Ingegnerizzazione di tessuto epatico da cellule staminali embrionali
Diversamente dalle cellule staminali adulte, le ESC (ricavate da embrioni) possono differenziarsi in qualsiasi cellula o tipo di tessuto si desideri. Tuttavia, nel caso delle cellule epatiche ingegnerizzate (gli epatociti) vari problemi complicano il processo, ad esempio popolazioni cellulari miste, funzione metabolica ridotta al minimo e de-differenziazione sul lungo periodo. Il progetto MICROLIVERMATURATION (Gene network-based maturation of embryonic stem cell-derived hepatocytes in a microfabricated array) ha studiato come risolvere tali problemi. I ricercatori di MICROLIVERMATURATION sono partiti dalla premessa che la modulazione dell’attività dei fattori di trascrizione poteva rendere gli epatociti differenziati simili agli epatociti maturi. Per sviluppare e ottimizzare un protocollo riproducibile di 16 giorni, hanno impiegato un dispositivo microfluidico avanzato, denominato serie di cellule viventi (LCA - living cell array). Il LCA ha molteplici librerie di reporter di proteine fluorescenti verdi (GFP), che consentono di selezionare, monitorare, comprendere e controllare eventi trascrizionali. Sono stati generati epatociti vitali immaturi analoghi a quelli fetali, che esprimono alfa-fetoproteina e albumina. Tali cellule erano estremamente omogenee e simili agli epatociti umani. Sono stati identificati tre agonisti naturali, composti che si legano ai recettori e attivano la risposta biologica. Essi svolgono un ruolo critico nell’attività dei fattori di trascrizione e nella maturazione metabolica delle cellule. I ricercatori del progetto hanno compiuto impressionanti progressi circa i requisiti nutrizionali di un protocollo ottimizzato. Dal lavoro svolto è emerso che una glicolisi potenziata nelle hPSC stimola la produzione di Ac-CoA e la successiva acetilazione degli istoni. L’attivazione mitocondriale nelle prime ore di differenziazione chiude tale via, determinando la de-acetilazione e l’impegno della cellula staminale. È stato accertato che il microbioma è critico nella produzione dei metaboliti fondamentali che controllano lo stadio finale della maturazione degli epatociti. Al momento della transizione dalla nutrizione placentale a quella enterale, il fegato fetale viene esposto ai nuovi metaboliti derivati dal microbioma, che induce gli epatociti ad acquisire un fenotipo maturo. La ricerca ha dimostrato che l’acido litocolico derivato dal microbioma e la vitamina K2 operano in sinergia per indurre il recettore X del pregnano e attivare il metabolismo xenobiotico nascente nelle hPSC. Il lavoro di MICROLIVERMATURATION è il primo a produrre per lo screening di farmacotossicità epatociti derivati da hPSC totalmente funzionali. I risultati hanno dimostrato la tossicità di 12 composti con precisione significativa superiore al 95 %. La ricerca è stata pubblicata in giornali di alto profilo come Cell Metabolism ed Hepatology.
Parole chiave
Fegato, cellule staminali embrionali, hESC, epatociti, serie di cellule viventi, microbioma intestinale, farmacotossicità
