In un documento pubblicato online in natura Biotecnologie il 16 dicembre, i ricercatori, dal Cedars-Sinai Heart Institute di Los Angeles, in California, descrivono come hanno usato un virus per iniettare un singolo gene (Tbx18) in cellule del muscolo cardiaco da riprogrammare per trasformarle in repliche esatte di pacemaker altamente specializzato. L’autore senior Hee Cho Cheol, un ricercatore presso l’Istituto Cuore, dice in una dichiarazione: “Anche se altri hanno già creato primitivi pacemaker biologici , questo studio è il primo a dimostrare che un singolo gene può dirigere la conversione delle cellule muscolari del cuore in cellule pacemaker genuini. ” “Le nuove cellule generano impulsi elettrici spontaneamente che sono indistinguibili dalle native cellule pacemaker”, aggiunge.
Le cellule pacemaker
Il cuore è uno strumento finemente sintonizzato che pompa il sangue in tutto il corpo in un baleno, con un ritmo regolamentato. Il pacemaker o nodo senoatriale (SAN) e costituito da cellule specializzate che generano e inviano impulsi elettrici altamente ordinati impulsi alle cellule muscolari cardiache per farle contrarre ritmicamente. Il segnale elettrico che producono è conosciuto come un ritmo sinusale e può essere registrato con un elettrocardiogramma (ECG) . Il cuore contiene 10 miliardi di cellule, ma meno di 10.000 di queste sono cellule pacemaker. Un ritmo sinusale corretto e sano assicura che le due camere superiori e due inferiori del cuore si contraggono proprio al momento giusto per garantire che il sangue venga pompato senza intoppi. Il ritmo sinusale inizia nel nodo senoatriale (SAN) della camera superiore destra del cuore, dove sono raggruppate cellule pacemaker. Quando le cellule pacemaker funzionano male , il cuore pompa in modo irregolare e spesso l’unica possibilità di sopravvivenza è di avere un pacemaker elettronico , ma questo può realisticamente essere fatto solo per i pazienti abbastanza sani per sottoporsi ad intervento chirurgico.
Da cellula del cuore a cellula Pacemaker con l’uso di un singolo gene
I Cedars-Sinai ricercatori hanno utilizzato un virus progettato per inserire un singolo gene, il gene Tbx18, in cardiomiociti (cellule del muscolo cardiaco) per trasformarli in cellule pacemaker. Tbx18 svolge un ruolo importante nello sviluppo delle cellule pacemaker nell’embrione. Riprogrammate , le cellule pacemaker di nuova creazione, chiamate “cellule indotte SAN” o cellule ISAN avevano tutte le caratteristiche di pacemaker nativo ed hanno mantenuto le loro SAN caratteristiche simili, anche dopo gli effetti del gene Tbx18 . Il team ha testato le caratteristiche sia in cella culture ( in vitro ) che in cavie vive ( in vivo ).
Perché questo studio è diverso
Studi precedenti sono riusciti a creare cellule pacemaker a partire da cellule del muscolo cardiaco e hanno prodotto cellule pacemaker che possono funzionare da sole. Ma le cellule modificate erano più vicini alle cellule del muscolo cardiaco rispetto alle cellule pacemaker native. Altri hanno provato concellule staminali embrionali per fornire nuove cellule pacemaker. Ma questo approccio comporta il rischio di generare cellule tumorali: un pericolo persistente nell’ utilizzo di cellule staminali embrionali. Cho e colleghi sembrano aver evitato questi ostacoli con semplicità sorprendente: con l’inserimento di un singolo gene direttamente nelle cellule del muscolo cardiaco, hanno prodotto cellule pacemaker che da vicino assomigliano a quelle native e sono esenti dal rischio di cancro .
10 anni di lavoro, ma non è ancora finita
Lo studio è il “culmine di 10 anni di lavoro nel nostro laboratorio per costruire un pacemaker biologico in alternativa ai dispositivi elettronici di stimolazione,” dice il co-autore Eduardo Marban, direttore del Cedars-Sinai Heart Institute e il professor Mark S. Siegel Famiglia .Marban è anche un pioniere nella ricerca sulle cellule staminali cardiache e in precedenza, nel 2012, lui e il suo team hanno presentato i risultati di uno studio clinico in cui hanno riparato( clicca qui) il cuore dopo un attacco, usando le cellule staminali dei pazienti per far ricrescere i muscoli sani del cuore. Secondo i ricercatori, se ulteriori studi confermano il loro approccio, una terapia potrebbe essere sviluppato con Tbx18 che può essereiniettato direttamente nel cuore di un paziente o si possono sviluppare cellule pacemaker in laboratorio per poi trapiantarle nel cuore del paziente . Tuttavia, la terapia sulla base di questo metodo è ancora lontana. Ulteriori studi per dimostrare la sicurezza e l’efficacia sono necessari prima di ntest clinici sull’uomo . Recentemente, l’American Heart Association ha assegnato il prestigioso premio Young Investigator, la N. Louis e Arnold M. Katz Premio per la ricerca di base, a Cho per il suo lavoro sulla tecnologia del pacemaker biologico.
Fonte: Nature Biotechnology , DOI: 10.1038/nbt.2465; link Astratto .
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