Le attività del Laboratorio Cellule Staminali, che hanno avuto inizio nel 1990 presso gli Spedali Civili di Brescia, hanno sede presso i nuovi locali individuati nell'ambito del Laboratorio di Medicina Molecolare "Angelo Nocivelli". 
Il Laboratorio realizza procedure di manipolazione delle cellule staminali per la realizzazione clinica del trapianto di midollo osseo in bambini affetti da oncoemopatie (leucemie e tumori solidi) e immunodeficienze primitive. Dispone di un ambiente dedicato e con caratteristiche adeguate alle Direttive Europee per la manipolazione e la preparazione delle cellule staminali per la realizzazione del trapianto, per il congelamento delle cellule midollari e periferiche nel trapianto autologo o allogenico, per il congelamento di sangue cordonale di fratelli di bambini affetti. 
 
Questo settore d'attività di laboratorio abbraccia quattro distinti aspetti:
• Manipolazione cellule staminali per uso clinico
• Diagnosi molecolare di chimerismo
• Diagnostica cellulare ed enzimatica di malattia
• Preparazione ed espansione di cellule staminali per ingegneria tissutale

La manipolazione delle cellule staminali per uso clinico

Dal 1990 sono stati realizzati 120 trapianti autologhi e più di 450 trapianti di midollo osseo da donatore allogenico di cui 150 su bambini affetti da immunodeficienze primitive. Solo una minoranza dei bambini ha ricevuto le cellule staminali da un donatore famigliare compatibile, mentre la maggior parte ha necessitato di manipolazione del midollo osseo per la purificazione delle cellule staminali.  Nel caso di un donatore famigliare parzialmente compatibile (trapianto aploidentico) o di un donatore volontario da banca (matched unrelated donor, MUD) infatti il personale del laboratorio deve separare le cellule CD34 positive per poter realizzare clinicamente il trapianto.
Dal 1990 inoltre sono stati realizzati 7 trapianti prenatali di cellule staminali in bambini affettti da immunodeficienza combinata grave e da osteogenesi imperfetta.

Diagnosi molecolare di chimerismo

Il successo della procedura trapiantologica accanto ai dati clinici necessita di conferme di laboratorio che si avvalgono di sofisticate tecnologie molecolari. Il chimerismo donatore-ricevente riconosce quante e quali cellule del donatore sono attecchite e quindi danno un’importante informazione al clinico sull’andamento del trapianto. Vengono eseguite analisi molecolari su DNA estratto dalle cellule dei pazienti a vari tempi dal trapianto e dopo averle separate immunologicamente per analizzare una specifica sottopopolazione cellulare.

Diagnostica cellulare ed enzimatica di malattia

Il laboratorio esegue tests diagnostici per l’ evidenziazione di bambini affetti da malattia granulomatosa cronica (CGD) e di SCID da deficit di ADA.
La diagnosi di CGD avviene con due metodi, stimolando in vitro e colorando i granulociti neutrofili con colorazioni vitali specifiche che evidenziano la capacità o meno degli stessi a fagocitare e distruggere germi e microorganismi, o mediante citofluorimetria.
La diagnosi di SCID con deficit di ADA viene realizzata mediante DHPLC e sequenziamento degli esoni potenzialmente interessati dalle mutazioni. Inoltre vengono analizzati i metaboliti tossici dell’adenosin deaminasi che sono sempre presenti alla diagnosi e nel corso della terapia dei bambini affetti. Questo test indica l’andamento della malattia. Vengono inoltre eseguiti tests di funzionalità cellulare come attività citotossica delle cellule Natural Killer e capacità di proliferazione e maturazione delle cellule midollari in pazienti con malattie ematologiche ed aplasie midollari.

Preparazione ed espansione di cellule staminali per ingegneria tissutale

Il laboratorio ha messo a punto metodiche che consentono da varie sorgenti di cellule staminali (midollo osseo, cellule di sangue cordonale, amniociti) di espandere linee cellulari differenti come osteoblasti, cellule endoteliali, cellule emopoietiche, cellule mesenchimali (dati in pubblicazione). I risultati ottenuti hanno consentito di dimostrare come da cellulle staminali non embrionarie sia possibile ottenere una differenziazione multi-lineage. Inoltre recenti studi su cellule presenti nel liquido amniotico hanno consentito di disegnare un protocollo sperimentale di terapia genica prenatale per la cure di bambini affetti da talassemia e da immunodeficienza combinata grave da deficit di ADA.