Studio e caratterizzazione delle cellule staminali ematopoietiche CD34+ isolate da sangue di cordone ombelicale

Ex-vivo expansion of cord blood, a source of hematopoietic stem cells, has been suggested as a strategy for both transplantation and gene therapy application. Umbelical cord blood (UCB) from related and unrelated donors has emerged as novel source of stem cell for patients requiring allogenic transplantation. Although UCB contains hematopoietic progenitor cells at a higher frequency and with a higher proliferative capacity than adult-derived bone marrow, the low number of total hematopoietic stem cell contained in one UCB graft limits the potential for rapid hematologiacl recovery in adult patients. Allogeneic transplantation with umbelical cord blood is limited in adult recipients by a low CD34+ cell dose. The natural ligand for CD4 receptor is IL-16, characterized as an immunomodulatory cytokine that contributes to the regulatory process of CD4+ cell recruitment and activation at site of inflammation. Although it is known that CD34+ hematopoietic progenitors express CD4 on their surface, the functional role of IL-16 on these cells is still poorly defined. The objective of this study was to investigate the role of interleukin IL-16 for the ex-vivo expansion of cord blood cells. The results suggest a new role of IL-16 in the induction of the CD34+ hematopoietic cells from cord blood to ex-vivo expansion. After 7-14 days of ex-vivo expansion by adding IL-16 to the basal cocktail (a combination of early acting cytokines together), the total cells population, the CFC, the LTC increase more as compare to the basal cocktail alone.Importantly, early CD34+ progenitors from cultures expandend with IL-16 demostrated higher cytoplasmic expression of the cell-cycle inhibitor, p21cip1/waf1, and the antiapoptotic protein BCL-2, compared with UCB expanded in cytokines alone, suggesting improved maintenance of stem cell function in the presence of IL-16. Taken together, these results strongly suggest that the addition of IL-16 provides improved conditions for expansion of early UCB CD34+ and may serve to inhibit their differentation and rates of apoptosis during short-term in vitro expression.

In questi ultimi anni è stata prospettata la potenzialità trapiantologica e validata la procedura di espansione ex-vivo delle cellule staminali ematopoietiche isolate da sangue di cordone ombelicale (SCO). Diverse esperienze, in particolare in ambito pediatrico, hanno confermato la fattibilità clinica del trapianto di sangue placentare, da donatore correlato e non, determinando un crescente interesse per questa fonte emopoietica alternativa. I limiti maggiori sono costituiti dal numero insufficiente di cellule staminali e/o progenitori emopoietici presenti nelle unità placentari che risultano, inadeguate, a trapiantare pazienti adulti, essendo in genere sufficienti per il trapianto in un paziente pediatrico. Recentemente è stato dimostrato che IL-16, il ligando naturale del recettore CD4, capace di modulare la migrazione e l’attività delle cellule CD4+, è capace di indurre la proliferazione e la differenzazione delle cellule CD34+. Sebbene le cellule CD34+ presentino sulla loro superfice Il CD4, il ruolo funzionale dell’IL-16 non è ancora stato ben definito. Nel presente studio, abbiamo investigato il ruolo dell’IL-16 nella espansione ex vivo delle cellule staminali e/o progenitrici nelle SCO. A questo scopo, cellule CD34+ isolate da SCO sono state coltivate in vitro in presenza di: stem cell factor (SCF), trombopoietina (TPO), e flt-3 ligand (FL) utilizzati come cocktail di base in presenza o in assenza di IL-16. Dopo 7 e 14 giorni di coltura sono state valutate il numero totale delle cellule nucleate, l’attività clonogenica (unità formanti colonie [CFC]), sono state allestite colture a lungo termine ( Dexter modificato [LTC]) in cui sono state valutate la potenzialità differenziativa (cellule mieloidi e linfoidi B ed NK). Inoltre è stato valutato il ruolo dell’IL-16 nel ciclo cellulare e nell’apoptosi. I progenitori CD34+ espansi in presenza di IL-16 presentano una aumentata espressione dell’inibitore del ciclo cellulare p21cip/waf1, e della proteina antiapoptotica BCL-2. Questi risultati indicano che l’IL-16 non solo incrementa l’espansione delle cellule staminali e/o progenitori, ma conserva anche il compartimento delle cellule staminali. Questi dati costituiscono importanti informazioni sia da un punto di vista biologico che per future applicazioni cliniche.