UNA FELICE INTUIZIONE

È tra le donne inventrici e innovatrici premiate da ITWIIN 2016. Storia di un’idea

che diventa soluzione concreta,  a vantaggio della salute.

Di Francesca Fallarino, docente di Farmacologia – Università di Perugia

L’idea iniziale che ha portato a questa scoperta è stata per così dire di tipo ecologico, infatti abbiamo pensato che le colture di cellule derivate dal liquido amniotico al termine della diagnosi prenatale,  destinate a diventare rifiuto, potessero avere un potenziale clinico terapeutico. L’intuizione è stata corretta, infatti questo ha permesso di isolare da tali colture di scarto, cellule staminali e di tipo pluripotente.

Diversamente da altri metodi di isolamento di cellule staminali dal liquido amniotico, che prevedono una preselezione dei precursori o un’iniziale selezione immunologica, questo metodo è più economico in quanto evita le spese dei kits di preselezione. Tale metodo si basa infatti su una selezione di colonie al microscopio, caratterizzate da una particolare morfologia, somigliante a delle impronte digitali. Abbiamo scoperto che questa preselezione aumenta la percentuale delle cellule staminali presenti e supera i problemi di natura etica relativi alla disgregazione degli embrioni per uso terapeutico o di ricerca. Inoltre questa procedura non interferisce con le normali tecniche di diagnosi prenatale, infatti non sottrae materiale biologico alla diagnosi e non richiede una maggiore quantità di liquido amniotico da prelevare con l’amniocentesi. Altro vantaggio è rappresentato dall’isolamento delle cellule staminali dopo la diagnosi prenatale, tale aspetto consente di conoscere con accuratezza eventuali alterazioni cromosomiche o genetiche delle cellule staminali derivanti.

Le cellule staminali derivanti da queste colture sono di tipo pluripotente e sono caratterizzate  proprietà biologiche molto importanti come ad esempio quella di non trasformarsi in cellule tumorali, di differenziarsi in numerosi tipi cellulari e soprattutto sono caratterizzate da proprietà immunoregolatorie dipendenti dall’espressione di un enzima denominato indoleamina 2.3 diossigenasi 1   o IDO1. Numerosi sono gli studi condotti dal nostro gruppo di ricerca relativamente a tale enzima. Questi hanno dimostrato che IDO1 attraverso il metabolismo dell’aminoacido essenziale triptofano, è capace di regolare la proliferazione e la sopravvivenza dei linfociti T, promuovendo anche una tolleranza immunologica organo ed antigene-specifica.

Nello specifico abbiamo dimostrato che le cellule staminali ottenute con questa nuova metodica esprimono maggiori livelli dell’enzima IDO1, in seguito al contatto con stimoli pro-infiammatori quali le citochine (interferone gamma) ed i livelli di tale proteina IDO1 risultano simili a quelli evidenziati nelle cellule del sistema immunitario come a livello delle cellule dendritiche e dei macrofagi.

Abbiamo inoltre scoperto che l’enzima IDO1 derivante dalle cellule staminali ottenute con tale nuova metodica viene anche secreto sotto forma di nanovescicole organizzate, consentendo a queste cellule staminali di agire non solo localmente ma anche a distanza. Sulla base di queste evidenze sono stati da noi condotti una serie di studi in vari modelli sperimentali come ad esempio quelli per il diabete autoimmune di tipo I per verificare se in una patologia di tipo autoimmunitario le cellule ottenute attraverso questa nuova procedura potessero avere un effetto terapeutico. I risultati di questi esperimenti sono risultati molto interessanti infatti abbiamo dimostrato che la somministrazione di queste cellule in topi NOD, modello sperimentale per il diabete di tipo I, non ha provocato alcuna reazione di rigetto né alcuna crescita di cellule tumorali. Inoltre, le cellule staminali sono state rilevate nel pancreas, ma non in altri tessuti o organi quali i linfonodi o la milza. Da notare che nel pancreas, organo bersaglio della reazione autoimmune, queste cellule hanno indotto una riduzione dei processi infiammatori e la generazione di nuove isole di langherans, cioè rinnovate cellule producenti insulina.

I dati sperimentali ottenuti nei topi NOD dimostrano quindi il potenziale terapeutico di queste cellule, dovuto alla loro capacità di inibire le risposte immunitarie e infiammatorie solo nei siti target e di facilitare la riparazione dei tessuti danneggiati attraverso una loro migrazione, esercitata da un gradiente di citochine o di fattori chemiotattici provenienti dalle aree infiammate.   Dati simili sono stati recentemente ottenuti anche in un modello sperimentale di sclerosi multipla (modello dell’encefalomielite sperimentale EAE).

L’immunosoppressione localizzata è da considerarsi molto più vantaggiosa per il paziente rispetto a quella globale, in quanto quest’ultima potrebbe aumentare il rischio di infezioni o di altre patologie derivanti dalla soppressione delle risposte immunitarie. Inoltre, la regolazione delle risposte immunitarie localmente esercitata da queste cellule ha anche il vantaggio di promuovere la rigenerazione tissutale, reclutando probabilmente cellule staminali endogene nel sito della lesione, favorendo il differenziamento di tali cellule in staminali adulte.

Nella terapie cellulari o di organo esiste il problema del rigetto. Tali problemi verrebbero superati grazie alle peculiari caratteristiche delle cellule staminali oggetto dell’invenzione. Esse infatti, avendo un basso profilo immunologico, non sono rigettate dall’ospite, perché non sono riconosciute come estranee e grazie alla loro capacità di effettuare una migrazione verso i tessuti danneggiati riescono a raggiungere l’organo in modo intelligente. Queste sono delle caratteristiche fondamentali per un loro potenziale utilizzo nella terapia di malattie autoimmunitarie o autoinfiammatorie.

Ad oggi, non esiste un trattamento definitivo per le patologie autoimmuni, laddove un’aberrante risposta immunitaria del paziente danneggia, cronicamente ed irreversibilmente, tessuti e organi vitali del soggetto.

Le cellule staminali da liquido amniotico umano ottenute con questo metodo hanno il duplice scopo di ricostituire il patrimonio tissutale perso fornendo una filiera di specifici precursori cellulari (‘cellule staminali’ pluripotenti) ed, al contempo, di correggere il difetto immunologico che sostiene nel malato l’autoimmunità. I dati conseguiti dal nostro gruppo di ricerca in questa invenzione suggeriscono che la semplice somministrazione delle cellule ottenute mediante il particolare procedimento di isolamento, porterebbe ad un riequilibrio fisiologico delle risposte immuni come evidenziato negli studi in animali diabetici.

Questa invenzione offre inoltre le potenzialità per la messa a punto di forme farmaceutiche innovative costituite da cellule staminali pluripotenti, come definite sopra, inserite in microcapsule biocompatibili capaci di aumentarne la vitalità nel tempo. Inoltre, altre forme farmaceutiche potrebbero essere rappresentate anche dalle nanovescicole derivanti da queste cellule staminali, che attraverso la presenza di prodotti di degradazione del triptofano sarebbero capaci di indurre risposte specifiche immunoregolatorie.

Altro aspetto importante è rappresentato dalla possibilità di ottenere colture stabili nel tempo di cellule staminali pluripotenti  le quali oltre ad essere utili per possibili usi terapeutici possono risultare una valida piattaforma sperimentale per lo studio in vitro dell’eventuale impatto di alterazioni genetiche di uno o più geni nel differenziamento cellulare.  Attualmente le malattie genetiche rare sono 6.000-7.000 e ne vengono descritte di nuove regolarmente nelle pubblicazioni scientifiche, di queste solo di poche si conosce l’impatto di specifici geni a livello del differenziamento cellulare o anche del loro effetto nella risposta ad agenti terapeutici come farmaci noti o innovativi. La possibilità di isolare e coltivare in vitro tali cellule in modo paziente specifico, rappresenta altrettanto un potenziale di grande interesse per mettere a punto dei nuovi protocolli di studio per patologie genetiche in modo personalizzato.

In conclusione tale scoperta, oggetto anche di un brevetto, ha aperto la strada ad un tipo di ricerca nel nostro gruppo* finalizzato allo studio dell’impatto livello farmacologico di cellule staminali ottenute dal liquido amniotico di scarto dopo amniocentesi o dei loro prodotti. Il ruolo immunomodulatorio evidenziato da queste cellule, il potenziale rigenerativo e la capacità di secernere vescicole con funzione biologica regolatoria offrono la possibilità del loro utilizzo in campo medico e veterinario, in particolare, nel trattamento o nella prevenzione delle malattie autoimmuni infiammatorie/degenerative quali ad esempio diabete, artrite reumatoide e sclerosi multipla.

*La ricerca deriva dall’ispirazione e da nuove idee. Dall’ispirazione si deve passare al lavoro e alla verifica secondo il metodo scientifico. In tale fase il lavoro in team rappresenta uno degli elementi vincenti. Tutto questo è stato possibile ed è possibile grazie ad un lavoro attento e critico di squadra di componenti dell’intero gruppo di ricerca e in particolare della Dr.ssa Rita Romani.

 

 

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