Gli scienziati che lavorano per sviluppare nuovi trattamenti per le malattie neurodegenerative sono stati ostacolati dall’incapacità di crescere i neuroni motori umani in laboratorio.
I neuroni motori guidano le contrazioni muscolari e il loro danno deriva da malattie devastanti come la sclerosi laterale amiotrofica e l’atrofia muscolare spinale, entrambi portano alla paralisi e alla morte precoce.
Nelle nuove ricerche, gli scienziati della Washington University School of Medicine in St. Louis, hanno scoperto un nuovo modo per convertire le cellule della pelle prelevate da adulti sani, direttamente in neuroni motori, senza passare attraverso uno stato di cellule staminali.
La tecnica consente di studiare i neuroni motori del sistema nervoso centrale umano in laboratorio. A differenza dei neuroni motori dei topi, comunemente studiati, i neuroni motori umani che crescono in laboratorio sarebbero un nuovo strumento poiché i ricercatori non possono prelevare campioni di questi neuroni da persone vive, ma possono facilmente prelevare campioni di pelle.
Lo studio è stato pubblicato il 7 settembre nella rivista Cell Stem Cell.
Evitare la fase delle cellule staminali elimina le preoccupazioni etiche sollevate quando si producono le cellule staminali pluripotenti che sono simili alle cellule staminali embrionali nella loro capacità di trasformarsi in tutti i tipi di cellule adulte. E, soprattutto, evitare lo stato di cellule staminali permette ai neuroni motori risultanti di mantenere l’età delle cellule cutanee originali e quindi dell’età del paziente. Conservare l’età cronologica di queste cellule è fondamentale nello studio di malattie neurodegenerative che si sviluppano in persone di età diversa e peggiorano per decenni.
“In questo studio abbiamo usato solamente le cellule della pelle prelevate da adulti sani che vanno dall’età di 20 anni fino a 60”, ha dichiarato l’autore senior Andrew S. Yoo, Professore aggiunto di biologia dello sviluppo. “La nostra ricerca ha rivelato come le piccole molecole di RNA possono lavorare con altri segnali cellulari chiamati fattori di trascrizione per generare tipi specifici di neuroni, in questo caso neuroni motori. In futuro, vorremmo studiare le cellule cutanee da pazienti con disturbi dei neuroni motori”.
“Andare indietro attraverso una fase di cellule staminali pluripotenti è un po’ come demolire una casa e costruirne una nuova”, ha detto Yoo. “Quello che facciamo in questo studio è più come la ristrutturazione. Cambiamo l’interno ma lasciamo la struttura originale che mantiene le caratteristiche dei neuroni adulti invecchiati che vogliamo studiare”.
La capacità degli scienziati di convertire le cellule della pelle umana in altri tipi di cellule, come i neuroni, ha il potenziale di migliorare la comprensione delle malattie neurodegenerative e portare alla ricerca di nuovi modi per guarire tessuti e organi danneggiati, un campo chiamato medicina rigenerativa.
Per convertire le cellule cutanee in neuroni motori, i ricercatori hanno esposto le cellule della pelle a segnali molecolari che sono solitamente presenti ad alti livelli nel cervello. Un lavoro precedente di Yoo e dei suoi colleghi dell’ Università di Stanford, ha mostrato che l’esposizione a due brevi frammenti di RNA ha trasformato le cellule della pelle umana in neuroni. Questi due microRNA, chiamati miR-9 e miR-124, sono coinvolti nelle istruzioni genetiche della cellula.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno caratterizzato ampiamente questo processo di riattivazione, precisando come le cellule della pelle riprogrammate in neuroni generici possono poi essere guidate a trasformarsi in specifici tipi di neuroni. I ricercatori hanno trovato che i geni coinvolti in questo processo sono pronti per l’espressione, ma rimangono inattivi fino a quando non viene fornita la corretta combinazione di molecole. Dopo molte sperimentazioni con combinazioni multiple, i ricercatori hanno scoperto che l’aggiunta di due ulteriori segnali ai fattori di trascrizione, chiamati ISL1 e LHX3, ha trasformato le cellule della pelle in neuroni del midollo spinale in circa 30 giorni.
La combinazione dei segnali microRNAs miR-9 e miR-124 più i fattori di trascrizione ISL1 e LHX3 dice alla cellula di mettere da parte le istruzioni genetiche per la pelle e utilizzare solo le istruzioni per la produzione di neuroni motori, secondo Yoo ed i co-primi autori, Daniel G. Abernathy e Matthew J. McCoy, dottorandi nel laboratorio di Yoo oltre a Woo Kyung Kim, un socio di ricerca post-dottorato.
Un altro studio precedente della squadra di Yoo ha dimostrato che l’esposizione agli stessi due microRNA, miR-9 e miR-124, oltre a un diverso mix di fattori di trascrizione, poteva trasformare le cellule cutanee in un diverso tipo di neurone. In questo caso, le cellule cutanee sono diventate neuroni spinali che sono colpiti nella malattia di Huntington, un disordine genetico ereditato, eventualmente fatale, che provoca movimenti muscolari involontari e declino cognitivo che inizia nell’età media.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno affermato che i neuroni motori convertiti sono stati confrontati positivamente con i normali neuroni motori del topo, sia in termini di geni che vengono accesi e spenti che in termini di funzionamento.
In futuro i ricercatori studieranno campioni di neuroni donati post-mortem per determinare in che misura questi nuovi neuroni motori derivati da cellule della pelle sono simili ai neuroni motori naturali umani.
Fonte: Cell Stem Cell
