Una delle complicanze più comuni dell’ anemia falciforme si verifica quando i globuli rossi deformati si aggregano, bloccando i piccoli vasi sanguigni e provocando forti dolori e gonfiore nelle parti del corpo interessate.
Un nuovo studio del MIT fa luce su come si presentano questi eventi noti come crisi di dolore vaso-occlusivo. I risultati rappresentano anche un passo verso la capacità di prevedere quando potrebbe verificarsi una simile crisi.
“Queste crisi dolorose sono molto imprevedibili e in un certo senso capiamo perché accadono, ma non abbiamo ancora un buon modo per prevederle“, afferma Ming Dao, uno dei principali ricercatori del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del MIT e uno degli autori senior dello studio.
( Vedi anche: Identificato nuovo possibile bersaglio farmacologico per anemia falciforme e talasssemia).
I ricercatori hanno scoperto che questi eventi dolorosi hanno più probabilità di essere prodotti da globuli rossi immaturi, chiamati reticolociti che sono più inclini a rimanere attaccati alle pareti dei vasi sanguigni.
Subra Suresh, Presidente della Nanyang Technological University di Singapore, ex decano della facoltà di ingegneria del MIT e Vannevar Bush Professor Emeritus of Engineering, sono autori dello studio che appare negli Atti della National Academy of Sciences il 3 settembre. Gli autori principali dell’articolo sono il postdoc del MIT Dimitrios Papageorgiou e l’ex postdoc Sabia Abidi.
Simulazione del flusso sanguigno
I pazienti con anemia falciforme hanno una singola mutazione nel gene che codifica per l’emoglobina, la proteina che consente ai globuli rossi di trasportare ossigeno. Questa mutazione produce globuli rossi deformi: invece della caratteristica forma di disco, le cellule diventano a forma di falce, soprattutto in condizioni di basso ossigeno. I pazienti spesso soffrono di anemia perché l’anormale emoglobina non può trasportare tanto ossigeno e da crisi di dolore vaso-occlusivo che di solito vengono trattate con oppioidi o altri farmaci.
Per sondare come i globuli rossi interagiscono con i vasi sanguigni per innescare una crisi vaso-occlusiva, i ricercatori hanno costruito un sistema microfluidico specializzato che imita i vasi post-capillari, che trasportano il sangue deossigenato lontano dai capillari. Questi vasi, di circa 10-20 micron di diametro, sono i casi in cui è più probabile che si verifichino le occlusioni del vaso.
Il sistema microfluidico è progettato per consentire ai ricercatori di controllare il livello di ossigeno. I ricercatori hanno scoperto che quando l’ossigeno è molto basso o nel caso di ipossia, simile a quello che si vede nei vasi post-capillari, i globuli rossi falciformi hanno da due a quattro volte più probabilità di rimanere attaccati alle pareti dei vasi sanguigni rispetto alle situazioni di livelli normali di ossigeno.
Quando l’ossigeno è basso, l’emoglobina all’interno delle cellule falciformi forma fibre rigide che crescono e spingono la membrana cellulare verso l’esterno. Queste fibre aiutano anche le cellule ad aderire più saldamente al rivestimento del vaso sanguigno.
“C’è stata poca comprensione del perché sotto ipossia c’è molta più adesione”, dice Suresh. “Gli esperimenti di questo studio forniscono alcune informazioni chiave sui processi e sui meccanismi responsabili di una maggiore adesione”.
I ricercatori hanno anche scoperto che nei pazienti con anemia falciforme, i globuli rossi immaturi chiamati reticolociti hanno più probabilità di aderire ai vasi sanguigni. Questi giovani globuli rossi falciformi, appena rilasciati dal midollo osseo, trasportano più area superficiale della membrana cellulare rispetto ai globuli rossi maturi, consentendo loro di creare più siti di adesione.
“Abbiamo osservato la crescita delle fibre di emoglobina falcifera che si estendevano ai reticolociti in pochi minuti”, dice Papageorgiou. “Sembra che stiano cercando di afferrare più superficie e aderire con più forza”.
Previsioni del paziente
I ricercatori ora sperano di ideare un modello più completo di vaso-occlusione che combini le loro nuove scoperte sull’adesione con lavori precedenti in cui hanno misurato il tempo necessario per irrigidire le cellule del sangue dei pazienti con anemia falciforme, rendendo più probabile il blocco del flusso sanguigno in piccoli vasi sanguigni. Non tutti i pazienti con anemia falciforme sperimentano vaso-occlusione e la frequenza degli attacchi può variare ampiamente tra i pazienti. I ricercatori del MIT sperano che i loro risultati possano aiutarli a escogitare un modo per prevedere queste crisi per i singoli pazienti.
“L’adesione delle cellule del sangue è davvero un processo molto complesso e abbiamo dovuto sviluppare nuovi modelli basati su tali esperimenti microfluidici. Questi esperimenti di adesione e simulazioni corrispondenti ai globuli rossi falciformi sotto ipossia, sono quantitativi e unici”, dice George Karniadakis, Professore di matematica presso la Brown University e un autore senior dello studio.
Fonte: EurekAlert
