Rigenerazione del cuore-Immagine Credit Public Domain-
I ricercatori della School of Medicine dell’Università di Washington hanno ingegnerizzato con successo cellule staminali che non causano pericolose aritmie, una delle principali complicanze che in precedenza ostacolavano le terapie con cellule staminali per i cuori danneggiati. Usando l’editing del genoma basato su CRISPR per modificare i canali ionici nelle cellule staminali, il team ha creato una nuova linea di cellule chiamata “MEDUSA”, che si innesta nel cuore, matura e si integra nel muscolo cardiaco senza generare frequenze cardiache pericolose.
Le cellule staminali ingegnerizzate non provocano ritmi cardiaci pericolosi, una sfida che ha impedito il progresso dei trapianti di cellule staminali per i cuori danneggiati.
I ricercatori della School of Medicine dell’Università di Washington a Seattle hanno creato con successo cellule staminali che non causano pericolose aritmie, una complicazione che finora ha vanificato gli sforzi per sviluppare terapie con cellule staminali per i cuori feriti.
“Abbiamo trovato ciò che dobbiamo affrontare per rendere sicure queste cellule”, ha affermato Silvia Marchiano, borsista postdottorato nel laboratorio di Chuck Murry presso l’UW Medicine Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine. Marchiano è l’autore principale di un articolo che descrive i risultati dello studio pubblicati giovedì 6 aprile sulla rivista Cell Stem Cell. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con la società di Seattle Sana Biotechnology.
In precedenti ricerche, il team di Murry ha impiegato cellule del muscolo cardiaco derivate da cellule staminali per riparare le lesioni del tessuto cardiaco causate da infarto del miocardio.Questa forma di infarto si verifica quando l’afflusso di sangue al muscolo cardiaco è ostruito, portando alla morte delle cellule cardiache. Poiché le cellule cardiache non si rigenerano, il tessuto danneggiato viene sostituito da tessuto cicatriziale. Ciò compromette la forza del cuore e ostacola la sua funzione di pompaggio del sangue. Danni estesi possono culminare in insufficienza cardiaca e persino nella morte.
Immagine: la borsista postdottorato Silvia Marchiano e il ricercatore Hans Reinecke esaminano le cellule staminali cardiache nel laboratorio di Chuck Murry presso l’UW Medicine Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine Research di Seattle. Credito: Michael McCarthy.Ma c’era una grossa complicazione. Durante le prime settimane di attecchimento, i cuori tendevano a battere a un ritmo pericolosamente alto. A meno che non si trovi un modo per prevenire o sopprimere questo problema, le cellule staminali non potrebbero diventare un trattamento sicuro per l’infarto del miocardio e l’insufficienza cardiaca.
“Il nostro obiettivo è creare cellule contrattili funzionanti che non cerchino di stabilire il proprio ritmo“, ha affermato Murry.
Nel cuore maturo, la frequenza cardiaca è regolata da cellule specializzate chiamate cellule pacemaker. Queste cellule generano segnali elettrici a intervalli regolari che inducono le altre cellule del cuore a contrarsi.
Nelle cellule del pacemaker, la tensione va avanti e indietro da negativo (iperpolarizzato) a positivo (depolarizzato). Murry paragona questo meccanismo a un metronomo con ioni positivi che entrano ed escono dalla cellula attraverso questi canali. La velocità con cui si verifica questo ciclo di ripolarizzazione e depolarizzazione determina la frequenza cardiaca.
Nei primi cuori embrionali, tuttavia, questo sistema, in cui relativamente poche cellule sono diventate cellule pacemaker specializzate mentre il resto è diventato cellule contrattili quiescenti, non si è sviluppato. Tutte le cellule sono pacemaker. Murry e i suoi colleghi sospettavano che le cellule staminali innestate si comportassero come cellule embrionali precoci generando caoticamente segnali e causando pericolosi ritmi cardiaci.
Per capire cosa stava causando il comportamento di queste cellule, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata sequenziamento dell’RNA per scoprire quali canali ionici venivano prodotti in momenti diversi durante la maturazione delle cellule. Il sequenziamento ha rivelato che alcuni tipi di canali ionici compaiono all’inizio dello sviluppo e poi scompaiono quando la cellula matura, mentre altri tipi di canali ionici compaiono più tardi nello sviluppo. Come un mistero che si svela, questo ha fornito ai ricercatori la loro lista di sospetti.
Per determinare quali canali ionici fossero i colpevoli del trasporto della corrente che causa l’aritmia, gli scienziati hanno utilizzato l‘editing del genoma basato su CRISPR per eliminare sistematicamente i geni depolarizzanti o per attivare i geni ripolarizzanti. Ciò si è rivelato sorprendentemente complesso. Avevano ipotizzato che ci sarebbe stato un singolo canale ionico a causare l’aritmia, ma nessuna delle modifiche del singolo gene ha eliminato i ritmi cardiaci rapidi. I ricercatori hanno quindi intrapreso un meticoloso processo di “riproduzione delle combinazioni” eseguendo modifiche geniche doppie e triple. In modo irritante, nessuna di queste modifiche ha eliminato l’aritmia e alcune sembravano peggiorarla.
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Infine, gli scienziati hanno creato una linea di cellule staminali in cui tre geni depolarizzanti sono stati eliminati e un gene ripolarizzante è stato attivato. Questo ha funzionato. Le cellule muscolari cardiache generate da queste cellule staminali erano elettricamente quiescenti, come il muscolo cardiaco adulto, ma si contraevano quando ricevevano un segnale elettrico per imitare un pacemaker naturale. I ricercatori hanno chiamato queste cellule “MEDUSA” (per la modifica del DNA elettrofisiologico per comprendere e sopprimere le aritmie). I cardiomiociti MEDUSA si attecchiscono nel cuore, maturano in cellule adulte, si integrano elettricamente nel muscolo cardiaco e battono in sincronia con il pacemaker naturale, il tutto senza generare frequenze cardiache pericolose. “Questa”, dice Murry, “è la condizione sine qua non per la rigenerazione del cuore”.
Murry avverte che sarà necessario eseguire ulteriori test con le cellule ingegnerizzate, ma, aggiunge, “penso che abbiamo superato il più grande ostacolo alla rigenerazione del cuore umano”.
Fonte: Cell Stem Cell
