consiste nell'aumentare o diminuire la quantità dei vari elementi in tempi e luoghi specifici, secondo necessità. La rivoluzione nella scienza genomica ha aperto la strada a infinite possibilità di intervento in questo settore. Attualmente possiamo controllare virtualmente pressoché ogni singolo elemento prodotto dall'organismo per gestire i processi di sviluppo, conservazione e riparazione; possiamo studiare quasi tutti i singoli geni e le proteine che producono e utilizzarli più o meno completamente con varie finalità di studio e applicazione, anche come farmaci. Ad esempio possiamo stimolare la crescita di nuovi tessuti muscolari, vascolari e ossei a livelli superiori rispetto a quelli normalmente raggiungibili dallo stesso organismo.

L'applicazione delle nuove proteine umane è vasta quanto l'intera scienza medica e lo stesso vale anche per le tecniche innovative che consentono di realizzare in provetta anticorpi con proprietà specifiche, sia che si tratti di agonisti che imitano le proteine umane o di antagonisti che bloccano i recettori o assorbono le proteine in eccesso. Possiamo anche sovra-regolare o sotto-regolare i sistemi naturali utilizzando gli anticorpi come farmaci.

Questi scenari di sviluppo non sono totalmente avveniristici. Esistono già diversi farmaci utilizzati oggi in campo medico e costituiti da proteine o anticorpi umani. Il settore legato agli anticorpi è stato inoltre notevolmente ampliato grazie alla rivoluzione genomica che consente di individuare i target da colpire partendo dalle conoscenze disponibili sui geni umani e sulla loro espressione.

Vi è un'enorme quantità di lavoro da fare per stabilire quali proteine regolano le varie cellule responsabili di processi come la crescita, la divisione, la differenziazione, la conservazione e la riparazione. Siamo letteralmente all'inizio di questo processo e centinaia di persone lavoreranno nel prossimo futuro per rispondere a tutte queste domande.

Sono convinto che grazie al sapiente utilizzo di farmaci formulati con anticorpi e proteine riusciremo in futuro a intervenire su tutte le cellule, i tessuti e gli organi del corpo.

Quando riusciremo a mettere insieme la capacità di colpire, mediante proteine e anticorpi, singole cellule e tessuti e singole funzioni dei vari organi con la possibilità di somministrare i farmaci in aree precise del corpo grazie a tecnologie diverse, saremo anche in grado non solo di modificare queste strutture, ma di alterarle in massa in zone ben precise. Le tecnologie in questione consentono di inserire nell'organismo strumenti medici attraverso l'apparato circolatorio con aghi molto sottili che possono penetrare in profondità nei diversi organi, incluso il cervello, e somministrare farmaci estremamente potenti. La combinazione di queste due strategie rivoluzionerà l'intera scienza medica.

Anche questa prospettiva non è soltanto frutto dell'immaginazione. Vi sono già numerosi esempi di farmaci somministrati in punti specifici all'interno del cervello, del cuore, dei reni, del fegato e di molti altri organi.

Il corpo umano, in passato ritenuto inaccessibile può oggi essere spalancato in tutti i suoi recessi: gli organi interni sono ormai ampiamente raggiungibili così come la pelle e tutti gli altri organi esterni.

Un secondo gruppo di tecnologie è correlato all'utilizzo di cellule singole a scopo terapeutico. Tali cellule sono disponibili in due diverse forme, la prima totalmente differenziata, o almeno ricavabile da un essere umano completamente sviluppato cioè (cellule di adulti, bambini o adolescenti o altri bambini), la seconda derivata da embrioni. In base alla forma delle cellule utilizzate vi sono due discipline distinte.

Oggi come oggi vengono utilizzate le cellule di soggetti adulti ed esistono già trattamenti basati sull'uso di tessuti e cellule di adulti. Esiste un intero settore chiamato ingegneria dei tessuti il cui obiettivo sistematico è costruire organi per i trapianti, partendo dai tessuti, e in seguito interi organi, e basandosi su cellule prelevate da adulti o bambini.

Per dare un'idea delle potenzialità di quest'area scientifica basta ricordare che il principale testo di ingegneria dei tessuti, dal titolo: "Methods of Tissue Engineering", a cura di Anthony Atala, membro della nostra Società, è oggi alla sua seconda edizione. Si tratta di un vero e proprio 'ricettario' che insegna a realizzare un'ampia varietà di tessuti. Questa tecnologia è particolarmente utile nei casi in cui non è possibile stimolare l'organismo umano a produrre nuovi tessuti autonomamente o con l'aggiunta di proteine/geni specifici. Quindi, in presenza di danni organici irreparabili vale il principio: "Ricrea l'organo all'esterno per il successivo reimpianto utilizzando cellule differenziate del/la stesso/a paziente." Si tratta di un'area medica entusiasmante che riserva enormi promesse per la rigenerazione di tessuti specifici di cuore, cervello, apparato circolatorio, muscoli, nervi, reni, fegato e pressoché di ogni organo del corpo.

Un'area molto discussa, cui è correlato il terzo gruppo di tecnologie, è la ricerca condotta sugli embrioni e l'utilizzo di cellule staminali in medicina. Si tratta perlopiù di tecnologie destinate alla medicina del futuro dato che oggi ancora non sappiamo come utilizzarle al meglio. Questo è un campo che richiederà studi accurati e approfonditi, ma le potenzialità offerte sono enormi. La prospettiva non è solo la possibilità di ricostruire degli organi da tessuti già esistenti, bensì di ricrearli in modo che siano completamente nuovi e di nuovo giovani. Non si tratta solo di ipotesi fantascientifiche. A mio parere tutti coloro che, come me, lavorano in questo settore sono assolutamente certi che questa è una possibilità reale, forse irrealizzabile nel presente, ma che potrà avverarsi nel futuro. Potremo sostituire gli organi difettosi e le cellule che non funzionano con organi e cellule più giovani.

Vi sono già degli esempi in proposito come nel campo dei trapianti di midollo osseo, dove è possibile trapiantare in modo efficace cellule staminali organo-specifiche e creare individui di un'età ibrida all'interno di corpi già vecchi di molti anni con un apparato circolatorio che può avere già 20 anni di vita.

Esiste la concreta speranza di riuscire a utilizzare le tecnologie legate alle cellule staminali per creare organi nuovi e più giovani mediante l'ingegneria dei tessuti e di impiantare direttamente le cellule staminali. Ma anche in questo caso è importante sottolineare che non si tratta affatto di un traguardo prossimo: i tempi necessari per raggiungerlo potrebbero infatti prolungarsi notevolmente se il progresso scientifico non viene agevolato

Questa è un'area che definirei di interesse scientifico ancora represso. I giovani scienziati di tutto il mondo, ansiosi di risolvere i più stimolanti problemi biologici, sono molto interessati a lavorare in questo particolare settore. Il problema scientifico in questione è di importanza assolutamente basilare: stabilire come una cellula si trasforma in organismo e, nello specifico, come la cellula diventa un essere umano. Attualmente siamo arrivati al punto di conoscere o iniziare a conoscere l' insieme dei geni umani. Sappiamo però molto poco di come i geni cooperano tra loro, di come lavorano per formare le cellule e di come queste cellule a loro volta funzionano per dar vita a un organismo. Saranno necessarie intere generazioni di ottimi cervelli per ricostruire il mosaico completo.

Solo un lavoro intenso e prolungato ha consentito di risolvere un simile rompicapo per un animale che possiede all'incirca 959 cellule. Oggi infatti conosciamo il numero preciso di cellule che formano il piccolo ascaride che è valso un Premio Nobel, assegnato per la comprensione del processo di morte cellulare che si verifica in questo animale.

Il nostro obiettivo è comprendere lo sviluppo umano ad un analogo livello di specificità, impresa questa realizzabile a livello teorico, ma che necessita di un massiccio contributo governativo. Non si tratta certo del genere di iniziativa che può essere portata avanti con i soli finanziamenti del settore privato. Il tornaconto finanziario è davvero troppo lontano e indefinito per le aziende. Questo è senza dubbio il genere di progetto che può essere supportato in modo ottimale dai governi.

Sfortunatamente, come tutti ben sappiamo, il governo ha fissato rigide limitazioni per questo genere di ricerche, soprattutto per gli studi sull'uomo. Se io oggi fossi un giovane scienziato e volessi rimanere in America dovrei lavorare sui topi, condizione questa tutt'altro che ideale. Sarebbe meglio poter lavorare su soggetti umani anche se i topi possono ancora insegnare molte cose.

Se fossi un giovane scienziato e volessi a tutti i costi lavorare su pazienti umani dovrei invece trasferirmi in Gran Bretagna, a Singapore o in India. Sono queste le future mete migratorie della ricerca, non perché in questi luoghi le condizioni di lavoro siano ottimali, ma perché in questi paesi sarà consentito fare ciò che non si può fare qui.

A mio parere siamo oggi testimoni di una vera e propria catastrofe umana, posticipata, ma destinata comunque a compiersi. Non se ne vedono gli effetti oggi perché la medicina e i farmaci in questione non sono attualmente disponibili. Neppure si vedranno nel prossimo futuro. Non c'è nulla di peggio che assistere alla mancata realizzazione di un progetto, a qualcosa che non avviene.

A tale proposito posso fornire un esempio che appartiene alla mia vita. Nel 1986 mi recai in India, in parte con le mie sole risorse e in parte grazie ai finanziamento del Dipartimento di Stato. In tale occasione parlai direttamente con il Ministro indiano della Sanità e con il Ministro indiano per le Biotecnologie in merito al problema dell'AIDS nel paese. All'epoca vi erano all'incirca 2.000 persone infettate dal virus dell'AIDS. Io fornii ai ministri indicazioni specifiche su come meglio intervenire per evitare una situazione che, senza dubbio, si sarebbe trasformata in una grave catastrofe sanitaria qualora non fossero state adottate al più presto misure radicali.

Non mi dilungherò sulle singole conversazioni e sulle risposte che ne ho tratto, ma mi limiterò a sottolineare che le conseguenze dei mancati interventi sono oggi ben visibili a tutti. Il disastro non si è verificato in tempi brevi. La previsione secondo cui non ci sarebbe stata nessuna grave infezione per un anno o due si è dimostrata reale. Nel lungo periodo, le cose tuttavia sono andate così. Similmente, la mancata realizzazione, oggi, di ricerche sulle cellule staminali e, nello specifico, sulle cellule staminali umane, supportate da massicci finanziamenti governativi, potrebbe avere le medesime devastanti conseguenze a lungo termine per la nostra salute, conseguenze derivanti dalle potenzialità presenti rimaste inattuate.

Tutti noi in qualità di cittadini e, soprattutto, noi membri della Società di Medicina Rigenerativa dobbiamo intervenire per cambiare la posizione assunta dal governo e dobbiamo attivarci per il bene dei nostri figli e delle generazioni future.

Il quarto e ultimo settore riconducibile alla medicina rigenerativa consiste nell'utilizzo di dispositivi protesici in sostituzione della funzionalità di organi e tessuti. Oggi questo traguardo potrebbe sembrare lontano, ma vi è un interesse sempre maggiore per la fusione di tecnologie mediche e nanotecnologie, non solo per dispositivi mirati alla somministrazione di farmaci, ma anche per apparecchi in grado di sostituire la funzionalità degli organi. Come ben sappiamo, molte persone anziane hanno già nel proprio organismo delle parti organiche e delle parti inorganiche e possono ospitare valvole cardiache in plastica, supporti in acciaio per le anche, aorte in Dacron e altri materiali di vario genere.

Anche in questo caso siamo però solo all'inizio. Senza dubbio stiamo assistendo a un vero e proprio proliferare di nuove conoscenze e applicazioni che rivoluzioneranno le scienze dei materiali. Un altro straordinario settore di interesse per i giovani ricercatori consiste nella cosiddetta 'nuova chimica', ovvero nella creazione di strutture auto-assemblanti.

La sfida che doveva affrontare la chimica organica in passato consisteva nell'imitare la natura che crea strutture complesse assolutamente straordinarie. I chimici di oggi devono invece riuscire a superare la natura stessa e realizzare strutture del tutto nuove. L'obiettivo è imitare la natura in modo diverso, ovvero riprodurre la sua capacità di creare strutture auto-assemblanti, basate sui principi dell'architettura atomica e capaci di formare cellule e organismi funzionanti grandi e piccoli. Per generare virus a malapena percepibili con il microscopio elettronico, la natura utilizza gli stessi principi che adotta per dar vita a organismi enormi come le balene, facili da scorgere a occhio nudo. I chimici iniziano oggi a costruire queste strutture e applicano le conoscenze acquisite per la realizzazione di ossa, vasi sanguigni, cartilagini e altri materiali.

Inoltre, in un mondo dominato dall'elettronica, tutto diventa sempre più piccolo e più ricco di informazioni. E' possibile prevedere un futuro in cui le informazioni potranno essere compresse in aree e volumi inferiori a quelli del cervello umano, e pur sempre dotati di poteri di calcolo superiori a quelli del cervello umano. Anche i materiali conterranno tali informazioni. Possiamo iniziare a realizzare combinazioni di materiali ricchi di informazioni con materiali dotati di capacità di calcolo compatibili con l'organismo. Tali dispositivi potranno essere usati per sostituire la funzionalità sensoriale. Esistono già versioni rudimentali della retina, dei pace-maker e di altri dispositivi, oltre a versioni grossolane per la stimolazione cerebrale profonda mirata alla terapia di patologie cerebrali gravi. Questo è solo l'inizio di una scienza incredibilmente stimolante.

Ritengo che nel prossimo futuro assisteremo allo sviluppo di dispositivi che captano i segnali sensoriali e motori trasmessi dal cervello ai muscoli con un rapido feedback in modo da consentire a persone paralizzate di camminare di nuovo. Questo si verificherà in un arco di tempo abbastanza breve, non più di 5 o 10 anni. Inoltre, possiamo prevedere un drastico aumento delle nostre capacità sensoriali e assistere all'utilizzo di queste tecnologie per la ricostruzione e il ripristino dei nostri organi.

Queste sono quindi le tecnologie che attualmente fanno parte dell'interessante settore della medicina rigenerativa. Si tratta di un'area ancora in fase iniziale, ma assolutamente all'avanguardia.

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aggiornamento di 03/01/2008
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