SCIENZE BIOMOLECOLARI, GENOMICHE E CELLULARI

Ex laurea magistrale in Biologia Molecolare

BIOLOGIA DELLE CELLULE STAMINALI

Docenti: 
PERRIS Roberto
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
Settore scientifico disciplinare: 
ANATOMIA COMPARATA E CITOLOGIA (BIO/06)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre

Obiettivi formativi

Il Corso è inteso per gli studenti delle Lauree Specialistiche in Biologia e Applicazioni Biomediche e In Biologia molecolare, in primo luogo, ma è di fatto per tutte le altre Lauree Magistrali dell'area medica e delle scienze della vita (come corso a scelta) è un Corso unico ed innovativo nell'ambito del sistema Universitario italiano. Il Corso si prefigge di integrare le conoscenze di base della biologia delle cellule staminali con il loro potenziale impiego clinico, ponendosi l'obiettivo di dare allo studente una visone globale della loro organizzazione e funzione nei tessuti umani.
Al fine di fornire allo studente una visione completa circa l'organizzazione dei tessuti, sono discusse le metodiche di base e più avanzate per l'analisi dell'arrangiamento delle cellule staminali nei tessuti umani e come questa organizzazione sia strumentale ad assicurare la loro piena funzionalità omeostatica. Il Corso si pone quindi i seguenti obiettivi formativi:
I) discutere in modo approfondito le caratteristiche cellulari e molecolari delle differenti popolazioni di cellule staminali scoperte nei vasi organi e tessuti;
II) descrivere le proprietà funzionali di tali cellule, anche soffermandosi sulle metodiche utilizzate per la loro scoperta;
III) descrivere come tali cellule possano essere utilizzate nella medicina rigenerativa, in approcci terapeutici per il trattamento di varie stati patologie quali la infiammazione cronica, patologie degenerative o autoimmuni ed agenti terapeutici per la cura del cancro.

Prerequisiti

In accordo con quanto imposto dal Manifesto degli Studi e data la complessità e articolazione del Corso, è ritenuto fondamentale che lo studente segua attentamente le lezioni. Inoltre, per poter seguire in modo razionale ed efficace il Corso è opportuno che lo studente abbia una certa padronanza di concetti di biologia cellulare e addomestichi nozioni di base di biologia dello sviluppo, principi di biochimica, biologia molecolare, patologia generale, immunologia-virologia e genetica. Particolarmente utile è anche avere conoscenze di base circa tecniche di laboratorio biomedico e di scienze della vita.

Contenuti dell'insegnamento

Il Corso inizia con una discussione approfondita dei metodi, delle procedure e degli strumenti utilizzati per studiare le caratteristiche morfologiche dei tessuti e delle cellule isolate o di cellule nell’organismo (che includono metodi e strumentazioni per "Whole-body imaging"). In particolare, sono trattati i metodi di colorazione delle cellule e dei tessuti in situ ed i metodi di marcatura delle cellule per il loro tracciabilità in vivo.
Si procede poi con una panoramica dei concetti primari, definizione dei termini utilizzati e la nomenclatura attualmente adottata nel settore. Nella fase successiva, il Corso illustra la scoperta delle cellule staminali/progenitrici nella maggior parte dei tessuti/organi del corpo umano, la presunta conservazione evolutiva di questa distribuzione, ed i metodi che hanno portato a questi risultati. Inizialmente sono affrontati gli aspetti molecolari più dettagliati della biologia delle cellule staminali attraverso un'accurata trattazione del fenomeno della divisione cellulare asimmetrica ed il suo significato biologico, così come il rapporto di questo evento cellulare con il processo di auto-rinnovamento e di multipotenza. Quindi vengono approfondite le nostre conoscenze sulle caratteristiche e potenzialità cliniche delle cellule staminali primarie del corpo umano iniziando con il “prototipo” della cellula staminale - la cellula staminale ematopoietica CD34+.

Il Corso tocca successivamente il fenomeno di fusione cellulare e come questo può influenzare il comportamento biologico delle cellule staminali. Un certo numero di lezioni sono poi dedicate alla comprensione delle caratteristiche biologico-funzionali delle cellule staminali neurali e come quelle fetali potrebbero essere impiegate nella medicina rigenerativa. Altre cellule staminali che sono ampiamente discusse, comprendono quelle residenti del cuore, i precursori endoteliali circolanti e le cellule staminali epiteliali. Anche in questi casi, il Corso garantisce la trasmissione di una visione completa di come queste cellule sono state inizialmente identificate, come il loro comportamento biologico è stato spiegato e come il potenziale di queste cellule si ritiene sfruttabile negli approcci di rigenerazione di tessuti/organi.

A questo punto, vengono illustrate le caratteristiche delle cellule staminali embrionali, le differenze riscontrabili tra queste e le cellule staminali adulte, il loro potenziale utilizzo sperimentale per acquisire una migliore comprensione dei meccanismi molecolari di base del differenziamento cellulare e della diversificazione fenotipica, tra cui il controllo epigenetico di questo fenomeno, e le promesse ed i limiti del loro impiego nella clinica.

La parte finale del Corso è dedicata alla più recente scoperta del settore che ha portato alla "premiazione Nobel" dell'inventore: le cellule iPS, cellule staminali pluripotenti indotte. E' evidenziato il collegamento di questa scoperta con la tecnica della riprogrammazione nucleare originariamente documentata nella rana Xenopus da Sir John B. Gurdon. Si parlerà anche delle scoperte di Rudolph Jaenish e delle osservazioni fatte dal premio Nobel Sir Martin Evans sui teratomi. Lezioni di questa ultima parte del Corso elencano in modo esaustivo il lavoro originale di Shinya Yamanaka e come queste scoperte sono state approfondite da tutta la comunità scientifica interessata a capire la biologia delle cellule staminali ed a tradurre queste conoscenze in applicazioni cliniche. Pertanto, particolare attenzione è data alle potenziali applicazioni delle cellule iPS, alle loro prospettive applicative ed limiti nel loro utilizzo.

Programma esteso

1. il concetto di staminalità, divisione asimmetrica, auto-replicazione e pluripotenza da un punto di vista molecolare;
2. Le procedure e le limitazioni nel tracciamento in vivo di cellule staminali e le loro progenie dopo il trapianto;
3. Le caratteristiche del prototipo di cellula staminale - la cellula staminale ematopoietica e il suo uso in clinica;
4. I meccanismi molecolari e cellulari che controllano le cellule staminali stromali/mesechimali e il loro potenziale uso in clinica;
5. I meccanismi cellulari e molecolari che controllano le cellule neurali staminali e il loro potenziale uso in clinica;
6. L'identificazione e caratterizzazione delle cellule staminali cardiache
7. Il potenziale delle cellule staminali embrionali , epigenetica delle cellule staminali e la "nascita" e il potenziale di sfruttamento delle cellule iPS ("cellule staminali pluripotenti indotte).

Bibliografia

Ci si avvale prevalentemente di rassegne scientifiche e lavori sperimentali pubblicati sulle più prestigiose riviste scientifiche. Qualora vi sia interesse, un elenco bibliografico che comprende queste pubblicazioni è fornito a fine Corso.

Metodi didattici

In linea con le attuali direttive anti-COVID-19, le lezioni saranno erogate in modalità mista, ovvero nell'Aula messa a disposizione dall'Ateneo/Corso di Laurea in presenza degli studenti ai quali sarà consentito accedere e contemporaneamente in modalità streaming su piattaforma Microsoft TEAMS.
Le lezioni saranno quindi impostate come webinars, con la simultanea ripresa del docente e delle presentazioni da esso fornite. Le lezioni saranno altresì registrate. Copia delle presentazioni esposte durante le lezioni saranno pubblicate ogni settimana sul portale di Ateneo ELLY nella sezione relativa al Corso.

A fine Corso, gli studenti che per specifici e comprovati motivi non potevano essere presenti in Aula, o non avevano la possibilità di seguire una o più lezioni in modalità streaming, potranno richiedere al Docente copia della registrazione della specifica lezione di interesse.

Al fine di trasmettere agli studenti una visione globale delle caratteristiche biologiche delle cellule progenitrici e staminali e come queste ultime possono essere sfruttate nella medicina rigenerativa, è proposta una selezione di rassegne scientifiche di fondamentale importanza, pubblicate su prestigiose riviste scientifiche del settore. Il contenuto di tali testi è sfruttato anche per l'impostazione delle presentazioni fornite tramite le lezioni.

Modalità verifica apprendimento

La frequenza del Corso è obbligatoria e lo studente è fortemente sollecitato a rispettare tale vincolo. Pertanto qualora lo studente non possa accedere l'aula in cui sono tenute le lezioni, dovrà optare per la partecipazione alle lezioni a distanza in modalità streaming. La mancata partecipazione alle alle lezioni inficia significativamente l'ottimale conseguimento dei crediti del Corso.

La verifica dell'apprendimento si basa sull'erogazione di una breve presentazione su un argomento prescelto dallo studente stesso. Tale argomento dovrà essere selezionato scelto fra gli argomenti ampiamente trattati durante il Corso.

La presentazione è giudicata per la sua qualità in termini di chiarezza, accuratezza e la pertinenza al tema. Particolare attenzione è rivolta al grado di conoscenza dello studente sul tema selezionato e come lui/lei presenti l'argomento.

La presentazione non deve superare i 15 minuti ed è seguita da una breve discussione sulla tematica trattata e su altre tematiche pertinenti. Se la presentazione è giudicata di insufficiente qualità e riceve una scarsa valutazione, è possibile ripeterla in un altro Appello, ma su un tema diverso.
Come regola generale, la presentazione dovrebbe comprendere non più di 10-15 immagini, che dovrebbero essere illustrative e non semplicemente riportare testi copiati da libri o da articoli scientifici. Ciò significa che la maggior parte delle immagine che costituiscono la presentazione devono riportare tabelle, grafici, foto, diagrammi e schemi, che possono poi essere supportati da brevi testi esplicativi.

In linea di massima, la presentazione dovrebbe dare una panoramica di ciò che è attualmente conosciuto circa l'argomento che viene affrontato, ma può anche trattare un paio di attuali articoli scientifici che descrivono i risultati altamente innovativi e che possono essere considerati di particolare importanza per il settore.

Presentazioni su argomenti non legati al tema specifico prescelto riceveranno valutazioni negative. Le presentazioni non devono quindi essere eccessivamente lunghe, devono rispettare le linee guida sopra citate e trattare i diversi i temi legati alla biologia delle cellule staminali.

Gli specifici argomenti su cui basare le presentazioni sono i seguenti:
1. La divisione asimmetrica e auto-rinnovamento (“self-renewal”);

2. Il controllo molecolare della multipotenza;

3. Unipotenza, multipotenza e totipotenza a confronto;

4. Potenzialità delle cellule staminali mesenchimali nella medicina rigenerativa;

5. Le cellule staminali neurali e le loro potenziali cliniche;

6. Meccanismi di controllo del differenziamento di cellule staminali;

7. Le cellule staminali della cute;

8. Le cellule staminali del tratto gastro-intestinale;

9. Le cellule staminali nella riparazione dell’osso;

10. Tracciare cellule staminali in vivo: in modelli animali e nell’uomo;

11. Le cellule staminali cardiache;

12. La cellula staminale ematopoietica e il trapianto di midollo: dalla biologia alla clinica;

13. L’identificazione di cellule staminali in vivo e metodi per il loro isolamento;

14. Cellule iPS: la scoperta, le caratteristiche e le potenziali applicazioni cliniche;

15. Cellule staminali e il loro effetto immuno-modulatorio: meccanismi e applicazioni cliniche.

Altre informazioni

Il Corso è coordinato in modo organico con quello relativo alla "Struttura e funzione dei tessuti umani e biologia dello sviluppo" che è fortemente consigliato come corso a scelta.