ll glaucoma è una malattia oculare correlata generalmente a una pressione dell’occhio troppo elevata. Secondo l’OMS ne sono affette circa 55 milioni di persone nel mondo.
Ora, gli scienziati della Harvard Medical School hanno ripristinato con successo la vista nei topi riportando indietro l’orologio sulle cellule oculari invecchiate nella retina per riconquistare la funzione genica giovanile.
Il lavoro del team, descritto il 2 dicembre in Nature, rappresenta la prima dimostrazione che è possibile riprogrammare in modo sicuro tessuti complessi, come le cellule nervose dell’occhio, a un’età più precoce.
Oltre a ripristinare l’orologio di invecchiamento delle cellule, i ricercatori hanno invertito con successo la perdita della vista negli animali con una condizione che imitava il glaucoma umano, una delle principali cause di cecità in tutto il mondo.
“Il risultato di questo studio rappresenta il primo tentativo riuscito di invertire la perdita della vista indotta dal glaucoma, piuttosto che limitarsi a frenarne la progressione della malattia”, ha detto il team. Se replicato attraverso ulteriori studi, l’approccio potrebbe aprire la strada a terapie volte a promuovere la riparazione dei tessuti in vari organi e invertire l’invecchiamento e le malattie legate all’età negli esseri umani.
“Il nostro studio dimostra che è possibile invertire in modo sicuro l’età di tessuti complessi come la retina e ripristinare la sua funzione biologica giovanile“, ha detto l’autore senior David Sinclair, Professore di genetica presso il Blavatnik Institute presso la Harvard Medical School, co-Direttore del Paul F. Glenn Center for Biology of Aging Research presso HMS e un esperto di invecchiamento.
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Sinclair e colleghi avvertono che i risultati devono essere replicati in ulteriori studi, anche in diversi modelli animali, prima di qualsiasi esperimento sull’uomo. Tuttavia, aggiungono che i risultati offrono una prova di concetto e un percorso per progettare trattamenti per una serie di malattie umane legate all’età.
“Se confermati attraverso ulteriori studi, questi risultati potrebbero essere trasformativi per la cura delle malattie della vista legate all’età come il glaucoma e per i campi della biologia e delle terapie mediche per la malattia in generale”, ha detto Sinclair.
Per il lavoro, il team ha utilizzato un virus adeno-associato (AAV) come veicolo per fornire nelle retine dei topi tre geni che ripristinano la funzione giovanile- Oct4, Sox2 e Klf4 – che sono normalmente attivati durante lo sviluppo embrionale. I tre geni, insieme a un quarto, che non è stato utilizzato in questo lavoro, sono noti collettivamente come fattori Yamanaka.
Il trattamento ha avuto molteplici effetti benefici sull’occhio. In primo luogo, ha promosso la rigenerazione dei nervi in seguito a lesioni del nervo ottico nei topi con nervi ottici danneggiati. In secondo luogo, ha invertito la perdita della vista negli animali con una condizione che imitava il glaucoma umano. E in terzo luogo, ha invertito la perdita della vista negli animali anziani senza glaucoma.
L’approccio del team si basa su una nuova teoria sul perché invecchiamo. La maggior parte delle cellule del corpo contengono le stesse molecole di DNA, ma hanno funzioni molto diverse. Per raggiungere questo grado di specializzazione, queste cellule devono leggere solo geni specifici per il loro tipo. Questa funzione regolatrice è di competenza dell’epigenoma, un sistema di attivazione e disattivazione dei geni in schemi specifici senza alterare la sequenza di base del DNA sottostante del gene.
Questa teoria postula che le modifiche all’epigenoma nel tempo inducono le cellule a leggere i geni sbagliati e a non funzionare correttamente, dando origine a malattie dell’invecchiamento. Una delle modifiche più importanti all’epigenoma è la metilazione del DNA, un processo mediante il quale i gruppi metilici vengono attaccati al DNA. I modelli di metilazione del DNA vengono stabiliti durante lo sviluppo embrionale per produrre i vari tipi di cellule. Nel tempo, i modelli giovanili di metilazione del DNA vengono persi e i geni all’interno delle cellule che dovrebbero essere attivati vengono disattivati e viceversa, con conseguente alterazione della funzione cellulare. Alcuni di questi cambiamenti di metilazione del DNA sono prevedibili e sono stati usati per determinare l’età biologica di una cellula o di un tessuto.
Tuttavia, non è ancora chiaro se la metilazione del DNA determini i cambiamenti legati all’età all’interno delle cellule. In questo studio, i ricercatori hanno ipotizzato che se la metilazione del DNA controlla effettivamente l’invecchiamento, la cancellazione di alcune delle sue impronte potrebbe invertire l’età delle cellule all’interno degli organismi viventi e riportarle al loro stato precedente e più giovane.
Il lavoro precedente aveva raggiunto questa impresa nelle cellule coltivate in laboratorio, ma non è riuscito a dimostrare l’effetto sugli organismi viventi. Le nuove scoperte invece, dimostrano che l‘approccio potrebbe essere utilizzato anche negli animali.
Superare un ostacolo importante
L’autore principale dello studio, Yuancheng Lu, ricercatore in genetica presso HMS ed ex dottorando nel laboratorio di Sinclair, ha sviluppato una terapia genica che potrebbe invertire in sicurezza l’età delle cellule in un animale vivente.
Il lavoro di Lu si basa sulla scoperta del premio Nobel di Shinya Yamanaka, che ha identificato i quattro fattori di trascrizione, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, che potrebbero cancellare i marcatori epigenetici sulle cellule e riportare queste cellule al loro stato embrionale primitivo da cui possono svilupparsi in qualsiasi altro tipo di cellula.
Studi successivi, tuttavia, hanno mostrato due importanti battute d’arresto. In primo luogo, se utilizzati in topi adulti, i quattro fattori Yamanaka potrebbero anche indurre la crescita del tumore, rendendo l’approccio non sicuro. In secondo luogo, i fattori potrebbero ripristinare lo stato cellulare allo stato cellulare più primitivo, cancellando così completamente l’identità di una cellula.
Lu e colleghi hanno aggirato questi ostacoli modificando leggermente l’approccio. Hanno abbandonato il gene c-Myc e hanno fornito solo i restanti tre geni Yamanaka, Oct4, Sox2 e Klf4. L’approccio modificato ha invertito con successo l’invecchiamento cellulare senza alimentare la crescita del tumore o causare la perdita dell’ identità.
Terapia genica applicata alla rigenerazione del nervo ottico
In questo studio, i ricercatori hanno preso di mira le cellule del sistema nervoso centrale perché è la prima parte del corpo colpita dall’invecchiamento. Dopo la nascita, la capacità del sistema nervoso centrale di rigenerarsi diminuisce rapidamente.
Per verificare se la capacità rigenerativa di animali giovani potesse essere impartita a topi adulti, i ricercatori hanno consegnato la combinazione di tre geni modificati tramite un AAV nelle cellule gangliari della retina di topi adulti con lesioni del nervo ottico.
Per il lavoro, Lu e Sinclair hanno collaborato con Zhigang He, Professore HMS di neurologia e oftalmologia al Boston Children’s Hospital, che studia la neuro-rigenerazione del nervo ottico e del midollo spinale.
Il trattamento ha comportato un aumento di due volte del numero di cellule gangliari della retina sopravvissute dopo la lesione e un aumento di cinque volte della ricrescita dei nervi.
“All’inizio di questo progetto, molti dei nostri colleghi hanno detto che il nostro approccio sarebbe fallito o sarebbe stato troppo pericoloso per essere utilizzato”, ha detto Lu. “I nostri risultati suggeriscono che questo metodo è sicuro e potrebbe potenzialmente rivoluzionare il trattamento delle malattie dell’occhio e di molti altri organi colpiti dall’invecchiamento”.
Inversione del glaucoma e perdita della vista correlata all’età
A seguito dei risultati incoraggianti nei topi con lesioni del nervo ottico, il team ha collaborato con i colleghi dello Schepens Eye Research Institute del Massachusetts Eye and Ear Bruce Ksander, Professore associato di oftalmologia HMS e Meredith Gregory-Ksander, assistente Professore di oftalmologia HMS. I ricercatori hanno pianificato due serie di esperimenti: uno per verificare se il cocktail di tre geni potesse ripristinare la perdita della vista dovuta al glaucoma e un altro per vedere se l’approccio poteva invertire la perdita della vista derivante dal normale invecchiamento.
In un modello murino di glaucoma, il trattamento ha portato ad un aumento dell’attività elettrica delle cellule nervose e ad un notevole aumento dell’acuità visiva, come misurato dalla capacità degli animali di vedere le linee verticali in movimento su uno schermo. Sorprendentemente, lo ha fatto dopo che la perdita della vista indotta dal glaucoma si era già verificata.
“Recuperare la funzione visiva dopo che la lesione si è verificata, raramente è stato dimostrato dagli scienziati”, ha detto Ksander. “Questo nuovo approccio, che inverte con successo molteplici cause di perdita della vista nei topi senza la necessità di un trapianto di retina, rappresenta una nuova modalità di trattamento nella medicina rigenerativa“.
Il trattamento ha funzionato altrettanto bene nei topi anziani di 12 mesi con diminuzione della vista a causa del normale invecchiamento. Dopo il trattamento dei topi anziani, i modelli di espressione genica e i segnali elettrici delle cellule del nervo ottico erano simili ai topi giovani e la vista è stata ripristinata. Quando i ricercatori hanno analizzato i cambiamenti molecolari nelle cellule trattate, hanno trovato modelli invertiti di metilazione del DNA, un’osservazione che suggerisce che la metilazione del DNA non è un semplice marker o uno spettatore nel processo di invecchiamento, ma piuttosto un agente attivo che lo guida.
“Ciò che questo studio ci dice è che l’orologio non rappresenta solo il tempo, è il tempo“, ha detto Sinclair. “Se riavvolgi le lancette dell’orologio, anche il tempo va indietro.“
I ricercatori hanno affermato che se i loro risultati saranno confermati in ulteriori lavori sugli animali, potrebbero avviare studi clinici entro due anni per testare l’efficacia dell’approccio nelle persone con glaucoma. “Finora, i risultati sono incoraggianti”, hanno detto i ricercatori. “Nello studio attuale, un trattamento di un anno dei topi con l’approccio dei tre geni non ha mostrato effetti collaterali negativi”.
(Immagine-Credit: Public Domain).
Fonte:Nature
