Cellule staminali in meningiomi: un nuovo biomarcatore?

Il documento introduce il problema clinico significativo rappresentato dalla recidiva nei meningiomi, nonostante i progressi nella chirurgia e radioterapia. Si evidenzia che circa il 20% dei meningiomi, apparentemente benigni all'esame istologico, recidiva o subisce trasformazioni maligne. Questa elevata percentuale di recidive rappresenta un ostacolo significativo nella gestione clinica dei meningiomi, in quanto l'analisi istologica non riesce ad identificare i tumori a rischio. L'obiettivo principale della ricerca è proprio quello di individuare nuovi determinanti molecolari che possano correlare o causare questo comportamento biologico aggressivo, con particolare attenzione al gruppo di meningiomi ad alto rischio di recidiva. La ricerca si basa sull'ipotesi che un'elevata quantità o attività di una sottopopolazione cellulare, potenzialmente le cellule staminali tumorali (CSC), possa essere alla base di questa aggressività e della tendenza alla recidiva. Questo aspetto è fondamentale per comprendere e migliorare le strategie terapeutiche e la prognosi per i pazienti affetti da meningioma.

Il testo introduce il concetto di cellule staminali tumorali (CSC) nel contesto dei tumori maligni, sottolineando il loro ruolo chiave nella tumorigenesi, nelle recidive, nella metastatizzazione a distanza e nella resistenza ai farmaci. Le CSC sono caratterizzate dall'espressione di marcatori di staminalità, dall'auto-rinnovamento e dalla capacità di differenziarsi in più tipi cellulari che compongono la massa tumorale. La stretta relazione tra la staminalità delle cellule e il microambiente tumorale viene evidenziata, con la comunicazione tra cellule tumorali e microambiente che risulta fondamentale per la crescita tumorale, l'angiogenesi e le metastasi. In particolare, il sistema di segnalazione CXCL11/CXCL12-CXCR4/CXCR7 è menzionato per il suo ruolo nella proliferazione e migrazione cellulare in diversi tumori solidi. Il documento prosegue poi focalizzandosi sulla possibilità che un meccanismo simile sia presente nei meningiomi, suggerendo che le CSC potrebbero essere responsabili del comportamento aggressivo e della recidiva osservata in una significativa percentuale di questi tumori.

La sezione descrive la selezione e la caratterizzazione delle cellule staminali putativamente presenti nei meningiomi. Queste cellule sono state isolate mediante crescita in un mezzo di coltura permissivo e caratterizzate rispetto alla popolazione 'non staminale'. Le CSC di meningioma mostrano una maggiore velocità di crescita, capacità di autorinnovamento (formazione di meningosfere), ed espressione di marcatori staminali come Sox2, NANOG, CD133 e Oct-4. Inoltre, presentano un'elevata capacità migratoria e invasiva e attività angiogenica in vitro, caratteristiche che supportano il loro fenotipo maligno. Questo suggerisce che queste cellule, simili alle CSC in altri tumori, giocano un ruolo fondamentale nella progressione del meningioma, nella sua aggressività e nella capacità di recidiva. La presenza di queste cellule sfugge ai criteri diagnostici tradizionali basati sull'analisi istologica, rendendo difficile la previsione del comportamento del tumore.

Il processo di isolamento delle cellule staminali tumorali (CSC) inizia con l'ottenimento di campioni chirurgici di meningiomi umani. Questi campioni vengono trasportati in laboratorio entro 24 ore dall'intervento, mantenuti in ambiente sterile e preparati per il processamento. Vengono ripuliti da vasi sanguigni e meningi, lavati per rimuovere il sangue residuo e poi dissociati meccanicamente per ottenere sospensioni di cellule singole. Inizialmente, queste sospensioni vengono piastrate in un mezzo di coltura non selettivo (DMEM/F12 con il 10% di FBS) per la crescita di colture primarie di meningioma. Queste colture si sviluppano entro una settimana e crescono in vitro come monostrato. Per facilitare lo studio delle cellule staminali, successivamente vengono impiegate tecniche di coltura in mezzi permissivi per la crescita delle CSC, arricchiti con fattori di crescita specifici (EGF e bFGF) e privi di siero fetale bovino (FBS), al fine di favorire la crescita e la proliferazione di cellule con caratteristiche staminali in un monostrato. L'utilizzo di piastre rivestite con Matrigel, una matrice extracellulare, supporta ulteriormente questa crescita.

Per caratterizzare il fenotipo delle cellule isolate e la presenza di eventuali contaminazioni da altre popolazioni cellulari, viene effettuata un'analisi FACS (Fluorescence Activated Cell Sorting). Questa analisi viene condotta sia dopo la prima settimana di coltura (passaggio 0), prima del cambio del mezzo di coltura, sia una settimana dopo la divisione in condizioni di coltura STEM (passaggio 1). L'analisi FACS utilizza un pannello di anticorpi diretti contro diversi marcatori cellulari. Tra questi, sono inclusi marcatori di staminalità delle cellule mesenchimali (CD73 e CD90), il marcatore CD105 (precedentemente proposto come potenziale marcatore per le CSC di meningioma), e marcatori endoteliali (CD31) ed emopoietici (CD14, CD19, CD34, CD45) per valutare la presenza di contaminazione da cellule ematiche. L'analisi FACS fornisce quindi un profilo dettagliato dell'espressione di superficie delle cellule, permettendo di identificare e quantificare le diverse sottopopolazioni cellulari presenti nella coltura.

Considerata la presenza di marcatori di cellule stromali mesenchimali (MSC) nelle colture STEM, si ipotizza un'origine mesenchimale per queste cellule. Per confermare questa ipotesi, viene valutato il potenziale di differenziazione delle colture STEM verso linee mesenchimali, in particolare osteogenica. Cellule di tre meningiomi vengono coltivate in un terreno specifico per il differenziamento osteogenico, e dopo 10 giorni la formazione di depositi di calcio viene valutata con colorazione Alizarin Red S. Per studiare il coinvolgimento delle cellule STEM nella transizione epitelio-mesenchimale (EMT), un processo legato all'aggressività tumorale, viene analizzata l'espressione della E-caderina e della N-caderina mediante immunofluorescenza. L'EMT è caratterizzato da una diminuzione di E-caderina e da un aumento di N-caderina e vimentina, indicando un fenotipo cellulare più invasivo e migratorio. I risultati mostrano che le cellule STEM esprimono solo N-caderina, confermando la potenziale maggiore capacità di migrazione e invasione di queste cellule.

Oltre all'analisi fenotipica, lo studio valuta le proprietà biologiche delle cellule STEM isolate, confrontandole con quelle delle cellule di meningioma cresciute in un mezzo standard (cellule 'non-stem'). Vengono analizzati diversi aspetti: il tasso di proliferazione, la capacità di autorinnovamento, l'espressione di marcatori staminali, la capacità di migrazione e la capacità di formare strutture simil-vascolari (tube formation) in un saggio tridimensionale, suggerendo un potenziale ruolo nella neovascolarizzazione tumorale. In breve, le cellule STEM mostrano un tasso di proliferazione maggiore, capacità di auto-rinnovamento, esprimono marcatori staminali, hanno una maggiore capacità migratoria e la capacità di transdifferenziare in cellule simil-endoteliali. Questi risultati indicano che le cellule STEM del meningioma presentano diverse caratteristiche delle CSC identificate in altri tumori.

Il documento sottolinea l'importanza del microambiente tumorale nella crescita e progressione del meningioma. Si evidenzia che le cellule staminali tumorali (CSC) non agiscono in isolamento, ma interagiscono strettamente con il microambiente, composto da diverse tipologie cellulari, tra cui cellule immunitarie, fibroblasti, cellule endoteliali e cellule staminali mesenchimali. Questa interazione avviene attraverso una complessa segnalazione reciproca che influenza il mantenimento della staminalità delle CSC o il loro differenziamento tramite divisione asimmetrica. Questo cross-talk regola la crescita tumorale, la neovascolarizzazione (angiogenesi) e l'invasione/metastatizzazione. La segnalazione mediata dalle chemochine gioca un ruolo centrale in questo processo, sostenendo la proliferazione delle cellule tumorali. Le CSC risiedono in 'nicchie tumorali', spesso in aree ipossiche o perivascolari, dove il microambiente fornisce segnali essenziali per la sopravvivenza e proliferazione delle CSC e quindi del tumore. La comprensione di queste interazioni è cruciale per lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche.

Il documento pone particolare attenzione all'asse di segnalazione CXCL11/CXCL12-CXCR4/CXCR7, noto per il suo ruolo nella proliferazione e migrazione cellulare in numerosi tumori solidi. Si ipotizza che questo asse di segnalazione possa avere una significativa influenza anche nello sviluppo e nella progressione del meningioma. CXCL12, rilasciato dai fibroblasti delle meningi, e il suo recettore CXCR4, espresso dalle cellule staminali, sono considerati promotori della crescita tumorale e della formazione di metastasi. Studi su animali knockout per CXCR4 e/o CXCL12 hanno evidenziato l'importanza di questa interazione, mostrando che la mancanza di queste molecole porta a morte embrionale per problemi di sviluppo cardiaco e neurale. CXCL11, un altro ligando coinvolto in questo asse, ha alta affinità per CXCR7 ed è prodotto da diversi tipi cellulari, inducendo chemiotassi di linfociti T-helper attivati e cellule NK. La comprensione dettagliata di queste vie di segnalazione è fondamentale per individuare potenziali bersagli terapeutici.

Il testo approfondisce i meccanismi di trasduzione del segnale mediati dall'interazione tra le chemochine e i loro recettori. L'interazione CXCL12-CXCR4, ad esempio, innesca effetti intracellulari attraverso le proteine G eterotrimeriche e le β-arrestine. Le proteine G regolano l'attività di adenilato ciclasi e fosfolipasi C, mentre le β-arrestine modulano adesione, migrazione e proliferazione cellulare. I recettori di chemochine atipici (ACKR), come CXCR7, agiscono in modo indipendente dalle proteine G, principalmente regolando l'omeostasi delle chemochine attraverso il sequestro dei ligandi e l'internalizzazione mediata dalle β-arrestine, controllando così l'attività di mediatori intracellulari come le MAP chinasi e la via di Akt. La comprensione di questi meccanismi è essenziale per spiegare il ruolo del microambiente e delle vie di segnalazione nella crescita e progressione tumorale, fornendo informazioni utili per l'identificazione di potenziali bersagli terapeutici.

La sezione discute i trattamenti attualmente utilizzati per i meningiomi, evidenziando i limiti nell'affrontare le recidive. La resezione chirurgica è la terapia principale, ma nei meningiomi di grado II e III i tassi di recidiva a 5 anni sono rispettivamente del 50% e del 90%, con una significativa mortalità. La sopravvivenza a 10 anni per il meningioma maligno varia dal 78% per i pazienti tra i 20 e i 44 anni, a circa il 40% per quelli oltre i 75 anni. La radioterapia, sebbene efficace come terapia adiuvante, presenta limitazioni: le cellule del meningioma sono relativamente radioresistenti, e sono necessarie dosi elevate (50-60 Gy per i benigni, superiori per gli atipici o maligni) per controllare la crescita tumorale a lungo termine. La radioterapia stereotassica, inclusi tecniche come il Gamma Knife, offre un approccio mirato per tumori vicino a zone critiche, ma comporta effetti collaterali. La chemioterapia, con farmaci come l'HU o l'irinotecan, mostra risultati contrastanti, con efficacia variabile e potenziali effetti collaterali ematologici. L'uso di antagonisti del progesterone è controverso, con risultati positivi solo in alcuni piccoli studi, mentre uno studio più ampio (SWOG) ha mostrato risultati limitati con il mifepristone.

La scoperta e la caratterizzazione delle cellule staminali tumorali (CSC) nei meningiomi apre nuove prospettive terapeutiche. Il modello gerarchico della cancerogenesi, basato sul ruolo delle CSC, suggerisce che l'eradicazione di queste cellule potrebbe essere un obiettivo primario per eliminare la crescita tumorale e prevenire le recidive. La definizione delle CSC si basa su proprietà funzionali (autorinnovamento, differenziamento, resistenza ai farmaci, invasività, migrazione, potenziale tumorigenico) piuttosto che sull'espressione di marcatori specifici, spesso variabili tra i diversi tipi di tumore. L'identificazione di nuovi fattori cellulari e molecolari correlati all'aggressività del meningioma e al rischio di recidiva è un obiettivo chiave della ricerca attuale. Studi futuri, in collaborazione con l'IIT di Genova (Prof. De Pietri Tonelli), si concentreranno sulla dimostrazione dell'attività tumorigenica in vivo delle CSC isolate, per sviluppare un modello preclinico più robusto per studi molecolari e terapeutici. Questo consentirebbe di testare nuove terapie mirate alle CSC, migliorando potenzialmente il trattamento e la prognosi dei meningiomi.

Lo studio ha dimostrato la presenza di diverse sottopopolazioni cellulari nei meningiomi, alcune delle quali presentano caratteristiche delle cellule staminali tumorali (CSC). Rispetto alle cellule tumorali differenziate ('non-stem'), queste cellule STEM mostrano un tasso di proliferazione più elevato, la capacità di auto-rinnovarsi, l'espressione di marcatori staminali (anche se eterogenei), una maggiore capacità di migrazione e la capacità di formare strutture simil-vascolari (tube formation) in vitro, indicando un potenziale ruolo nella neovascolarizzazione tumorale. Alcune colture STEM hanno mostrato anche una capacità di differenziazione multilinea, in particolare verso linee mesenchimali, sebbene questa capacità sia risultata relativamente modesta. È importante notare che il marcatore CD105, precedentemente proposto come marker selettivo per le CSC di meningioma, non si è dimostrato tale in questo studio, essendo espresso sia nelle cellule STEM che in quelle 'non-stem'. I risultati supportano l'ipotesi che una sottopopolazione di cellule con caratteristiche di CSC contribuisca all'aggressività del meningioma e alla sua tendenza alla recidiva.

Sebbene lo studio fornisca prove significative sulla presenza di cellule con caratteristiche di CSC nei meningiomi, alcuni aspetti richiedono ulteriori approfondimenti. In particolare, l'attività tumorigenica in vivo di queste cellule, considerata la prova definitiva della loro natura di CSC, deve ancora essere confermata. Sono in corso studi in collaborazione con l'IIT di Genova (Prof. De Pietri Tonelli) per valutare questo aspetto. La valutazione dell'attività tumorigenica in vivo della sottopopolazione stem-like è fondamentale per ottenere un modello preclinico migliore da utilizzare per studi molecolari e terapeutici. Un altro punto riguarda la mancanza di marcatori specifici e univoci per identificare le CSC nei meningiomi. La variabilità nell'espressione dei marcatori, osservata anche in questo studio, evidenzia la complessità nell'identificazione precisa di queste cellule. Lo studio contribuisce comunque a chiarire il ruolo di marcatori mesenchimali come CD105, CD90 e CD73, suggerendo che CD105 non sia un marker selettivo per le CSC di meningioma.