Il secretoma delle cellule staminali amniotiche come possibile fonte di fattori cardioattivi per la rigenerazione cardiaca

E’ possibile ottenere, almeno parzialmente, una rigenerazione del cuore? Esistono nuovi orizzonti per curare eventi di sofferenza cardiaca? Nel Laboratorio di Medicina Rigenerativa – diretto prima dal Prof. Ranieri Cancedda e attualmente dal Prof. Rodolfo Quarto ed afferente al Dipartimento di Medicina Sperimentale dell’Università di Genova – la Dr.ssa Sveva Bollini assieme alla dottoranda Carolina Balbi portano avanti studi approfonditi riguardo questi argomenti e hanno già trovato non poche risposte a queste domande.

La Dr.ssa Bollini, dopo essersi laureata in Biotecnologie Mediche a Padova, prosegue con il dottorato sotto la guida del Dott. De Coppi che, nel 2007, è stato il primo a caratterizzare le cellule staminali del liquido amniotico. Quando quest’ultimo entra con tutto il suo gruppo di ricerca a far parte dell’Institute of Child Health presso l’University College London, a Londra, nel Regno Unito la Dr.ssa Bollini si ritrova nel contesto adeguato per completare la sua formazione; questo periodo, infatti, le sarà di fondamentale importanza per le sue future ricerche. In quegli anni, il team di ricerca del Dott. De Coppi assieme alla Dr.ssa Bollini dimostra che le cellule staminali del liquido amniotico possiedono una certa capacità differenziativa cardiovascolare, ma perlopiù limitata all’applicazione in vitro, nonostante siano in grado di mediare effetti benefici quando iniettate in vivo in modelli preclinici sperimentali animali di infarto miocardico. Si inizia, perciò, a pensare che il loro secreto (definito appunto secretoma) possacostituire un elemento utile per un cross-talk di tipo paracrino fra le cellule staminali iniettate e le cellule cardiache residenti. Ne segue uno studio che dimostra come il mezzo condizionato delle cellule staminali umane del liquido amniotico, contenente tutti i fattori paracrini da queste secrete, sia in grado di ridurre l’estensione dell’area infartuata del 14% nel giro di poco tempo in un modello sperimentale di infarto in ratto.

In particolare, tra le componenti contenute nel secretoma delle cellule staminali amniotiche, viene identificata una piccola proteina, già nota al tempo per le sue proprietà cardioprotettive, la timosina β4.  Successivamente, la Dr.ssa, pubblica su Nature, assieme ai colleghi del gruppo di ricerca del Prof. Paul Riley della UCL e dell’University of Oxford un’importante scoperta riguardo la capacità rigenerativa indotta nel cuore attraverso stimolazione paracrina con la timosina β4: le cellule progenitrici cardiache residenti nell’epicardio murino possono infatti differenziare in cardiomiociti maturi e funzionali in seguito a infarto, se opportunamente stimolate. Non solo questa ricerca rappresenta una scoperta innovativa nell’ambito cardiaco, ma sottolinea quanto la rigenerazione non sia un qualcosa di assolutamente intangibile. Al tempo stesso, pero’ la Dr.ssa si rende conto che la terapia paracrina con timosina β4  permette una rigenerazione cardiaca parziale perché induce il differenziamento funzionale di un numero limitato di cellule dell’epicardio e, seppur rappresenti un meccanismo prezioso da sfruttare, si necessita di renderlo maggiormente efficiente, identificando altri (o combinazioni di) fattori più potenti.

Nell’ambito di questa ipotesi, la Dr.ssa ritornata in Italia, prosegue le sue ricerche a Genova dopo aver vinto il Programma Giovani Ricercatori Rita Levi Montalcini (bando 2012) per il cosiddetto “rientro dei cervelli all’estero”, tramite un progetto finanziato dal MIUR e svolge attività di ricerca e didattica per Unige dal 2014.

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Attualmente, la Dr.ssa Bollini e la dott.da Balbi continuano la loro ricerca sulla stimolazione paracrina del microcontesto cardiaco basandosi su quanto già scoperto e sui recenti sviluppi derivanti dalle avanguardie scientifiche.

Quasi una quindicina di anni fa, infatti, furono individuate e descritte per la prima volta dal gruppo del Dott. Piero Anversa le cellule progenitrici cardiache residenti nel cuore, con un lavoro pubblicato su Cell.  Benchè questi progenitori tessuto-specifici rappresentino un pool endogeno di cellule staminali-simili, la loro capacità rigenerativa intrinseca è limitata e non sufficiente  a rispondere a danni ingenti tissutali – quali quelli provocate da un ischemia cardiaca – se non opportunamente stimolate, Da quel momento, fu immediatamente chiara la loro estrema potenzialità nella riparazione e rigenerazione  di danni ischemico-infartuali e si iniziò a pensare come potessero essere implicati e sfruttati per ottenere rigenerazione cardiaca a livello terapeutico.

Un’altra fondamentale scoperta nel campo della rigenerazione cardiaca è stata offerta da studi recenti, tra cui un lavoro scientifico pubblicato su Science nel 2011 dal team di ricerca americano del Dott. Sadek, in cui si dimostra come il tessuto cardiaco murino neonatale mantiene un’elevata capacità rigenerativa in seguito a resezione parziale dell’organo nell’animale, entro i primi giorni dalla nascita, tramite  l’attiva proliferazione delle cellule cardiomiocitarie residenti. Questa capacità viene purtroppo persa dopo la prima settimana di vita, in concomitanza con la crescita e maturazione dell’organismo, con una transizione da una spiccata proprietà rigenerativa con formazione di nuovo tessuto miocardico a una limitata e inefficiente capacità di riparazione del tessuto leso tramite cicatrizzazione.

Sulla base di queste conoscenze, l’attuale progetto di ricerca della Dr.ssa Bollini e Balbi tenta di risvegliare e recuperare questi meccanismi rigenerativi perché assenti nell’adulto o meglio inattivati e sopiti durante il processo di accrescimento dell’individuo. D’altronde l’esistenza di organismi come lo Zebrafish, a spiccata rigenerazione cardiaca anche in età adulta, indurrebbero a pensare che sia possibile permettere il funzionamento di questi meccanismi, tramite un’opportuna stimolazione, anche in un animale completamente formato e non solo nell’embrione. La spiegazione di questo deficit rigenerativo diffuso nelle maggior parte degli organismi biologicamente più evoluti risiederebbe, quindi, in un’apparente perdita di memoria cellulare inerente quelle potenzialità rigenerative cardiache proprie dell’età embrionale e dei primissimi stadi di vita post-natale nei mammiferi evoluti.

In questo scenario le cellule staminali umane del liquido amniotico e il loro secretoma potrebbero rappresentare un punto di svolta: chi meglio di una tipologia di cellule staminali fetali sarebbe in grado di effettuare quel corretto cross-talk di fattori paracrini che ovvierebbe a questa amnesia cellulare? Le staminali del liquido amniotico sono cellule ancora molto “giovani” dal punto di vista dello sviluppo, poiché isolabili a stadi fetali (scarti di prelievi effettuati tramite amniocentesi per screening prenatale al II trimestre di gravidanza) o perinatali (dal liquido amniotico ottenibile durante interventi programmati di parto cesareo). Inoltre rappresentano una fonte cellulare di progenitori immaturi dotati di un elevato potenziale replicativo assieme a spiccate proprietà paracrine, sia cardioprotettive come dimostrato dalla Dr.ssa Bollini, che stimolatorie e angiogeniche, come dimostrato da studi indipendenti del gruppo del Prof. Cancedda e della Dr.ssa Gentili, pubblicati nel 2011.

Recentemente, le Dr.sse Bollini e Balbi hanno anche pubblicato sulla rivista Scientific Reports uno studio svolto in stretta collaborazione con i Dott. Pietro Ameri ed Edoardo Lazzarini del Laboratorio di Biologia Cardiovascolare del Dipartimento di Medicina Interna del nostro Ateneo, in cui confermano lo spiccato effetto cardioprotettivo del secretoma delle cellule staminali del liquido amniotico umane anche in un modello di cardiotossicità, fornendo interessanti spunti terapeutici anche riguardo la protezione di danni iatrogeni al cuore. Nel caso di un soggetto sottoposto, per esempio, ad una cura con Doxorubicina, farmaco utilizzato nella pratica oncologica per  leucemie, tumori alla mammella o linfomi, il paziente negli anni successivi al termine della chemioterapia puo’ trovarsi spesso a rischio di sviluppare cardiomiopatia e sofferenza cardiaca dovuta a un’intrinseca cardiotossicità del farmaco. A livello molecolare, un grave effetto collaterale del farmaco è la precoce anzianità e morte cellulare sia delle cellule cardiomiocitarie che di quelle cellule progenitrici che, seppur presenti a livello cardiaco in esiguo numero e in stato di quiescenza, rappresentano uno strumento prezioso per la salute dell’organo nel corso della vita.

Il gruppo di ricerca della Dr.ssa Bollini ha dimostrato che la somministrazione del secretoma riduce di circa il 40% l’effetto collaterale cardiotossico indotto dalla Doxorubicina sulle cellule cardiache, con particolare rilevanza sia sul mantenimento della popolazione cardiomiocitaria che inibendo l’anzianità prematura dei progenitori cardiaci. Sulla base di questo, si potrebbe ipotizzare la formulazione di un farmaco o di un “advanced medicinal product” a base di secretoma di cellule staminali amniotiche umane da somministrare come terapia adiuvante per garantire prevenzione dai danni citotossici della chemioterapia senza i classici problemi di compatibilità e attecchimento della terapia cellulare standard.

Per la produzione di un eventuale futuro farmaco biotecnologico a base di secretoma di cellule staminali, sarà utile conoscere quei “pacchetti” di informazioni necessari nella codifica dell’adeguata calibratura chimica del prodotto. Il grande lavoro, tutt’ora in corso, è proprio la determinazione qualitativa e quantitativa del secretoma, nel tentativo di capire nel dettaglio i suoi componenti. Non si tratta di un processo di rapida esecuzione, ma ad agevolare questo processo di decodificata, si è riscontrata la presenza nel secretoma delle staminali amniotiche umane di microvescicole extracellulari secrete dalle cellule nel loro terreno condizionato. Le Dr.sse Bollini e Balbi hanno infatti appena pubblicato (in press) sulla rivista STEM CELLS Translational Medicine per la prima volta la caratterizzazione del potenziale rigenerativo delle microvescicole extracellulari, inclusi gli esosomi, secrete dalle cellule staminali umane del liquido amniotico. Le microvescicole costituiscono un sistema di trasporto per  l’informazione paracrina rilasciata dalle cellule staminali e sono fortemente arricchite da fattori che inducono proliferazione, citoprotezione sulle cellule target ed effetti anti-infiammatori in un modello murino di atrofia muscolare. Il loro contenuto è costituito da proteine, lipidi, ma soprattutto microRNA rigenerativi ancora oggetto di studio.

In conclusione, il secretoma delle cellule stamiali del liquido amniotico, sembra essere veramente un elemento di interesse per il futuro della clinica cardiologica perché in grado di mediare effetti cardioprotettivi sia in modelli di ischemia cardiaca che di cardiotossicità indotta da Doxorubicina. Al momento il gruppo della Dr.ssa Bollini, assieme a collaboratori nazionali e internazionali quali il Prof. Mauro Giacca dell’ICGEB di Trieste, il Dott. Lucio Barile del Cardiocentro Ticino in Svizzera e la Dr.ssa Anke Smits del Leiden University Medical Centre in Olanda, sta raccogliendo dati preliminari incoraggianti anche sul potenziale stimolatorio del secretoma nel sostenere la proliferazione dei cardiomiociti neonatali e di diverse tipologie di cellule cardioprogenitrici,

Inutile dire che siano proprio la passione e la competenza, che crescono di pari passo negli anni, a mantenere vivo questo processo di ricerca, con un incredibile numero di alti e bassi, di sconfitte e idee non attuabili, ma anche di vittorie e immense soddisfazioni. Noi, come associazione studentesca volta con interesse a scoprire e promuovere il mondo della ricerca, ringraziamo la Dott.ssa Bollini e la dott.da Balbi per la loro disponibilità nel permetterci di scrivere questo articolo.

 

Amedeo Tirandi e Eugenia Cella

Author: Alexander Salerno

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