Fibrosi cistica, mini-polmoni per testare nuovi farmaci

Pneumologia
Dalle cellule staminali, derivate dalla pelle dei pazienti affetti da fibrosi cistica, sono stati creati dei “mini-polmoni”; tale successo è stato ottenuto dai ricercatori dell’Università di Cambridge che hanno dimostrato come le cellule staminali possano essere utilizzate per testare nuovi potenziali farmaci per questa malattia polmonare debilitante.

Questa ricerca è solo una di una serie di studi che hanno utilizzato le cellule staminali per creare dei mini-organi che simulano il comportamento e il funzionamento degli organi all’interno del corpo. Gli scienziati utilizzano questa tecnica per capire come avvengono alcune malattie e per testare potenziali farmaci, in alternativa alla sperimentazione animale.

La fibrosi cistica è prevalentemente una condizione monogenica anche se, in alcuni casi, la mutazione responsabile potrebbe differire tra pazienti. Una delle caratteristiche principali della fibrosi cistica è che i polmoni si presentano sopraffatti da muco addensato causando difficoltà nella respirazione e aumentando l'incidenza delle infezioni respiratorie. Anche se i pazienti hanno una breve aspettativa di vita, i progressi nel trattamento ottenuti negli ultimi anni  hanno notevolmente migliorato le prospettive.

I ricercatori della Wellcome Trust-Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute hanno pubblicato lo studio sullo Stem Cells and Development.

Gli scienziati, guidati dal dottor Nick Hannan hanno utilizzato le cellule staminali, derivate dalla pelle dei pazienti con la più comune forma di fibrosi cistica, causata dalla mutazione delta-F508 nel gene Cftr; queste cellule sono state convertite in cellule staminali pluripotenti indotte per poi spingerle a differenziarsi nei tessuti delle vie aeree distali, a livello delle quali avvengono gli scambi gassosi e che sono coinvolti in caso di fibrosi cistica o di altre malattie polmonari, come l’enfisema o il cancro polmonare.

"In un certo senso, quello che abbiamo creato sono dei mini-polmoni” ha spiegato il dottor Hannan "Anche se rappresentano solo la parte distale dei tessuti polmonari”; il ricercatore ha voluto sottolineare la grandiosità di questa riproduzione del tessuto affermando “Questi mini-polmoni sono ottenuti da cellule umane, attivando il processo di gastrulazione, e quindi possono essere considerati dei modelli più affidabili rispetto ai tradizionali modelli animali, come ad esempio il topo”.

Questi modelli umani possono essere utilizzati per scoprire maggiormente gli aspetti chiave delle malattie più gravi, in questo caso della fibrosi cistica.

La mutazione genetica delta-F508 nel gene Cftr provoca malfunzionamenti che sono dovuti all’inadeguatezza di espressione della proteina sulla superficie cellulare, dove dovrebbe facilitare il movimento del cloruro dentro e fuori dalle cellule. Questo a sua volta riduce il movimento dell’acqua all’interno dell’organo e, come conseguenza, il muco diventa particolarmente denso e incline alle infezioni batteriche  che col tempo condurrebbero alla cicatrizzazione del tessuto, quindi alla fibrosi.

Utilizzando un colorante fluorescente, sensibile alla presenza del cloruro, i ricercatori hanno verificato il corretto funzionamento di questi mini-polmoni osservando il passaggio del cloruro nelle cellule e quindi il passaggio della fluorescenza; le cellule malfunzionanti derivate dai pazienti con fibrosi cistica non avrebbe consentito tale passaggio e la fluorescenza non sarebbe cambiata.

Questa tecnica ha permesso ai ricercatori di mostrare che i mini-polmoni potrebbero essere utilizzati in linea di principio per testare potenziali nuovi farmaci; “Questa è la prima dimostrazione che le cellule staminali endodermiche multipotenti possono differenziarsi non solo in cellule del fegato e del pancreas ma anche nell'endoderma dei polmoni. Per di più il nostro studio mette a disposizione un nuovo approccio per generare cellule polmonari funzionali che possano essere utilizzate sia come modello di malattie sia per testare farmaci e studiare lo sviluppo dei polmoni”, ha concluso il dottor Hannan che si ritiene, insieme ai suoi colleghi, fiducioso perché questo modello potrebbe permettere di testare decine di centinaia di composti e sviluppare mini polmoni con altre malattie come il tumore ai polmoni e la fibrosi polmonare idiopatica, fornendo dati più affidabili ed eticamente più corretti.

Monica Guarini

Nicholas Ray-Francis Hannan N. RF. et al. Generation of Distal Airway Epithelium from Multipotent Human Foregut Stem Cells  Stem Cells and Development. March 2015, ahead of print.
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