(Infiammazione cronica-Immagine: le fibre muscolari lunghe, sottili e ben definite (in alto a sinistra) sono allo sfascio dopo un’infiammazione prolungata (in alto a destra), ma mantengono la loro struttura (in basso a sinistra) e la loro forza (in basso a destra) quando vengono esercitate durante l’infiammazione. Credito: Zhaowei Chen, Duke University).
Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno dimostrato che il muscolo umano ha una capacità innata di scongiurare gli effetti dannosi dell’infiammazione cronica durante l’esercizio. La scoperta è stata resa possibile attraverso l’uso di muscoli umani ingegnerizzati e cresciuti in laboratorio, dimostrando il potenziale potere della prima piattaforma nel suo genere in tali attività di ricerca.
I risultati della ricerca appaiono online il 22 gennaio sulla rivista Science Advances.
“Molti processi si svolgono in tutto il corpo umano durante l’esercizio fisico, ed è difficile stabilire quali sistemi e cellule “stiano facendo cosa” in una persona attiva”, ha detto Nenad Bursac, Professore di ingegneria biomedica alla Duke. “La nostra piattaforma muscolare ingegnerizzata è modulare, il che significa che possiamo mescolare e abbinare vari tipi di cellule e componenti di tessuto se lo vogliamo. Ma in questo caso, abbiamo scoperto che le cellule muscolari erano in grado di intraprendere azioni antinfiammatorie tutte da sole“.
L’infiammazione non è intrinsecamente buona o cattiva. Quando il corpo è ferito, una risposta infiammatoria iniziale di basso livello rimuove i detriti e aiuta la ricostruzione dei tessuti. Altre volte, il sistema immunitario reagisce in modo eccessivo e crea una risposta infiammatoria che causa danni, come le tempeste di citochine spesso mortali causate da alcuni casi di COVID-19. E poi, ci sono malattie che portano a infiammazioni croniche, come l’artrite reumatoide e la sarcopenia, che possono causare il deperimento muscolare e indebolire la capacità di contrarsi dei muscoli.
Tra le molte molecole che possono causare infiammazione, una molecola pro-infiammatoria in particolare, l’interferone gamma, è stata associata a vari tipi di atrofia muscolare e disfunzione. Mentre ricerche precedenti su esseri umani e animali hanno dimostrato che l’esercizio fisico può aiutare a mitigare gli effetti dell’infiammazione in generale, è stato difficile distinguere quale ruolo potrebbero svolgere le cellule muscolari stesse, per non parlare del modo in cui interagiscono con specifiche molecole offensive, come l’interferone gamma.
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“Sappiamo che le malattie infiammatorie croniche inducono atrofia muscolare, ma volevamo vedere se la stessa cosa sarebbe accaduta ai nostri muscoli umani ingegnerizzati cresciuti in una capsula di Petri”, ha detto Zhaowei Chen, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Bursac e primo autore dell’articolo . “Non solo abbiamo confermato che l’interferone gamma agisce principalmente attraverso una specifica via di segnalazione, ma abbiamo dimostrato che l’esercizio delle cellule muscolari può contrastare direttamente questa segnalazione pro-infiammatoria indipendentemente dalla presenza di altri tipi di cellule o tessuti“.
Per dimostrare che il muscolo da solo è in grado di bloccare i poteri distruttivi dell’interferone gamma, Bursac e Chen si sono rivolti a una piattaforma muscolare ingegnerizzata che il laboratorio ha sviluppato per quasi un decennio. Sono stati i primi a far crescere il muscolo scheletrico umano in contrazione e funzionale in una capsula di Petri e da allora il laboratorio ha migliorato i suoi processi, ad esempio, aggiungendo cellule immunitarie e serbatoi di cellule staminali alla ricetta.
In questo studio, i ricercatori hanno preso questi muscoli completamente funzionali cresciuti in laboratorio e li hanno inondati con livelli relativamente alti di interferone gamma per sette giorni per imitare gli effetti di un’infiammazione cronica di lunga durata. Come previsto, il muscolo si è ridotto e ha perso gran parte della sua forza.
I ricercatori hanno quindi applicato di nuovo l’interferone gamma, ma questa volta hanno anche sottoposto il muscolo a un regime di esercizio simulato stimolandolo con un paio di elettrodi. Mentre si aspettavano che la procedura inducesse una certa crescita muscolare, come mostrato nei loro studi precedenti, sono stati sorpresi di scoprire che l’esercizio preveniva quasi completamente gli effetti dell’infiammazione cronica. I ricercatori hanno quindi dimostrato che l’esercizio simulato ha inibito un percorso molecolare specifico nelle cellule muscolari e che due farmaci usati per trattare l’artrite reumatoide, Tofacitinib e Baricitinib, che bloccano lo stesso percorso, hanno lo stesso effetto antinfiammatorio.
“Durante l’esercizio, le cellule muscolari stesse si opponevano direttamente al segnale pro-infiammatorio indotto dall’interferone gamma, cosa che non ci aspettavamo accadesse”, ha detto Bursac. “Questi risultati mostrano quanto possano essere preziosi i muscoli umani cresciuti in laboratorio per scoprire nuovi meccanismi di malattia e potenziali trattamenti. Ci sono evidenze che mostrano che livelli ottimali e regimi di esercizio potrebbero combattere l’infiammazione cronica senza sovraccaricare le cellule“.
Fonte: Science Advances
