Cellule staminali per il trattamento della degenerazione maculare

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 (Immagine: Pixabay CC0)

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Gli scienziati dell’EPFL e del Karolinska Institute hanno testato e confermato un protocollo per lo sviluppo di cellule staminali embrionali umane in cellule retiniche per il trattamento di malattie oculari come la degenerazione maculare senile.

Con l’avanzare dell’età, i nostri occhi invecchiano. Il più delle volte questo significa modifiche alla nostra vista e nuovi occhiali, ma esistono forme più gravi di problemi oculari legati all’età. Una di queste condizioni è la degenerazione maculare senile. Colpisce la macula, la parte posteriore dell’occhio che ci permette di vedere chiaramente e distinguere i dettagli. Questo provoca una sfocatura nella parte centrale del nostro campo visivo.

La macula fa parte della retina dell’occhio, che è il tessuto sensibile alla luce composto principalmente dalle cellule visive dell’occhio: i fotorecettori a cono e a bastoncello. La retina contiene anche uno strato chiamato epitelio pigmentato retinico (RPE). Questa ha diverse funzioni importanti, tra cui assorbire la luce, rimuovere i rifiuti cellulari e mantenere in salute le altre cellule dell’occhio.

Le cellule RPE nutrono e proteggono anche le cellule fotorecettrici dell’occhio, motivo per cui una delle strategie terapeutiche più promettenti per la degenerazione maculare senile consiste nel sostituire le cellule RPE invecchiate e degenerate con nuove cellule ricavate da cellule staminali embrionali umane.Questo spiega perché una delle strategie di trattamento più promettenti per la degenerazione maculare legata all’età è la sostituzione delle cellule RPE invecchiate e degenerate con nuove cellule coltivate da cellule staminali embrionali umane.

Gli scienziati hanno proposto diversi metodi per trasformare le cellule staminali in cellule RPE, ma non si sa come le cellule rispondano agli stimoli a lungo termine. Ad esempio, mentre alcuni protocolli richiedono alcuni mesi, altri possono richiedere fino a un anno. Tuttavia, gli scienziati non capiscono esattamente cosa succede durante questo periodo.

Popolazioni cellulari miste

Nessuno dei protocolli di differenziazione proposti per gli studi clinici è stato studiato a lungo termine a livello di singola cellula. Sappiamo che possono creare cellule di pigmento retinico, ma il modo in cui le cellule si evolvono in questo stato rimane un mistero", spiega Gioele La Manno, ricercatore del programma ELISIR (Life Sciences Independent Research) dell’EPFL.

In generale, il settore si è concentrato così tanto sul prodotto di differenziazione che a volte il percorso è stato trascurato, aggiunge. Per far progredire il settore, è importante comprendere le dinamiche di ciò che accade in questi protocolli. Il percorso verso la maturazione potrebbe essere importante quanto lo stato finale, ad esempio per la sicurezza della lavorazione o per migliorare la purezza delle cellule e ridurre i tempi di produzione.

Monitoraggio delle cellule staminali nella loro trasformazione in cellule RPE

Gioele La Manno sta ora conducendo uno studio con il professor Fredrik Lanner dell’Istituto Karolinska (Svezia) per definire un protocollo di differenziazione delle cellule staminali embrionali umane in cellule RPE per uso clinico. La loro ricerca dimostra che il protocollo può sviluppare terapie sicure ed efficaci basate su cellule staminali pluripotenti per la degenerazione maculare legata all’età. Lo studio è pubblicato sulla rivista Stem Cell Reports e questo mese è in copertina.

I metodi standard, come la PCR quantitativa e il sequenziamento dell’RNA in massa, possono catturare l’espressione media dell’RNA di grandi popolazioni di cellule", spiega Alex Lederer, dottorando all’EPFL e uno degli autori principali dello studio. Nelle popolazioni cellulari miste, queste misurazioni possono mascherare le differenze critiche tra le singole cellule, importanti per sapere se il processo sta procedendo correttamente. I ricercatori hanno invece utilizzato una tecnica chiamata sequenziamento dell’RNA di una singola cellula (scRNA-seq), in grado di rilevare tutti i geni attivi in una singola cellula in un determinato momento.

Osservare gli stati intermedi

Utilizzando l’scRNA-seq, i ricercatori hanno potuto studiare l’intero profilo di espressione genica delle singole cellule staminali embrionali umane durante il protocollo di differenziazione, che ha richiesto un totale di 60 giorni. Questo ha permesso di mappare tutti gli stati transitori di una popolazione durante la sua trasformazione in cellule del pigmento retinico, ma anche di ottimizzare il protocollo e di bloccare la crescita delle cellule non-RPE, evitando così la formazione di popolazioni cellulari contaminanti. L’obiettivo è evitare popolazioni cellulari miste al momento del trapianto e garantire che le cellule siano in definitiva simili alle cellule RPE originali nell’occhio del paziente", spiega Alex Lederer.

Hanno scoperto che durante la trasformazione in cellule RPE, le cellule staminali attraversano un processo molto simile a quello dello sviluppo embrionale precoce. Durante questo processo, la coltura cellulare ha assunto un modello embrionale rostrale, che sviluppa il tubo neurale dell’embrione che diventerà il suo cervello e i sistemi sensoriali per la vista, l’udito e il gusto. Dopo questa modellazione, le cellule staminali hanno iniziato a svilupparsi in cellule RPE.

Trapianto di cellule RPE in un modello animale

Ma l’obiettivo del protocollo di differenziazione è creare una popolazione pura di cellule RPE da impiantare nella retina dei pazienti per rallentare la degenerazione maculare. L’équipe ha quindi trapiantato la popolazione cellulare monitorata tramite scRNA-seq nello spazio sottoretinico di due conigli albini neozelandesi, quello che gli scienziati del settore chiamano un modello animale dagli occhi grandi. L’operazione è stata eseguita dopo l’approvazione del Comitato etico per la sperimentazione animale di Stoccolma Nord.

Il lavoro ha rivelato che il protocollo non solo produce una popolazione di cellule RPE pure, ma che queste cellule possono continuare a maturare anche dopo il trapianto nello spazio sottoretinico. La nostra ricerca dimostra che il protocollo di differenziazione ha il potenziale per sviluppare terapie sicure ed efficaci con cellule staminali pluripotenti per l’AMD.La nostra ricerca dimostra che il protocollo di differenziazione può sviluppare terapie sicure ed efficaci a base di cellule staminali pluripotenti per la degenerazione maculare senile", conclude Fredrik Lanner, che sta lavorando per garantire che il protocollo possa essere utilizzato in clinica nel prossimo futuro.

Altri collaboratori

  • Novo Nordisk A/S
  • Università della California a San Francisco
Riferimenti

Sandra Petrus-Reurer, Alex R. Lederer, Laura Baqué-Vidal, Iyadh Douagi, Belinda Pannagel, Irina Khven, Monica Aronsson, Hammurabi Bartuma, Magdalena Wagner, Andreas Wron, Paschalis Efstathopoulos, Elham Jaberi, Hanni Willenbrock, Yutaka Shimizu, J. Carlos Villaescusa, Helder André, Erik Sundström, Aparna Bhaduri, Arnold Kriegstein, Anders Kvanta, Gioele La Manno, Fredrik Lanner. Profilazione molecolare della differenziazione delle cellule epiteliali pigmentate retiniche derivate da cellule staminali, stabilita per la traduzione clinica. Stem Cell Reports 14 giugno 2022. DOI: 10.1016/j.stemcr.2022.05.005


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