Cellule staminali tumorali: ruolo della Side Population nei tumori solidi

CELLULE STAMINALI TUMORALI: RUOLO DELLA SIDE POPULATION NEI TUMORI SOLIDI Molti studi negli ultimi anni hanno dimostrato che alcune forme di tumore sono caratterizzate dalla presenza di cellule con specifiche proprietà stem-like, dette anche cellule staminali tumorali (Cancer Stem Cells/CSCs). Queste cellule sono considerate le cellule “inizianti” il tumore e sono probabilmente le responsabili delle recidive del tumore. Le CSCs hanno la capacità di auto-rinnovarsi, la potenzialità di dare origine a una o più specie cellulari all’interno del tumore e l’abilità di guidare, in modo continuo, la proliferazione delle cellule maligne. Molti studi hanno descritto il potenziale tumorigenico delle CSCs fino ad arrivare alla formulazione della cancer stem cell (CSC) hypothesis, secondo la quale a sostenere la crescita del tumore e a causare recidive, sarebbe una ristretta popolazione cellulare (Jordan CT et al.2006). Sono stati proposti due diversi approcci per caratterizzare le CSCs all’interno del tumore: il primo utilizza marcatori di superficie selettivamente espressi dalle CSCs, ma non dalla maggior parte delle cellule tumorali; il secondo approccio sfrutta alcune caratteristiche funzionali della cellula, come la peculiare capacità di colorarsi con coloranti specifici. In particolare, questo secondo metodo è utilizzato per l'identificazione, tramite citometria a flusso, della cosiddetta Side Population (SP), distinta sulla base della capacità di queste cellule di estrudere il colorante vitale Hoechst 33342 (Goodell MA et al 1996). Le cellule SP rappresentano solo una piccola frazione di tutta la popolazione di cellule e, data la loro capacità di estrudere farmaci, esse rappresentano la frazione chemio-resistente all’interno del tumore (Hirschmann-Jax C et al. 2004). Inoltre le SP sembrano essere una fonte arricchita di cellule staminali (Challen GA et al. 2006). I tumori solidi rappresentano la maggior parte delle patologie maligne ed i tumori epiteliali ne costituiscono circa l'80% (Visvader JE e Lindeman GJ 2008). L’ origine della maggior parte dei tumori solidi è sconosciuta, ma è stato ipotizzato che sottotipi diversi sottendono a cellule inizianti il tumore differenti. Inoltre ci sono evidenze crescenti che diversi tumori solidi siano organizzati in modo gerarchico e sostenuti da una sottopopolazione distinta di CSCs (Visvader JE e Lindeman GJ 2008). Un primo studio ancora in corso ha valutato il ruolo e le caratteristiche delle cellule staminali tumorali, in particolare della sottopopolazione SP, in linee cellulari di Medulloblastoma (MDB). Il MDB è uno dei più comuni tumori solidi pediatrici a livello del sistema nervoso centrale e dati recenti hanno dimostrato che anche il MDB sembra originare da una componente staminale. Abbiamo cercato di isolare la sottopopolazione con caratteristiche stem-like per capire quale pathway fosse principalmente coinvolto nel mantenimento della componente staminale (CSCs/SP). I primi dati ottenuti suggeriscono che nelle linee di MDB è presente una componente staminale e che la via di PI3K/AKT/mTOR è cruciale per la sopravvivenza delle cellule SP, che hanno una elevata capacità di formare colonie in vitro. Una sempre maggiore esperienza nella tecnologia e nel setting del FACS (Flow Activated Cell Sorter) sorter ha permesso di estendere l’approccio sperimentale ad altri tipi di tumore e quindi di identificare le SP sia in cellule primarie di carcinoma ovarico che in cellule, sempre di carcinoma ovarico, xenotrapiantate in topi NOD/SCID e di indagare gli effetti che l’ IFN-? ha sulle cellule tumorali. Questo è stato l'obiettivo di un secondo studio condotto nel Dipartimento di Oncologia e Scienze Chirurgiche di Padova in collaborazione con il nostro laboratorio. I nostri risultati mostrano che IFN-? ha effetti antiproliferativi e proapoptotici sulla componente SP, che si traducono in un potenziale effetto terapeutico contro quei tumori caratterizzati da una elevata percentuale di cellule SP. Questi risultati suggeriscono che lo screening dei campioni di tessuto tumorale per il loro contenuto di SP potrebbe costituire la base per la somministrazione di IFN-? ai pazienti con tumore ovarico ed eventualmente con altri tumori solidi. Nel corso dell’ultimo anno la nostra ricerca si è concentrata anche sulla caratterizzazione delle CSCs in linee cellulari e in colture primarie sia di medulloblastoma (MDB) che di glioblastoma (GBM). E’ noto che il microambiente o nicchia del tumore influenza la distribuzione della CSCs all'interno della massa tumorale e la loro resistenza alle radiazioni. Ci sono alcune evidenze che l'ipossia può favorire l'espansione delle cellule staminali e il mantenimento del tumore (Moserle L. et al 2009, Blazek et al 2007, Platet N. et al. 2007). Inoltre, studi preclinici e clinici indicano che c’è una relazione inversa tra andamento del tumore e ipossia (Nordsmark M. et al.2005). Sulla base di queste considerazioni, nello studio sul medulloblastoma (MDB) abbiamo indagato il legame tra il microambiente ipossico e alcune vie del segnale (Notch1; HIF-1a) che sembrano essere coinvolte nel sostenere la crescita delle cellule di MDB. I primi risultati indicano chiaramente che le cellule di MDB possono essere espanse con successo in vitro solo in un contesto di ipossia. Nello studio sul Glioblastoma (GMB), abbiamo sfruttato la chirurgia immagine-guidata per cercare di definire differenti aree intra-tumorali per capire se ci fosse una distribuzione eterogenea delle cellule correlata al gradiente di ossigeno all'interno del GBM. I nostri risultati mostrano che le cellule più immature, identificate con il marcatore di staminalità CD133, sono localizzate nella parte interna e in quella intermedia della massa tumorale, mentre le cellule più differenziate sono distribuite lungo la zona periferica e maggiormente vascolarizzata. Questi risultati indicano una stretta correlazione tra il gradiente di ipossia intra-tumorale, il fenotipo delle cellule tumorali e la resistenza del tumore alla chemioterapia, portando alla formulazione di un nuovo modello di distribuzione delle cellule staminali nella nicchia del tumore, che potrebbe essere utili per definire con più precisione la reale localizzazione della cellule tumorali chemio-resistenti nel GBM, al fine di elaborare strategie di trattamento più efficaci. L'ultima parte di questa tesi, che esula dagli argomenti trattati sopra, si è focalizzata sullo studio del ruolo che la IL-23 esercita sulle cellule di leucemia linfoblastica acuta-B (B-ALL). Questo studio è stato condotto principalmente nella Unità di Immunologia del Dipartimento di Medicina Sperimentale e Laboratorio dell’ Istituto G.Gaslini di Genova. La Leucemia linboblastica acuta (LLA) è una patologia in cui il blocco della differenziazione, l’iperprpolifrazione e una apoptosi difettosa risultano in un accumulo aberrante di un clone cellulare. Le B-ALL rappresentano l’85% dei casi delle leucemie infantili e vengono distinte in diversi sottotipi a seconda dello stadio maturativo della cellula linfoide (Cobaleda C. e García Sánchez-I . 2009, Onciu M. 2009). Nonostante i progressi degli ultimi anni nello sviluppo di trattamenti sempre più efficaci sono comunque in corso ulteriori studi per capire quali siano gli eventi specifici che portano alla leucemia, per migliorare l'approccio clinico e identificare terapie che possano ridurre le recidive della malattia. L'obiettivo di questo lavoro è stato quello di studiare l’espressione e la funzione del recettore della IL-23 (IL23R) nelle cellule di leucemie acuta B pediatrica (B-ALL) rispetto alla controparte normale e verificare se la IL-23 potesse esercitare una azione anti tumorale diretta sulle cellule di leucemia B e se sì quale fosse il meccanismo coinvolto. I primi risultati ottenuti dimostrano che IL-23R è up-regolato nelle cellule primarie di B ALL rispetto alla controparte normale e che la IL-23 media direttamente la crescita tumorale in vitro e in vivo attraverso l'inibizione della proliferazione delle cellule tumorali e l’ induzione della apoptosi. Pertanto, in linea di principio, la IL-23 potrebbe essere un buon farmaco da testare in trial di fase I in pazienti pediatrici affetti da B-ALL che non rispondono alle attuali terapie.