Studio dei meccanismi dello stress ossidativo nella coclea indotto da rumore o da farmaci ototossici e valutazione di possibili strategie terapeutiche in modelli animali di ipoacusia neurosensoriale.

download (1)Autore del lavoro candidato: Anna Rita Fetoni

SINTESI CONTENENTE UNA BREVE DESCRIZIONE DEL LAVORO SVOLTO E DEI RISULTATI OTTENUTI: L’ipoacusia rappresenta, secondo dati OMS, la terza disabilità nella popolazione mondiale dopo ipertensione arteriosa e artropatie; è evidente perciò l’importanza di studiare in dettaglio i meccanismi responsabili dell’insorgenza della patologia per poter sviluppare una terapia efficace. Nonostante i numerosi studi eseguiti al momento né la FDA né l’Agenzia Europea per il farmaco hanno approvato una molecola efficace per il trattamento delle sordità, in particolare quella indotta da trauma acustico. La nostra ricerca sperimentale nel modello animale ha contribuito notevolmente ad aumentare le cono scenze sui meccanismi di danno e sullo sviluppo di strategie terapeutiche innovative. Il nostro obiettivo è stato quello di studiare in modelli animali di ipoacusia indotta da fattori esogeni (rumore o farmaci ototossici) i seguenti aspetti: 1) Ripristino dell’omeostasi redox attraverso la somministrazione di molecole antiossidanti e meccanismi di azione molecolari: Numerosi studi hanno dimostrato che lo stress ossidativo e la produzione di Specie Reattive dell’Ossigeno (ROS) è coinvolta nella cascata di eventi cocleari indotta dall’esposizione ad un trauma acustico (Le Prell et al. 2007) con la conseguente attivazione di pathways apoptotici. In particolare, le cellule più sensibili al danno da rumore sono le cellule ciliate esterne, responsabili del meccanismo di meccanotrasduzione del suono e dell’amplificazione cocleare. Alla luce di ciò, la terapia con antiossidanti esogeni si è dimostrata un approccio razionale contro il danno cocleare stress ossidativo-dipendente. Nel nostro studio abbiamo dimostrato che diverse molecole antiossidanti come composti organici (Coenzima Q e Qter) o composti fenolici (Acido Ferulico, Acido Rosmarinico, Curcumina) se somministrati in una finestra temporale peri-traumatic a, sono in grado di ridurre il danno funzionale non soltanto grazie ad un’azione diretta di scavenger, ma anche tramite il potenziamento delle difese antiossidanti endogene. 2) Studio dell’equilibrio redox nelle cellule ciliate esterne (OHCs) dell’organo del Corti e ruolo della fluidità di membrana: Studi sperimentali hanno dimostrato che l’alterazione dell’equilibrio redox è in grado di indurre modificazioni della membrana plasmatica in termini di componenti lipidiche e della loro fase termodinamica (stato fisico della membrana), con conseguente alterazione della funzione delle OHCs (He et al., 2006; Chen et al., 2007). Lo stato fisico della membrana plasmatica, è fondamentale per il corretto funzionamento di proteine voltaggio-sensibili, come la prestina, che forniscono l’elettromotilità cellulare ed il meccanismo di amplificazione del suono (circa 40-50 dB). Nel nostro studio abbiamo descritto il meccanismo attraverso cui l’ossidazione modula, tramite la perossidasi lipidica, la fluidità della membrana plasmatica. Lo stress ossidativo determina una riduzione repentina della fluidità della membrana, come conseguenza dell’ecces so di perossidasi lipidica, indotta da un’alterazione dello stato metabolico. Inoltre, la differente capacità delle OHCs di far fronte al danno da rumore è strettamente correlata alla distribuzione del nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NAD(P)H), una componente chiave del sistema antiossidante endogeno. 3) Studio dell’efficacia dalla terapia cellulare mediante impiego di cellule staminali derivate da tessuto adiposo (ASCs). Evidenze sperimentali hanno dimostrato che la coclea di vertebrati inferiori e specie aviarie possiede la capacità di rigenerare l’epitelio riparando autonomamente il danno instaurato (Corwin and Contache, 1998; Ryals and Ruben, 1988; Wooley et al, 2001). Nei mammiferi, invece, l’epitelio sensoriale cocleare e le afferenze nervose non sono in grado di autorigenerarsi. Teoricamente, ci sono diversi approcci per tentare una rigenerazione o una sostituzione delle cellule danneggiate all’interno della coclea allo scopo di generare nuove cellule sensoriali e neuronali: questo potrebbe avvenire mediante l’impianto di cellule staminali o mediante la trasformazione di cellule di supporto. Nello specifico, lo studio da noi condotto ha documentato la potenziale capacità del trapianto autologo di ASCs di contribuire a ridurre gli effetti di un danno a car ico delle principali strutture cocleari mediante un potenziamento dell’espressione di fattori endogeni utili al trofismo tissutale, stimolando la riparazione dell’epitelio sensoriale danneggiato dall’esposizione al trauma acustico. 4) Effetti della deafferentazione sensoriale sulla plasticità sinaptica in corteccia acustica: L’esposizione al trauma acustico può determinare modificazioni funzionali in corteccia, in termini di plasticità omeostatica o maladattativa (Fetoni et al., 2015) che si manifesta con sintomi penosi quali gli acufeni. Diversi studi si sono focalizzati sull’analisi dei cambiamenti sinaptici in corteccia acustica (AC) ma soltanto poche ricerche hanno analizzato gli effetti dell’ipoacusia da rumore sulle strutture acustiche centrali in termini di cambiamenti morfologici e strutturali (Bose et al., 2010). Nel nostro studio, tramite l’analisi con la tecnica “Golgi-Cox staining”, abbiamo osservato una diminuzione del numero di spine ed un aumento della lunghezza delle arborizzazioni dendritiche nei neuroni piramidali (strato II-III e V-VI) in AC, come conseguenza della deafferentazione sensoriale da trauma acustico. Una terapia antiossidante da noi sperimentata in concomitanz a all’esposizione al trauma acustico si è dimostrata efficace nel limitare gli effetti della deafferentazione cocleare, ripristinando la normale morfologia neuronale nella corteccia acustica. In conclusione, i risultati da noi ottenuti hanno contribuito ad ampliare le conoscenze sui meccanismi di danno ossidativo nell’ipoacusia neurosensoriale e aprono nuove prospettive per ulteriori studi e per possibili applicazioni cliniche.

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