Clonazione senza ovociti grazie alle staminali pluripotenti indotte

La ricetta per la clonazione è semplice. Prelevate una normale cellula differenziata da un organismo adulto, ed estraetene il nucleo. Procuratevi poi un ovocita, togliete anche ad esso il nucleo e sostituitelo con il nucleo della cellula adulta. Applicate una leggera scossa elettrica o uno stimolo chimico ed aspettate: dopo un poco l’ovocita comincerà a dividersi, formando un embrione geneticamente identico all’organismo che aveva fornito la cellula adulta. Da questo embrione potrete estrarre dopo pochi giorni cellule staminali pluripotenti, gettando il resto; oppure, con un po’ più di pazienza, potrete ottenere dopo nove mesi un bebè gemello dell’individuo da cui avevate estratto la cellula adulta.
Questo almeno in teoria; in pratica, purtroppo, le cose sono molto più difficili. La clonazione funziona raramente, richiedendo decine e a volte centinaia o, per alcune specie, migliaia di tentativi, e gli embrioni risultanti – quando ci sono – sono quasi sempre poco vitali. A tutt’oggi non solo nessuno è riuscito a far nascere un clone di un essere umano (impresa peraltro illegale in quasi tutti i paesi del mondo), ma neppure a estrarre staminali da un embrione umano clonato (anche se ci si è andati abbastanza vicino). Con le staminali embrionali, fra l’altro, si potrebbero sostituire i tessuti danneggiati di una persona, curando così malattie come per esempio il morbo di Parkinson o la degenerazione maculare; e invece nulla.

Uno dei problemi maggiori della clonazione umana consiste nell’approvvigionamento di ovociti. Visto che la tecnica è così inefficiente, ne sono richiesti centinaia; ma estrarli da una donna comporta una procedura dolorosa e non esente da rischi. Il risultato è una scarsità cronica di ovociti, che – assieme alle resistenze di integralisti e fondamentalisti – ha fortemente frenato questo campo di studi.
È proprio il problema degli ovociti ad aver portato a sviluppare una radicale alternativa alla clonazione. Si tratta delle cosiddette cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), sviluppate principalmente grazie agli studi di Shinya Yamanaka e James Thomson. La ricetta inizia di nuovo con una normale cellula adulta, ma poi prosegue in maniera molto differente. Si introducono nella cellula dei retrovirus che portano con sé alcuni geni, la cui azione, una volta inseriti nel genoma nucleare, causa un de-differenziamento della cellula, che da specializzata che era ritorna simile a una staminale pluripotente embrionale, capace quindi di trasformarsi nella cellula di qualsiasi tessuto (sono adesso disponibili metodi che producono lo stesso effetto senza far uso di virus). Non c’è bisogno di ovociti, e non c’è neppure bisogno di passare per un embrione completo; il metodo è semplice, diretto, e fa anche la gioia dei seguaci del culto dell’embrione, che di conseguenza si astengono dal mettere i bastoni fra le ruote ai ricercatori.
E la clonazione riproduttiva? Se si prende una di queste cellule iPS e la si lascia moltiplicare non si potrebbe ottenere un embrione completo identico geneticamente al donatore della cellula? La risposta è no: le iPSC sono pluripotenti, possono cioè formare tutti i tessuti dell’embrione propriamente detto, quello che si trasformerà nel feto (in termini più tecnici, i tessuti dei tre foglietti embrionali: endoderma, mesoderma ed ectoderma); ma non sono totipotenti: non possono cioè formare anche il trofoblasto, lo strato che trasmette i nutrienti all’embrione propriamente detto e che si trasformerà in una parte della placenta. Da sole delle iPSC non potrebbero mai impiantarsi nell’utero.
Eppure, proprio ieri sono stati pubblicati su Nature e Stem Cell Stem due lavori di ricercatori cinesi che documentano la produzione di copie genetiche di topi per mezzo delle iPSC, senza ovociti; cloni a tutti gli effetti, anche se i ricercatori non li chiamano così (Xiao-yang Zhao et al., «iPS cells produce viable mice through tetraploid complementation», Nature, advance online publication, 23 luglio 2009; Lan Kang et al., «iPS Cells Can Support Full-Term Development of Tetraploid Blastocyst-Complemented Embryos», Cell Stem Cell, immediate early publication, 23 luglio). Come ci sono riusciti?
Tutto parte dal desiderio di dimostrare che le iPSC sono effettivamente pluripotenti. Trasformare queste cellule in ogni possibile tessuto del corpo richiederebbe molto tempo ed energia, e in qualche caso non è neppure noto come riuscire a indurre le cellule in coltura a mutarsi in un dato tessuto; fortunatamente esiste però un metodo molto più diretto. Prendiamo una blastocisti, cioè un embrione di 5 giorni: essa consiste di un involucro sferico, che andrà a formare il trofoblasto, a cui è attaccata internamente una massa di staminali, l’embrioblasto, da cui si formerà il feto. Se sostituiamo l’embrioblasto con le iPSC, avremo modo di provarne la pluripotenza: basterà controllare che dalla blastocisti risultante si produca un feto vitale.
C’è però una complicazione. Nella pratica risulta molto difficile separare il trofoblasto dall’embrioblasto; alcune cellule del secondo rimangono, e alla fine quello che si ottiene è una chimera: un organismo in cui alcune cellule deriveranno dalla blastocisti iniziale e altre saranno geneticamente identiche alle staminali che vi avevamo introdotto. Ma ci soccorre qui la tecnica della cosiddetta complementazione tetraploide. La ricetta stavolta è questa: si prende un embrione formato da due sole cellule, e con una scossa elettrica le si induce a fondersi di nuovo in una cellula unica. Questa, però, a differenza dello zigote originario, avrà un doppio corredo cromosomico – o meglio quadruplo, visto che le cellule normali hanno già ciascuna due copie di ogni cromosoma. La cellula risultante riprende a dividersi e a svilupparsi, fino a formare una blastocisti; a questo punto si sostituisce l’embrioblasto con le iPSC. Le cellule con quattro copie di ciascun cromosoma, però, sono in grado solo di formare la placenta, mentre non riescono a dare origine a tessuti fetali vitali; il risultato è che alla fine il feto risulterà composto esclusivamente dalle discendenti delle iPSC – e quindi geneticamente identico all’organismo dal quale queste ultime derivano.
È proprio questo che le due équipe hanno ottenuto, dimostrando così in modo che sembra conclusivo la pluripotenza delle iPSC. Particolarmente significativi i risultati pubblicati su Nature: la migliore delle linee cellulari ha prodotto 22 nati vivi da 624 blastocisti, con un’efficienza del 3,5% (altri 5 nati si sono avuti con altre linee cellulari, portando l’efficienza totale al 3,2% per cellule derivate al 14º giorno di coltura). Il grande progresso rispetto alla clonazione classica consiste nell’aver saltato il passaggio dal trasferimento del nucleo nell’ovocita alla formazione della blastocisti, che contribuisce ad abbassare l’efficienza totale. Facciamo un paragone con l’esperimento che ha portato alla clonazione del primo topo, Cumulina, nel 1997 (cfr. Wakayama et al., Nature 394, 1998, 369-74): con la tecnica migliore si sono ottenute in quell’occasione 23 nascite vive su 1240 embrioni trasferiti in utero, con un’efficienza dell’1,85%; ma gli ovociti utilizzati erano stati 2207, il che fa quasi dimezzare la produttività complessiva.
Quanto alla salute degli animali prodotti – uno dei punti deboli della clonazione classica – la situazione negli esperimenti odierni è un po’ mista (cfr. David Cyranoski, «Mice made from induced stem cells», NatureNews, 23 luglio): la mortalità dei topi è risultata alta, e si sono verificate alcune anomalie anatomiche. Ma 12 dei nati vivi si sono accoppiati e riprodotti, dando vita a centinaia di topi di seconda generazione, e a 100 di terza. A prima vista nessun topo sembra aver sviluppato tumori.

Prima di pensare a possibili applicazioni di questa tecnica, bisogna considerare due fatti: il primo è che ciò che funziona con i topi non è detto che funzioni con altri mammiferi; il secondo è che in questi esperimenti le iPSC sono state derivate sì da cellule differenziate (fibroblasti, cioè cellule della pelle), ma gli organismi da cui queste sono state tratte erano dei feti, non topi adulti.
Ciò detto, se la tecnica si confermerà essere un giorno semplice ed efficiente, la prima applicazione pratica sarà quasi certamente la clonazione di animali in via di estinzione. Ma anche la clonazione di un certo mammifero niente affatto raro sarà una prospettiva che certamente attirerà molti... Si avvererà così per intero la profetica messa in guardia di Robert Lanza, il biotecnologo che poco più di un anno fa aveva preannunciato la tecnica oggi realizzata. In quell’occasione la stampa integralista, imbarazzata dalle applicazioni «immorali» di una tecnica su cui ha investito moltissimo in termini propagandistici, si era rifugiata in una strampalata negazione delle possibilità profetizzate da Lanza; vedremo nei prossimi giorni cosa si inventeranno stavolta, con i primi risultati non più teorici davanti agli occhi.