La durata di vita degli elementi formati è molto breve. Anche se un tipo di leucocita chiamato cellule della memoria può sopravvivere per anni, la maggior parte degli eritrociti, leucociti e piastrine vivono normalmente solo da poche ore a poche settimane. Quindi, il corpo deve formare nuove cellule del sangue e piastrine rapidamente e continuamente. Quando si dona un’unità di sangue durante una raccolta di sangue (circa 475 mL, o circa 1 pinta), il corpo in genere sostituisce il plasma donato entro 24 ore, ma ci vogliono circa 4-6 settimane per sostituire le cellule del sangue. Questo limita la frequenza con cui i donatori possono contribuire con il loro sangue. Il processo con cui avviene questa sostituzione è chiamato emopoiesi, o ematopoiesi (dalla radice greca haima- = “sangue”; -poiesis = “produzione”).

Siti dell’emopoiesi

Prima della nascita, l’emopoiesi si verifica in un certo numero di tessuti, a partire dal sacco vitellino dell’embrione in sviluppo, e continuando nel fegato fetale, milza, tessuto linfatico, e infine il midollo rosso. Dopo la nascita, la maggior parte dell’emopoiesi avviene nel midollo rosso, un tessuto connettivo all’interno degli spazi del tessuto osseo spugnoso (cancelloso). Nei bambini, l’emopoiesi può avvenire nella cavità midollare delle ossa lunghe; negli adulti, il processo è in gran parte limitato alle ossa craniche e pelviche, alle vertebre, allo sterno e alle epifisi prossimali del femore e dell’omero.

Per tutta l’età adulta, il fegato e la milza mantengono la loro capacità di generare gli elementi formati. Questo processo è chiamato emopoiesi extramidollare (cioè emopoiesi al di fuori della cavità midollare delle ossa adulte). Quando una malattia come il cancro alle ossa distrugge il midollo osseo, facendo fallire l’emopoiesi, può essere avviata l’emopoiesi extramidollare.

Differenziazione degli elementi formati dalle cellule staminali

Tutti gli elementi formati derivano dalle cellule staminali del midollo osseo rosso. Ricordiamo che le cellule staminali sono sottoposte a mitosi più citochinesi (divisione cellulare) per dare origine a nuove cellule figlie: Una di queste rimane una cellula staminale e l’altra si differenzia in uno dei vari tipi di cellule. Le cellule staminali possono essere viste come se occupassero un sistema gerarchico, con una certa perdita della capacità di diversificazione ad ogni passo. La cellula staminale totipotente è lo zigote, o uovo fecondato. La cellula staminale totipotente (toti- = “tutto”) dà origine a tutte le cellule del corpo umano. Il livello successivo è la cellula staminale pluripotente, che dà origine a più tipi di cellule del corpo e ad alcune delle membrane fetali di supporto. Al di sotto di questo livello, la cellula mesenchimale è una cellula staminale che si sviluppa solo in tipi di tessuto connettivo, tra cui tessuto connettivo fibroso, osso, cartilagine e sangue, ma non epitelio, muscoli e tessuto nervoso. Un gradino più in basso nella gerarchia delle cellule staminali è la cellula staminale emopoietica, o emocitoblasto. Tutti gli elementi formati del sangue hanno origine da questo specifico tipo di cellula.

L’emopoiesi inizia quando la cellula staminale emopoietica è esposta a stimoli chimici appropriati chiamati collettivamente fattori di crescita emopoietici, che la spingono a dividersi e differenziarsi. Una cellula figlia rimane una cellula staminale emopoietica, permettendo all’emopoiesi di continuare. L’altra cellula figlia diventa uno dei due tipi di cellule staminali più specializzate (Figura 1):

• Le cellule staminali linfoidi danno origine a una classe di leucociti noti come linfociti, che comprendono i vari linfociti T, le cellule B e le cellule natural killer (NK), che funzionano tutte nell’immunità. Tuttavia, l’emopoiesi dei linfociti procede in modo un po’ diverso dal processo per gli altri elementi formati. In breve, le cellule staminali linfoidi migrano rapidamente dal midollo osseo ai tessuti linfatici, compresi i linfonodi, la milza e il timo, dove la loro produzione e differenziazione continua. Le cellule B sono così chiamate perché maturano nel midollo osseo, mentre le cellule T maturano nel timo.
• Le cellule staminali mieloidi danno origine a tutti gli altri elementi formati, compresi gli eritrociti; i megacariociti che producono le piastrine; e una stirpe di mieloblasti che dà origine ai monociti e a tre forme di leucociti granulari: neutrofili, eosinofili e basofili.

Le cellule staminali linfoidi e mieloidi non si dividono e differenziano immediatamente in elementi maturi formati. Come si può vedere nella figura 1, ci sono diversi stadi intermedi di cellule precursori (letteralmente, cellule precursori), molte delle quali possono essere riconosciute dai loro nomi, che hanno il suffisso -blast. Per esempio, i megacarioblasti sono i precursori dei megacariociti, e i proeritroblasti diventano reticolociti, che espellono il loro nucleo e la maggior parte degli altri organelli prima di maturare in eritrociti.

Fattori di crescita emopoietici

Lo sviluppo da cellule staminali a cellule precursori a cellule mature è di nuovo iniziato da fattori di crescita emopoietici. Questi includono i seguenti:

• L’eritropoietina è un ormone glicoproteico secreto dalle cellule fibroblaste interstiziali dei reni in risposta a bassi livelli di ossigeno. Induce la produzione di eritrociti. Alcuni atleti usano l’eritropoietina sintetica come un farmaco per migliorare le prestazioni (chiamato doping del sangue) per aumentare il numero di RBC e successivamente aumentare l’erogazione di ossigeno ai tessuti in tutto il corpo. L’eritropoietina è una sostanza vietata nella maggior parte degli sport organizzati, ma è anche usata a livello medico nel trattamento di alcune anemie, in particolare quelle scatenate da alcuni tipi di cancro, e altri disturbi in cui è auspicabile un aumento del numero di eritrociti e dei livelli di ossigeno.
• La trombopoietina, un altro ormone glicoproteico, è prodotta dal fegato e dai reni. Innesca lo sviluppo dei megacariociti in piastrine.
• Le citochine sono glicoproteine secrete da un’ampia varietà di cellule, tra cui midollo osseo rosso, leucociti, macrofagi, fibroblasti e cellule endoteliali. Agiscono localmente come fattori autocrini o paracrini, stimolando la proliferazione delle cellule progenitrici e contribuendo a stimolare la resistenza aspecifica e specifica alla malattia. Ci sono due sottotipi principali di citochine note come fattori stimolanti le colonie e interleuchine.
  • I fattori stimolanti le colonie (CSF) sono glicoproteine che agiscono localmente, come fattori autocrini o paracrini. Alcuni innescano la differenziazione dei mieloblasti in leucociti granulari, cioè neutrofili, eosinofili e basofili. Questi sono indicati come CSF granulocitari. Un diverso CSF induce la produzione di monociti, chiamati CSF monociti. Sia i granulociti che i monociti sono stimolati dal GM-CSF; granulociti, monociti, piastrine ed eritrociti sono stimolati dal multi-CSF. Forme sintetiche di questi ormoni sono spesso somministrate a pazienti con varie forme di cancro che stanno ricevendo la chemioterapia per ravvivare il loro numero di WBC.
  • Le interleuchine sono un’altra classe di molecole di segnalazione delle citochine importanti nell’emopoiesi. Inizialmente si pensava che fossero secrete solo dai leucociti e che comunicassero solo con altri leucociti, e sono state chiamate di conseguenza, ma ora si sa che sono prodotte da una varietà di cellule tra cui il midollo osseo e l’endotelio. I ricercatori ora sospettano che le interleuchine possano svolgere altri ruoli nel funzionamento del corpo, compresa la differenziazione e la maturazione delle cellule, producendo immunità e infiammazione. Ad oggi, più di una dozzina di interleuchine sono state identificate, con altre che probabilmente seguiranno. Sono generalmente numerate IL-1, IL-2, IL-3, ecc.

Affetti negativi del doping ematico

Il semplice atto di aumentare il numero di globuli rossi nel sangue può essere associato alla sindrome da iperviscosità che è caratterizzata da un aumento della viscosità del sangue e dalla diminuzione della portata cardiaca e della velocità del flusso sanguigno che si traduce nella riduzione della consegna periferica di ossigeno. Questo aumenta le possibilità di infarto, ictus, flebite ed embolia polmonare, che è stato visto nei casi in cui c’è troppo sangue reintrodotto nel flusso sanguigno. Poiché il doping del sangue aumenta il volume dei globuli rossi, introduce effettivamente una condizione chiamata policitemia, un disturbo del sangue che ha noti esiti negativi come infarti o ictus. La contaminazione del sangue durante la preparazione o la conservazione è un altro problema. La contaminazione è stata vista in 1 ogni 500.000 trasfusioni di globuli rossi nel 2002. La contaminazione del sangue può portare alla setticemia o a un’infezione che colpisce tutto il corpo.

-Wikipedia

Campionamento del midollo osseo e trapianti

A volte, un operatore sanitario ordinerà una biopsia del midollo osseo, un test diagnostico di un campione di midollo rosso, o un trapianto di midollo osseo, un trattamento in cui il midollo sano di un donatore e le sue cellule staminali sostituiscono il midollo difettoso di un paziente. Questi test e procedure sono spesso utilizzati per aiutare nella diagnosi e nel trattamento di varie forme gravi di anemia, come la talassemia major e l’anemia falciforme, così come alcuni tipi di cancro, in particolare la leucemia.

In passato, quando un campione di midollo osseo o un trapianto era necessario, la procedura avrebbe richiesto l’inserimento di un ago di grande diametro nella regione vicino alla cresta iliaca delle ossa pelviche (os coxae). Questa posizione è stata preferita, poiché la sua posizione vicino alla superficie del corpo la rende più accessibile, ed è relativamente isolata dalla maggior parte degli organi vitali. Sfortunatamente, la procedura è abbastanza dolorosa.

Ora, il prelievo diretto di midollo osseo può essere spesso evitato. In molti casi, le cellule staminali possono essere isolate in poche ore da un campione di sangue del paziente. Le cellule staminali isolate vengono poi coltivate in coltura utilizzando i fattori di crescita emopoietici appropriati, e analizzate o talvolta congelate per un uso successivo.

Per un individuo che richiede un trapianto, un donatore compatibile è essenziale per evitare che il sistema immunitario distrugga le cellule del donatore – un fenomeno noto come rigetto del tessuto. Per trattare i pazienti con trapianti di midollo osseo, è necessario prima distruggere il midollo malato del paziente stesso attraverso radiazioni e/o chemioterapia. Le cellule staminali del midollo osseo del donatore vengono poi infuse per via endovenosa. Dal flusso sanguigno, si stabiliscono nel midollo osseo del ricevente.

Rassegna del capitolo

Attraverso il processo di emopoiesi, gli elementi formati del sangue sono continuamente prodotti, sostituendo gli eritrociti, i leucociti e le piastrine, che hanno una vita relativamente breve. L’emopoiesi inizia nel midollo osseo rosso, con cellule staminali emopoietiche che si differenziano nei lignaggi mieloide e linfoide. Le cellule staminali mieloidi danno origine alla maggior parte degli elementi formati. Le cellule staminali linfoidi danno origine solo ai vari linfociti designati come cellule B e T, e alle cellule NK. I fattori di crescita emopoietici, tra cui l’eritropoietina, la trombopoietina, i fattori stimolanti le colonie e le interleuchine, promuovono la proliferazione e la differenziazione degli elementi formati.

Autoverifica

Rispondete alla/e domanda/e qui sotto per vedere quanto bene avete capito gli argomenti trattati nella sezione precedente.

Glossario

biopsia del midollo osseo: test diagnostico di un campione di midollo osseo rosso

trapianto di midollo osseo: trattamento in cui il midollo osseo sano di un donatore con le sue cellule staminali sostituisce il midollo osseo malato o danneggiato di un paziente

fattori stimolanti il colon (CSF): glicoproteine che innescano la proliferazione e la differenziazione dei mieloblasti in leucociti granulari (basofili, neutrofili ed eosinofili)

citochine: classe di proteine che agiscono come molecole di segnalazione autocrina o paracrina; nel sistema cardiovascolare, stimolano la proliferazione delle cellule progenitrici e aiutano a stimolare la resistenza sia aspecifica che specifica alle malattie

eritropoietina (EPO): glicoproteina che stimola il midollo osseo a produrre RBC; secreta dal rene in risposta a bassi livelli di ossigeno

emocitoblasto: cellula staminale emopoietica che dà origine agli elementi formati del sangue

emopoiesi: produzione degli elementi formati del sangue

fattori di crescita emopoietici: segnali chimici tra cui eritropoietina, trombopoietina, fattori stimolanti le colonie e interleuchine che regolano la differenziazione e la proliferazione di particolari cellule progenitrici del sangue

cellula staminale emopoietica: tipo di cellula staminale pluripotente che dà origine agli elementi formati del sangue (emocitoblasto)

interleuchine: molecole di segnalazione che possono funzionare nell’emopoiesi, nell’infiammazione e nelle risposte immunitarie specifiche

cellule staminali linfoidi: tipo di cellule staminali emopoietiche che danno origine ai linfociti, compresi vari linfociti T, cellule B e cellule NK, che funzionano tutte nell’immunità

cellule staminali mieloidi: tipo di cellula staminale emopoietica che dà origine ad alcuni elementi formati, tra cui eritrociti, megacariociti che producono piastrine, e una stirpe di mieloblasti che dà origine ai monociti e a tre forme di leucociti granulari (neutrofili, eosinofili e basofili)

cellula staminale pluripotente: cellula staminale che deriva da cellule staminali totipotenti ed è capace di differenziarsi in molti, ma non in tutti i tipi di cellule

cellula staminale totipotente: cellula staminale embrionale che è capace di differenziarsi in tutte le cellule del corpo; permette il pieno sviluppo di un organismo

trombopoietina: ormone secreto dal fegato e dai reni che stimola lo sviluppo dei megacariociti in trombociti (piastrine)

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