Ricerche recenti sulla rigenerazione dei tessuti a vantaggio del cuore danneggiato
Terapie con cellule staminali e approcci incentrati sui materiali sono attualmente impiegati con l’intento di trovare dei modi per rendere la rigenerazione dei tessuti cardiaci meno dannosa. Il successo, tuttavia, è stato finora limitato dalla mancanza di conoscenze dettagliate in merito ai meccanismi alla base della rigenerazione e alle tecnologie che guidano il processo rigenerativo. Come spiegano le ricercatrici a capo del progetto StressFate, le professoresse Cecilia Sahlgren e Carlijn Bouten, affinché il processo rigenerativo formi un tessuto contrattile funzionale sono necessari la specializzazione delle cellule staminali cardiache e il rimodellamento della matrice extracellulare. Un possibile percorso in questo senso è stato studiato dal progetto Stressfate, con risultati intriganti. Quello che è conosciuto come percorso di segnalazione Notch (un percorso di comunicazione da cellula a cellula che regola lo sviluppo, l’omeostasi e la riparazione dei tessuti cardiovascolari) offre un bersaglio terapeutico unico per la rigenerazione del cuore. «Ma non sappiamo nulla dell’interazione tra Notch e il microambiente biomeccanico», afferma la prof.ssa Sahlgren. «Pertanto, abbiamo mirato a sviluppare un sistema modello in vitro utilizzando la differenziazione in situ delle cellule staminali cardiache su microtessuto tridimensionale.» Il microtessuto è un «gel» tridimensionale costituito da componenti di matrice extracellulare naturale contenenti cellule staminali cardiache. Questo gel può venire stimolato in diversi modi: elettronicamente, aggiungendo altri tipi di cellule, modificando i livelli di ossigeno e dei nutrienti o per via meccanica. Tramite la stimolazione meccanica, il gel viene espanso ritmicamente per imitare il battito del cuore. Una maggiore comprensione del modo in cui Notch influenza la biomeccanica del cuore «Abbiamo dimostrato che il fattore di riparazione cardiaca, Notch, è regolato in modo determinante dal microambiente. Ad esempio, la stimolazione meccanica, i livelli di ossigeno e le condizioni di crescita tridimensionale (attraverso le quali le cellule staminali cardiache crescono a forma di sferoidi, a sostegno del contatto tra cellula e cellula) consentono la formazione di ossigeno e di gradienti di nutrienti», afferma la prof.ssa Sahlgren. Ottimizzare le condizioni di crescita dei microtessuti è stato impegnativo: modificando sistematicamente un elemento alla volta, il gruppo di ricerca è stato in grado di comprendere le modalità con cui i parametri del modello di tessuto influenzavano il percorso. StressFate ha dunque attestato l’importanza tanto delle reazioni chimiche e meccaniche, quanto dell’organizzazione cellulare. Come dichiara la prof.ssa Bouten, «negli studi futuri, sarà fondamentale imitare la fisiologia del cuore altrettanto bene. Anche le cellule staminali cardiache umane richiedono un trattamento esperto». Il risultato più significativo del progetto è la consapevolezza del fatto che, per comprendere e indirizzare la segnalazione Notch nella rigenerazione cardiaca, è necessario condurre ricerche e valutare tecnologie rigenerative imitando l’ambiente fisiologico tramite sistemi modello. I microtessuti cardiaci ingegnerizzati offrono questa possibilità. «StressFate ha inoltre dimostrato che la meccanica e Notch sono interconnessi e che abbiamo bisogno di comprendere più dettagliatamente questo rapporto per sviluppare nuovi trattamenti rigenerativi», afferma la prof.ssa Sahlgren. Il lavoro svolto nell’ambito del progetto non è terminato: il gruppo, infatti, sta continuando ad analizzare le modalità di interazione tra Notch e la meccanica nei tessuti cardiovascolari e sta inoltre sviluppando tecnologie per controllare e rilevare la segnalazione Notch nell’ingegneria cardiovascolare, così da far fiorire una nuova fase della ricerca. Le prof.sse Bouten e Sahlgren sono attualmente intente a sviluppare tecnologie per la rilevazione dell’attività Notch, o la mancanza della stessa, e per la riattivazione della segnalazione Notch su richiesta. La visione a lungo termine è quella di combinare il rilevamento e il controllo molecolare allo scopo di attivare la rigenerazione dei tessuti cardiaci a seguito di un infarto miocardico.
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