Cellule iPSC: come Shinya Yamanaka è riuscito a riportare indietro l'orologio delle nostre cellule

Per cinquant'anni il dogma della biologia cellulare è stato un dogma di non-ritorno: una cellula adulta — un fibroblasto della pelle, un neurone, un epatocita — è un punto d'arrivo, non più capace di tornare indietro nella propria storia evolutiva. Aveva quasi una solennità irreversibile, simile al secondo principio della termodinamica.

Poi, nell'agosto 2006, su Cell apparve un articolo a firma di Kazutoshi Takahashi e Shinya Yamanaka dell'Università di Kyoto. Quattro geni. Quattro semplici fattori di trascrizione, inseriti in una cellula della coda di topo, erano riusciti a riavvolgere il nastro. La cellula adulta era tornata staminale, capace in laboratorio di diventare di nuovo qualunque tessuto. L'articolo originale ha cambiato la biologia.

Cosa sono le cellule pluripotenti

Nello sviluppo embrionale precoce, le cellule della blastocisti — chiamate cellule staminali embrionali — sono pluripotenti: hanno il potenziale di diventare ognuno dei circa 200 tipi cellulari del corpo umano adulto. Crescendo, le cellule si specializzano e perdono questa potenzialità: un cardiomiocita può dividersi solo in altri cardiomiociti, e così per ogni tipo cellulare specializzato.

Per molti anni i ricercatori avevano provato a manipolare cellule staminali embrionali per usi terapeutici, scontrandosi con due ostacoli: i problemi etici legati al loro prelievo da embrioni umani, e la difficoltà di trovare cellule "compatibili" con il sistema immunitario del paziente. La promessa di Yamanaka era enorme: usare le cellule del paziente stesso e riprogrammarle in staminali.

I quattro fattori "Yamanaka"

Yamanaka aveva selezionato una lista di 24 geni che si sapeva essere attivi nelle cellule staminali embrionali. Sperimentò sistematicamente, e scoprì che bastava combinarne quattro:

• Oct4 (POU5F1) — regolatore master del programma di pluripotenza
• Sox2 — coopera con Oct4 nell'auto-rinnovamento
• Klf4 — gene oncosoppressore con ruoli nello sviluppo
• c-Myc — proto-oncogene, acceleratore della proliferazione

Inseriti nelle cellule adulte tramite un retrovirus, questi geni riavvolgono l'orologio epigenetico: le marcature chimiche del DNA che mantengono "silenziati" i geni della pluripotenza vengono rimosse, e la cellula torna staminale. La Embryo Project Encyclopedia dell'Arizona State University offre una ricostruzione dettagliata dei protocolli iniziali.

Dal topo all'uomo in 18 mesi

Nel novembre 2007 il gruppo di Kyoto pubblicò una seconda dimostrazione: gli stessi quattro geni, inseriti in fibroblasti umani prelevati da una donna adulta, generavano iPSC umane. Lo stesso giorno, il gruppo americano di James Thomson alla University of Wisconsin pubblicava un risultato analogo con una combinazione diversa di geni. Era partita la corsa.

Il Premio Nobel per la Medicina 2012 fu assegnato a Yamanaka e al biologo britannico John Gurdon (che aveva già negli anni Sessanta dimostrato la reversibilità con il clonaggio di rane). La motivazione citava "la scoperta che le cellule mature possono essere riprogrammate per diventare pluripotenti".

Le iPSC oggi: dai topi alla clinica

Vent'anni dopo, le iPSC stanno entrando nella medicina vera. Alcuni esempi documentati:

• Degenerazione maculare: nel 2014 in Giappone, la dottoressa Masayo Takahashi (RIKEN, Kobe) trapiantò per prima volta a una paziente cellule retiniche derivate da sue iPSC. La paziente mantenne stabile la visione. Nature ne ha seguito l'evoluzione.
• Parkinson: nel 2018, all'Università di Kyoto, sette pazienti con malattia di Parkinson hanno ricevuto neuroni dopaminergici derivati da iPSC. I risultati al follow-up triennale, pubblicati nel 2023, mostrano sicurezza e prime evidenze di efficacia.
• Diabete di tipo 1: vari trial clinici di cellule beta pancreatiche derivate da iPSC sono in corso negli Stati Uniti e in Cina.
• Insufficienza cardiaca: nel 2022 in Giappone i primi pazienti hanno ricevuto patch di cardiomiociti iPSC su zone infartuate del cuore.

Gli ostacoli che restano

Il principale rischio delle prime generazioni di iPSC era la tumorigenicità: il gene c-Myc, uno dei quattro fattori originali, è un noto oncogene. Le iPSC residue non differenziate, se trapiantate, possono formare teratomi. Le tecniche moderne usano c-Myc in versioni sicure, o lo eliminano del tutto dopo la riprogrammazione tramite vettori non integrativi (Sendai virus, mRNA, episomi).

Restano sfide industriali: produrre iPSC in quantità clinica, con riproducibilità GMP (Good Manufacturing Practice), costa ancora decine di migliaia di euro per paziente. Per superare questa barriera si stanno sviluppando le cosiddette haplobanche: collezioni di iPSC con profili HLA tali da coprire l'80% della popolazione locale con poche dozzine di linee.

L'orologio epigenetico e l'anti-aging

Negli ultimi anni un filone di ricerca sta sondando un'idea audace: e se la riprogrammazione di Yamanaka, applicata in modo parziale, potesse ringiovanire i tessuti senza farli tornare allo stadio embrionale? Gli studi pilota di Juan Carlos Izpisua Belmonte al Salk Institute hanno mostrato nei topi che cicli brevi di espressione dei fattori Yamanaka migliorano la salute cellulare di animali progeroidi.

Aziende come Altos Labs, finanziata con miliardi da Jeff Bezos e Yuri Milner, hanno reclutato Yamanaka come consulente per esplorare proprio questo: l'epigenetic age reprogramming come possibile via per allungare la vita sana.

Domande frequenti

Le iPSC sono uguali alle cellule staminali embrionali?

Funzionalmente sì: superano gli stessi test di pluripotenza (formazione di teratomi, differenziamento in tutti e tre i foglietti embrionali). Geneticamente conservano lievi differenze epigenetiche che la ricerca cerca di azzerare.

Esistono iPSC italiane?

Sì. Il TIGEM di Pozzuoli, l'Istituto San Raffaele di Milano, l'Università di Padova hanno gruppi consolidati che generano linee iPSC per la ricerca sulle malattie rare.

Quando arriveranno terapie iPSC "di routine"?

Per indicazioni con popolazione di pazienti definita (malattie monogeniche, malattia di Parkinson refrattaria, alcune retinopatie) si parla di approvazione regolatoria entro il 2030. Per usi più ampi, almeno un decennio.

Yamanaka ha cambiato per sempre cosa significa essere una cellula adulta. Non un punto d'arrivo, ma uno stato reversibile, riavvolgibile, riscrivibile. Una rivoluzione concettuale che potrebbe rimodellare la medicina dei prossimi cinquant'anni.