Messaggeri Segreti dalle Cellule Staminali: Ecco Come gli Esosomi Riparano i Nostri Vasi Sanguigni!

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di una scoperta che mi ha davvero entusiasmato e che apre scenari incredibili nel campo della medicina rigenerativa. Immaginate di avere dei minuscoli “postini” biologici capaci di consegnare messaggi importantissimi da una cellula all’altra, promuovendo la guarigione e la rigenerazione. Sembra fantascienza, vero? Eppure, è proprio quello che fanno gli esosomi, e in particolare quelli derivati dalle cellule staminali mesenchimali amniotiche umane (hAMSC).

Ma cosa sono esattamente questi esosomi?

Pensate agli esosomi come a delle micro-vescicole, delle minuscole bollicine rilasciate dalle cellule, con un diametro che va dai 30 ai 150 nanometri (per darvi un’idea, un capello umano è circa 80.000-100.000 nanometri!). Nonostante le loro dimensioni ridotte, questi piccoli pacchetti sono carichi di molecole bioattive come proteine, mRNA e, soprattutto, microRNA (miRNA). Sono proprio questi miRNA a giocare un ruolo cruciale nella comunicazione intercellulare, agendo come dei veri e propri regolatori genetici.

Nel nostro studio, ci siamo concentrati sugli esosomi prodotti dalle hAMSC. Queste cellule staminali sono particolarmente interessanti perché si trovano nella membrana amniotica (sì, quella che avvolge il feto durante la gravidanza!), sono facili da ottenere, hanno una bassa immunogenicità (cioè, difficilmente scatenano una reazione di rigetto) e sollevano meno questioni etiche rispetto ad altre fonti di cellule staminali. Insomma, delle candidate ideali per applicazioni terapeutiche!

La missione: promuovere l’angiogenesi

Il nostro obiettivo era capire se e come gli esosomi derivati da queste hAMSC (li chiameremo hAMSC-Exos) potessero promuovere l’angiogenesi. L’angiogenesi non è altro che la formazione di nuovi vasi sanguigni a partire da quelli già esistenti. È un processo fondamentale per la vita: senza un’adeguata rete vascolare, i nostri tessuti non riceverebbero ossigeno e nutrienti. Pensate a quanto sia importante per la riparazione di tessuti danneggiati, come nel caso di ferite, infarti o malattie ischemiche.

Per prima cosa, abbiamo isolato questi hAMSC-Exos utilizzando una tecnica chiamata ultracentrifugazione. Poi, li abbiamo caratterizzati per essere sicuri che fossero proprio loro: al microscopio elettronico a trasmissione apparivano come delle tipiche “scodelline”, l’analisi NTA ha confermato le dimensioni (circa 115 nm) e il Western blot ha rivelato la presenza di marcatori specifici degli esosomi come CD9, CD63 e CD81. Insomma, avevamo i nostri postini pronti all’azione!

Cosa succede quando gli esosomi incontrano le cellule dei vasi?

A questo punto, abbiamo messo gli hAMSC-Exos a contatto con le cellule endoteliali della vena ombelicale umana (hUVEC), che sono le cellule che rivestono l’interno dei nostri vasi sanguigni. E i risultati sono stati sorprendenti! Abbiamo osservato che il trattamento con hAMSC-Exos aumentava significativamente la proliferazione, la migrazione e la capacità di queste cellule hUVEC di formare strutture tubulari simili a capillari (un test chiamato Matrigel tube formation assay). In pratica, gli esosomi davano una vera e propria “spinta” alle cellule endoteliali per costruire nuovi vasi.
Non ci siamo fermati ai test in provetta! Abbiamo anche condotto esperimenti in vivo su modelli animali (topi nudi), iniettando Matrigel misto a hAMSC-Exos sottocute. Dopo due settimane, abbiamo visto che nelle zone trattate con gli esosomi c’era una maggiore formazione di nuovi vasi sanguigni, confermata dalla presenza di collagene e del marcatore CD31, tipico dell’angiogenesi. Un successo!

Il messaggio segreto: il miRNA N-194

Ma qual era il “messaggio segreto” contenuto in questi esosomi che scatenava una risposta così potente? Grazie a tecniche di sequenziamento ad alto rendimento e analisi bioinformatiche, abbiamo identificato diversi miRNA nuovi all’interno degli hAMSC-Exos. Tra questi, uno in particolare ha attirato la nostra attenzione per la sua elevata espressione: un miRNA che abbiamo chiamato N-194.

Per confermare il suo ruolo, abbiamo fatto un esperimento ingegnoso: abbiamo “caricato” le hAMSC con una versione fluorescente (marcata con FAM) di N-194 mimics (cioè, molecole che imitano N-194). Poi abbiamo raccolto gli esosomi da queste cellule e li abbiamo messi a contatto con le hUVEC. E voilà! Abbiamo visto la fluorescenza all’interno delle hUVEC, a dimostrazione che gli esosomi avevano effettivamente trasportato N-194 nelle cellule bersaglio. Non solo, ma l’espressione di N-194 nelle hUVEC era significativamente aumentata.

A questo punto, la domanda era: è proprio N-194 il responsabile dell’effetto pro-angiogenico? Per rispondere, abbiamo creato due versioni di hAMSC-Exos: una con alti livelli di N-194 e una con bassi livelli. Quando abbiamo trattato le hUVEC con gli esosomi “ricchi” di N-194, abbiamo osservato un forte aumento della vitalità, migrazione e formazione di tubuli. Al contrario, gli esosomi “poveri” di N-194 avevano un effetto molto più blando. Questo ci ha confermato che N-194 è un attore chiave in questo processo!

Come agisce N-194? Il bersaglio è ING5

Ok, N-194 è importante, ma come fa esattamente a promuovere l’angiogenesi? I miRNA, come dicevo, agiscono come interruttori, spesso “spegnendo” o riducendo l’attività di geni specifici. Utilizzando strumenti bioinformatici (TargetScan), abbiamo predetto che un potenziale bersaglio di N-194 potesse essere un gene chiamato ING5 (Inhibitor of Growth 5). ING5 fa parte di una famiglia di geni noti per regolare la crescita cellulare, la senescenza, l’apoptosi e, appunto, l’angiogenesi.

Per verificare questa ipotesi, abbiamo condotto un saggio chiamato “dual-luciferase reporter assay”. In parole povere, abbiamo visto che N-194 era in grado di legarsi specificamente a delle sequenze del gene ING5, riducendone l’attività. Inoltre, quando abbiamo aumentato i livelli di N-194 nelle hUVEC, abbiamo osservato una diminuzione sia dell’mRNA che della proteina ING5. Bingo! ING5 era proprio un bersaglio di N-194.

Ma non è finita qui. Se N-194 promuove l’angiogenesi “spegnendo” ING5, allora aumentare artificialmente ING5 nelle cellule dovrebbe avere l’effetto opposto, giusto? Esatto! Quando abbiamo sovraespresso ING5 nelle hUVEC, la loro capacità angiogenica si è ridotta. E, cosa ancora più interessante, l’effetto pro-angiogenico degli hAMSC-Exos ricchi di N-194 veniva contrastato se nelle cellule bersaglio c’era un eccesso di ING5. Questo dimostra che N-194 esercita la sua magia principalmente attraverso la soppressione di ING5.

Le vie a valle: HSP27 e PLCG2

Per capire ancora più a fondo il meccanismo, abbiamo indagato cosa succede “a valle” dell’interazione N-194/ING5. Abbiamo scoperto che la regolazione di ING5 da parte di N-194 influenzava i livelli di altre due proteine importanti per l’angiogenesi indotta dal fattore di crescita VEGF: la HSP27 (Heat Shock Protein 27) e la PLCG2 (Phospholipase C Gamma 2). In pratica, N-194, agendo su ING5, modulava l’espressione di questi altri giocatori, contribuendo a “orchestrare” la formazione di nuovi vasi. Certo, l’effetto su HSP27 e PLCG2 sembrava essere più contenuto, forse perché N-194 ha molti bersagli e l’effetto si “diluisce” un po’ attraverso i vari passaggi della cascata di segnali.

Cosa significa tutto questo per il futuro?

Beh, questa scoperta è davvero promettente! Sapere che gli esosomi derivati dalle cellule staminali amniotiche possono promuovere la formazione di nuovi vasi sanguigni trasportando un miRNA specifico come N-194, che a sua volta agisce sul gene ING5, apre la strada a nuove strategie terapeutiche.
Pensate alle malattie caratterizzate da una scarsa vascolarizzazione, come le ferite croniche nei pazienti diabetici, l’ischemia cardiaca o cerebrale. Utilizzare questi hAMSC-Exos, o magari direttamente il miRNA N-194, potrebbe diventare un modo per stimolare la rigenerazione dei tessuti danneggiati.
Le cellule staminali mesenchimali e i loro esosomi sono già al centro di molte ricerche per la loro capacità di riparare i tessuti, modulare l’infiammazione e il sistema immunitario. Il nostro studio aggiunge un tassello importante, svelando un meccanismo molecolare preciso attraverso cui possono esercitare i loro effetti benefici.

Certo, la strada è ancora lunga e serviranno ulteriori ricerche per traslare queste scoperte in terapie cliniche efficaci e sicure per l’uomo. Ma ogni passo avanti nella comprensione di questi complessi meccanismi biologici ci avvicina a soluzioni innovative per malattie che oggi hanno opzioni di trattamento limitate.
Io sono davvero entusiasta delle potenzialità che si aprono e non vedo l’ora di vedere cosa ci riserverà il futuro in questo affascinante campo della medicina rigenerativa!

Fonte: Springer