Lo spostamento delle cellule della pelle verso le estremità apre la strada alla terapia rigenerativa

Fukuoka, Giappone – In uno studio collaborativo, ricercatori dell'Università di Kyushu e… Scuola di medicina di Harvard Hanno identificato proteine ​​che possono convertire o “riprogrammare” i fibroblasti – le cellule più comuni nella pelle e nel tessuto connettivo – in cellule con proprietà simili alle cellule progenitrici degli arti. pubblicato in Cellula di sviluppoLe scoperte dei ricercatori hanno migliorato la nostra comprensione dello sviluppo degli arti e hanno aperto la strada a future terapie rigenerative.

A livello globale, circa 60 milioni di persone soffrono di perdita degli arti. Le amputazioni possono derivare da varie condizioni mediche come tumori, infezioni e difetti congeniti o da traumi derivanti da incidenti industriali, incidenti stradali e disastri naturali come i terremoti. Le persone con lesioni agli arti spesso fanno affidamento su materiali sintetici e protesi metalliche, ma molti ricercatori stanno studiando lo sviluppo degli arti, con l’obiettivo di avvicinarsi alla terapia rigenerativa, o alla sostituzione dei tessuti naturali, come potenziale trattamento.

“Durante lo sviluppo degli arti nel feto, le cellule progenitrici degli arti nella gemma dell'arto danno origine alla maggior parte dei diversi tessuti degli arti, come ossa, muscoli, cartilagine e tendini. Quindi è importante creare un modo semplice e accessibile per renderli cellule”, spiega. Dottor Yuji Atsutail ricercatore principale che ha iniziato ad affrontare questo progetto alla Harvard Medical School e lo porta avanti come docente presso la Kyushu University Graduate School of Science.

Attualmente, il modo comune per ottenere cellule progenitrici degli arti è direttamente dagli embrioni, il che solleva preoccupazioni etiche nel caso degli embrioni umani. In alternativa, possono essere realizzati utilizzando cellule staminali pluripotenti indotte, ovvero cellule adulte che vengono riprogrammate in uno stato simile all’embrione, che può successivamente essere trasformato in tipi specifici di tessuto. Un nuovo metodo sviluppato da Atsuta e colleghi, che riprogramma direttamente i fibroblasti in cellule progenitrici degli arti e bypassa le cellule staminali pluripotenti, semplifica il processo e riduce i costi. Riduce anche le preoccupazioni circa la possibilità che le cellule diventino cancerose, cosa che spesso accade con le cellule staminali pluripotenti.

Nella prima fase dello studio, i ricercatori hanno esaminato i geni espressi nei primi germogli degli arti negli embrioni di topo e pollo. Quasi tutte le cellule del corpo, compresi i fibroblasti e le cellule progenitrici degli arti, contengono lo stesso DNA genomico, ma durante lo sviluppo emergono proprietà e funzioni diverse di ciascun tipo cellulare a causa dei cambiamenti nell'espressione genica (in altre parole, quali geni sono attivi e quali proteine ​​sono prodotto dalla cellula). Un modo in cui l’espressione genica viene controllata nelle cellule è attraverso proteine ​​specifiche chiamate fattori di trascrizione.

Il gruppo di ricerca ha identificato 18 geni, per lo più fattori di trascrizione, che sono più espressi nella gemma iniziale degli arti che in altri tessuti. Hanno coltivato fibroblasti da embrioni di topo e hanno introdotto questi 18 geni nei fibroblasti utilizzando un vettore virale in modo che le cellule producessero questi 18 fattori proteici. Hanno scoperto che i fibroblasti modificati acquisivano proprietà e mostravano un’espressione genetica simile alle cellule progenitrici degli arti presenti in natura che si trovano nelle gemme degli arti.

Quindi, attraverso una serie di esperimenti, i ricercatori hanno ristretto la selezione e determinato che solo tre fattori proteici erano necessari per riprogrammare i fibroblasti di topo in cellule simili ai progenitori degli arti: Prdm16, Zbtb16 e Lin28a. Una quarta proteina, Lin41, aiuta le cellule progenitrici degli arti trapiantati a crescere e moltiplicarsi più rapidamente.

I ricercatori non solo hanno confermato che le cellule progenitrici degli arti riprogrammate avevano un’espressione genetica simile alle cellule progenitrici degli arti normali, ma avevano anche una capacità simile. “Queste cellule riprogrammate non sono solo imitazioni molecolari”, afferma Atsuta. “Abbiamo confermato la loro capacità di svilupparsi in tessuti specializzati degli arti, sia in piastre di laboratorio (in vitro) che anche in organismi viventi (in vivo).” “I test in vivo sono stati particolarmente impegnativi, poiché abbiamo dovuto trapiantare le cellule di topo riprogrammate nei germogli degli arti degli embrioni di pollo”.

In questi esperimenti, i ricercatori hanno utilizzato lentivirus, che inseriscono i geni direttamente nel genoma delle cellule infette, aumentando il rischio che le cellule si trasformino in cancro. Invece, il team sta studiando altri vettori più sicuri, come virus o plasmidi adeno-associati, che trasportano geni nelle cellule senza inserire geni nel genoma.

Il team del laboratorio Atsuta sta ora cercando di applicare questo metodo alle cellule umane, per future applicazioni terapeutiche, così come ai serpenti, i cui antenati avevano arti che furono poi persi durante l’evoluzione. “È interessante notare che le cellule progenitrici degli arti riprogrammate hanno prodotto organoidi che somigliavano a germogli di arti, quindi sembra possibile generare tessuto degli arti in specie che non li hanno più. Lo studio dei serpenti senza arti potrebbe rivelare nuovi percorsi e conoscenze nella biologia evolutiva.”

(Di Negar Khalili)