L’incapsulamento delle singole cellule da trapiantare è un processo efficiente e aumenta fino a 10 volte la sopravvivenza delle cellule trapiantate
Le cellule mesenchimali stromali (MSC) - una tipologia di cellule staminali adulte e indifferenziate - sono in grado di secernere composti che regolano il sistema immunitario e, in studi preclinici su modelli animali, hanno mostrato risultati promettenti. Purtroppo, gli studi clinici sugli esseri umani sono stati deludenti, perché i composti vengono eliminati velocemente dal corpo e l’incapsulazione delle MSC in biomateriali protettivi è stata poco efficiente, finora, a causa delle eccessive dimensioni delle capsule. Una nuova ricerca clinica, pubblicata di recente su PNAS, dimostra l’efficacia di una tecnologia di incapsulamento a singola cellula che protegge le MSC trapiantate e migliora il tasso di successo dei trapianti in modelli murini.
I trapianti di midollo osseo delle cellule staminali ematopoietiche sono diventati un trattamento standard per diverse condizioni, tra cui ad esempio i linfomi e le leucemie. Sfortunatamente, molti trapianti di midollo osseo falliscono a causa del rigetto da parte del sistema immunitario del paziente o della malattia acuta da rigetto (Graft Versus Host Disease – GVHD), in cui le cellule del donatore attaccano le cellule sane del paziente. Entrambi possono avere conseguenze gravi ed essere fatali. I ricercatori di Harvard, coordinati dal Professor David J. Mooney, hanno trovato la soluzione al problema nell’incapsulamento delle singole cellule MSC: questo potrebbe portare ad un notevole passo avanti nell’efficienza delle terapie cellulari, anche grazie al fatto che queste capsule possono essere congelate e scongelate con un minimo impatto sulle cellule stesse. Questo progresso si basa su un metodo precedentemente sviluppato dal gruppo di ricerca - e pubblicato su Nature Materials nel 2016 - e utilizza un dispositivo microfluidico per rivestire singole cellule viventi con un sottile strato di idrogel a base di alginato, creando il cosidetto ‘microgel’. Il processo ha un’efficienza del 90% nei topi e i microgel sono adatti per essere iniettati per via endovenosa (a differenza delle tecniche di incapsulamento sperimentate in precedenza). Sempre in modelli preclinici, le MSC incapsulate sono rimaste nell’organismo 10 volte più a lungo delle MSC senza capsula, confermando l’utilità della tecnica per aumentare la sopravvivenza delle cellule staminali.
Un parametro importante per la gestione del sistema immunitario dell’ospite sono le sostanze che le MSC secernono: punto fondamentale della ricerca è quello di capire se l’incapsulamento delle cellule influenzi la capacità delle cellule di funzionare e resistere ad un attacco immunitario. Per indurre una risposta immunitaria, il gruppo ha incubato le cellule incapsulate in un terreno contenente siero di bovino fetale, riconosciuto come estraneo. Quando sono state iniettate nei topi, i risultati sono stati migliori rispetto all’assenza di attivazione immunitaria, ma le MSC incapsulate avevano un effetto 5 volte inferiore rispetto a quelle senza capsula, il che indica che probabilmente la capsula agisce da barriera limitando i processi di secrezione. Esponendo le MSC a fattori infiammatori (citochine), la loro risposta, in condizioni normali, è un aumento nell’espressione di geni e proteine legate al sistema immunitario: incapsulate o meno, i livelli di espressione sono comparabili, dimostrando che i microgel non alterano le funzioni interne delle MSC. I ricercatori hanno iniettato i microgel contenenti MSC assieme al midollo osseo nei topi, metà dei quali erano immuno-compatibili, mentre l’altra metà no. I topi che hanno ricevuto le MSC incapsulate avevano più del doppio della frazione di cellule di midollo osseo da donatore nel loro midollo e sangue dopo nove giorni, rispetto agli altri. Le MSC incapsulate hanno anche portato a un maggior grado di innesto delle cellule estranee nel midollo osseo ospite.
Uno dei punti di forza di questo studio è che viene utilizzato un approccio non genetico per aumentare drasticamente la sopravvivenza cellulare nei casi di trapianto di cellule mesenchimali stromali. Questo è un aspetto importantissimo per il successo dei trapianti e potrebbe anche essere più efficiente rispetto a modificare le cellule immunitarie.
