Le nuove terapie basate su cellule staminali neurali potrebbero aiutare a ridurre l'infiammazione e a modificare la risposta immunitaria nei pazienti con sclerosi multipla. A dimostrarlo è un gruppo di scienziati del Dipartimento di Neuroscienze Cliniche dell’Università di Cambridge (UK) che studiano già da tempo le cellule staminali neurali e che oggi hanno identificato un nuovo potenziale meccanismo d'azione di questo trattamento innovativo, da tenere in considerazione per futuri approfondimenti.

Il gruppo, coordinato da Stefano Pluchino, ha rilevato che le cellule staminali neurali sono in grado, nel modello animale di sclerosi multipla progressiva, di proteggere le cellule che hanno un danno a livello dei mitocondri, trasferendo nuovi mitocondri funzionali. I risultati della ricerca, co-finanziata da AISM e la sua Fondazione, sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista internazionale PLOS Biology.

La sclerosi multipla progressiva è una malattia neurodegenerativa che colpisce il sistema nervoso centrale. In questa patologia il sistema immunitario non riconosce alcuni componenti del sistema nervoso centrale, o meglio li identifica come estranei, e li attacca con una reazione anomala e dannosa per l'organismo. Fra gli elementi chiave che sferrano l'attacco, ci sono cellule immunitarie, come i macrofagi e la microglia, che normalmente svolgono la funzione di “spazzini” dei tessuti. I macrofagi entrano nel cervello dal flusso sanguigno e, insieme alla microglia, che risiede già lì, si rendono responsabili di un'infiammazione cerebrale persistente che alimenta i sintomi e la progressione della malattia.

Pluchino e i suoi collaboratori hanno analizzato e caratterizzato alcuni meccanismi alla base della neuroinfiammazione. Già in diversi lavori precedenti, infatti, il gruppo ha dimostrato che il trapianto di cellule staminali neurali riduce l'infiammazione nella sclerosi multipla e in altre malattie infiammatorie del sistema nervoso centrale. Oggi all'elenco delle scoperte del gruppo di ricerca si aggiunge l'identificazione di un nuovo processo fisiologico dimostrato per la prima volta nelle cellule staminali neurali. La novità di questo nuovo studio consiste nell'aver scoperto che le cellule staminali neurali rilasciano mitocondri – organelli cellulari dotati di DNA proprio – del tutto funzionanti. Questi mitocondri secreti vengono trasferiti dalle staminali attraverso particolari vettori, detti vescicole extracellulari, e svolgono una funzione essenziali quando incorporati da cellule che presentano un danno proprio a livello mitocondriale. Le vescicole extracellulari sono prodotte da vari tipi di cellule, e somigliano a nanoparticelle in grado di trasferire materiale biologico alle cellule target. Per questo sono state ampiamente studiate, soprattutto nell'ultimo decennio, come potenziali agenti terapeutici da utilizzare in alternativa alle terapie cellulari.

Ma come è avvenuto l'esperimento? In un primo step, un tipo di cellule ingegnerizzare in laboratorio e svuotate del loro DNA mitocondriale, sono state trattate in vitro con le vescicole extracellulari derivate dalle cellule staminali neurali, cosi da correggere la disfunzione. In un secondo step, ad essere trattati con vescicole extracellulari sono stati i macrofagi infiammatori. In questo caso, il processo di infiammazione rende i mitocondri dei macrofagi disfunzionali, e pertanto il contributo dei mitocondri veicolati tramite le vescicole extracellulari è stato in grado di correggere la disfunzione mitocondriale nei macrofagi, di riprogrammarne il metabolismo cellulare, e di renderli anti-infiammatori.  Ma non è tutto. Uno step finale è consistito nell’iniettare vescicole extracellulari in modelli da laboratorio con sclerosi multipla progressiva sperimentale, nel dimostrare anche in vivo il trasferimento dei mitocondri funzionanti ai macrofagi e alla microglia, e nell’indurre un recupero, che i ricercatori definiscono sorprendente, dei deficit neurologici associati alla malattia, tanto da essere quasi sovrapponibile al recupero indotto da una terapia con cellule staminali neurali.

«Questi risultati mettono in luce il ruolo di un nuovo tipo di comunicazione tra cellule – sottolinea Luca Peruzzotti-Jametti, primo autore del lavoro, già Senior Research Fellow di FISM e attualmente Wellcome Trust Clinical Research Career Development Fellow – che potrebbe essere un elemento chiave nel promuovere il recupero di funzioni neurologiche e la riparazione dei danni provocati dalla sclerosi multipla anche in fasi tardive di malattia».

«Il risultato – prosegue Pluchino – è di particolare rilievo per una serie di malattie, principalmente per le forme progressive di sclerosi multipla, in cui la disfunzione mitocondriale in diversi tipi cellulari è uno dei meccanismi principali della patologia». Lo studio è importante, come spiegano gli autori, anche perché mostra che i risultati ottenuti con questo nuovo approccio di terapia cellulare sono in gran parte sovrapponibili a quelli della terapia con cellule staminali neurali. Pertanto, l’identificazione di questo nuovo meccanismo di comunicazione tra cellule, e la dimostrazione del potenziale delle terapie con vescicole e mitocondri extracellulari, rappresenta una ulteriore opportunità terapeutica da tenere in considerazione nell’ambito della neuroimmunologia rigenerativa.

Referenza

Titolo: Neural stem cells traffic 1 functional mitochondria via extracellular vesicles. PLOS Biology

Autori: Luca Peruzzotti-Jametti, Joshua D. Bernstock, Cory M. Willis, Giulia Manferrari, Rebecca Rogal, Erika Fernandez-Vizarra, James C Williamson, Alice Braga, Aletta van den Bosch, Tommaso Leonardi, Grzegorz Krzak, Ágnes Kittel, Cristiane Benincá, Nunzio Vicario, Sisareuth Tan, Carlos Bastos, Iacopo Bicci, Nunzio Iraci, Jayden A. Smith, Ben Peacock, Karin H. Muller, Paul J Lehner, Edit Iren Buzas, Nuno Faria, Massimo Zeviani, Christian Frezza, Alain Brisson, Nicholas J Matheson, Carlo Viscomi and Stefano Pluchino.

Rivista: PLoS Biol, 2021 Apr 7;19(4):e3001166

DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001166