Un nuovo sistema di imaging aiuta a ottimizzare la terapia per l’artrite basata sulle cellule staminali
L’artrite è una patologia invalidante e la malattia più diffusa al mondo. L’osteoartrite, determinata dalla graduale usura della cartilagine nelle articolazioni nel corso del tempo, colpisce circa il 10 % della popolazione mondialee solo in Europa si contano circa 70 milioni di pazienti. Tuttavia, non esiste ancora una cura efficacee la maggior parte dei trattamenti si concentra sull’alleviamento dei sintomi, senza ripristinare la forma o la funzione. Le cellule staminali rappresentano una strada terapeutica promettente, poiché offrono un’opportunità eccezionale di rigenerare la cartilagine danneggiata. L’uso di questa terapia, tuttavia, è ostacolato dall’incapacità di rilevare in tempo reale il successo dell’innesto utilizzando le tecniche di imaging convenzionali. «A frenare il potenziale dei trattamenti con le cellule staminali è la mancanza di conoscenze sulla destinazione delle cellule e sulle loro funzioni all’interno del corpo umano», spiega Martin Leahy, titolare della cattedra di Fisica applicata presso l’Università di Galway.
I limiti delle tecnologie attuali
Le tecnologie di imaging utilizzate al giorno d’oggi non sono in grado di rilevare elementi più piccoli di 1/200 della profondità del tessuto. Inoltre, le cellule staminali hanno un basso contrasto intrinseco, che le rende difficili da vedere. «Questo limita la possibilità di migliorarne le proprietà curative e la sicurezza», afferma Leahy. Leahy ha coordinato il progetto STARSTEM, finanziato dall’UE, che ha proposto una tecnica di imaging innovativa in grado di catturare le cellule staminali umane a livelli clinicamente rilevanti. STARSTEM ha introdotto l’uso di nanostelle d’oro, che assorbono 10 volte più luce rispetto ai coloranti convenzionali e aiutano a individuare le cellule staminali. «Abbiamo potuto osservare a fondo le cellule staminali mesenchimali e le vescicole extracellulari (VE) nelle ginocchia di pecora, che rappresentano il miglior modello di osteoartrite del ginocchio umano, per diversi mesi a seguito dell’iniezione», osserva Leahy. Le cellule staminali mesenchimali sono cellule isolate da un mix che comprende il midollo osseo, mentre le vescicole extracellulari sono minuscole vescicole al loro interno.
Imaging con le nanotecnologie
STARSTEM mirava a sfruttare e migliorare le proprietà offerte dall’imaging fotoacustico, un sistema non invasivo che utilizza i laser per costruire immagini dei tessuti, e di altre sostanze, sotto la pelle. I nanomateriali possiedono alcune proprietà che consentono loro di migliorare questo tipo di sistema di imaging. I ricercatori di STARSTEM hanno dunque internalizzato nelle cellule staminali delle nanostelle d’oro, che aumentano il contrasto e migliorano l’imaging dei tessuti profondi. «Le nanostelle STARSTEM sono state ottimizzate per fornire la massima deposizione di energia e, pertanto, il contrasto fotoacustico di qualsiasi particella», spiega Leahy. «L’energia depositata nelle nanostelle fa vibrare le cellule e i tessuti circostanti più di qualsiasi altra particella, in modo da renderli più facilmente visibili con il sistema fotoacustico», aggiunge. Il team ha ottimizzato ogni parte del processo di imaging, riuscendo così a rilevare il numero più ridotto di cellule staminali mesenchimali e di vescicole extracellulari a profondità clinicamente rilevanti. Attraverso una serie di prove, i ricercatori hanno determinato le dimensioni e la forma ottimali delle nanoparticelle d’oro per migliorare il contrasto dell’imaging. Questi progressi hanno permesso di massimizzare l’assorbimento delle cellule staminali, garantendo al contempo l’assenza di effetti tossici.
Un percorso verso la medicina rigenerativa
I traguardi raggiunti potrebbero aiutare gli scienziati a comprendere meglio il funzionamento delle cellule staminali e favorire il passaggio dalla medicina preventiva a quella rigenerativa. Questa branca della medicina si propone di definire metodi per riparare o sostituire le cellule perse. Si ritiene che sia le cellule staminali mesenchimali che le vescicole extracellulari siano in grado di innescare la guarigione e di sostenere la riparazione dei tessuti all’interno dell’organismo. Il team di STARSTEM punta ora a testare le sue nanostelle d’oro nel corso di studi clinici.
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