Ricercatori biomedici della Texas A&M University riferiscono di aver trovato un modo per arrestare o addirittura invertire la perdita di energia cellulare associata ai danni e all’invecchiamento. Se studi futuri confermeranno i risultati, questa scoperta potrebbe portare a cambiamenti significativi nel trattamento di molte malattie in medicina.
Il declino dei mitocondri può indebolire le cellule
I mitocondri sono componenti piccoli ma estremamente importanti di quasi tutte le cellule del corpo e vengono spesso definiti “centrali energetiche della cellula”. Generano la maggior parte dell’energia di cui il corpo ha bisogno convertendo la scomposizione dei nutrienti nella moneta energetica universale ATP. Oltre a questo compito centrale, svolgono un ruolo importante nel metabolismo, ad esempio nella scomposizione degli acidi grassi, e possono anche produrre calore se necessario. I mitocondri hanno un DNA proprio, ereditato esclusivamente per via materna, il che indica che sono originariamente emersi da batteri indipendenti. Sono inoltre coinvolti nel controllo della morte cellulare programmata, un meccanismo importante per eliminare le cellule danneggiate o pericolose. Uno stile di vita sano con esercizio fisico, dieta equilibrata, buon sonno e poco stress favorisce le loro prestazioni.
Quando le cellule umane invecchiano o sono danneggiate da malattie degenerative come l’Alzheimer o da influenze nocive come i farmaci chemioterapici, la loro capacità di produrre energia diminuisce costantemente. Una delle ragioni principali è la diminuzione del numero di mitocondri, che forniscono la maggior parte dell’energia consumata da una cellula. Che si tratti di tessuto cerebrale, muscolo cardiaco o altri organi, il declino dei mitocondri porta a cellule più deboli e meno sane, che alla fine non sono più in grado di svolgere le loro funzioni essenziali.
Il dottor Akhilesh K. Gaharwar e il dottorando John Soukar, insieme ai colleghi del Dipartimento di Ingegneria Biomedica, hanno sviluppato una tecnica per rifornire le cellule danneggiate di mitocondri freschi. Ripristinando questi piccoli produttori di energia, il metodo può riportare la produzione di energia ai livelli precedenti e migliorare significativamente la salute generale delle cellule. Il declino mitocondriale è stato collegato all’invecchiamento, alle malattie cardiache e a diverse patologie neurodegenerative. Una strategia che stimoli la capacità naturale dell’organismo di sostituire i mitocondri esauriti potrebbe, in linea di principio, contribuire ad affrontare tutti questi problemi contemporaneamente.
I nanoflussi trasformano le cellule staminali in donatori di mitocondri
Lo studio, pubblicato nei Proceedings of the National Academy of Sciences, ha combinato particelle microscopiche a forma di fiore chiamate nanofiore con cellule staminali. Quando le cellule staminali sono state esposte a questi nanofiore, hanno iniziato a produrre circa il doppio dei mitocondri rispetto al solito. Quando le cellule staminali rafforzate sono state poste accanto a cellule danneggiate o invecchiate, hanno trasmesso i mitocondri in più a queste cellule vicine e danneggiate. Una volta rifornite di nuovi mitocondri, le cellule precedentemente danneggiate sono state in grado di ripristinare la produzione di energia e la normale attività. Queste cellule rivitalizzate non solo hanno migliorato i livelli di energia, ma sono anche diventate più resistenti alla morte cellulare, anche quando sono state esposte a trattamenti dannosi come la chemioterapia.
“Abbiamo addestrato le cellule sane a condividere le loro batterie di riserva con quelle più deboli”, ha detto Gaharwar, professore di ingegneria biomedica. “Aumentando il numero di mitocondri nelle cellule donatrici, possiamo aiutare le cellule invecchiate o danneggiate a recuperare la loro vitalità, senza modifiche genetiche o farmaci”. Sebbene le cellule siano naturalmente in grado di scambiare piccole quantità di mitocondri, le cellule staminali trattate con i nanoflussi, che il team definisce biofabbriche mitocondriali, hanno trasferito da due a quattro volte più mitocondri rispetto alle cellule staminali non trattate. “L’aumento multiplo dell’efficienza ha superato le nostre aspettative”, ha dichiarato Soukar, autore principale dello studio. “È come mettere una nuova batteria in un vecchio apparecchio elettrico. Invece di buttarle via, abbiamo inserito batterie completamente cariche da cellule sane in cellule malate”.
Durata più lunga dell’effetto delle terapie mitocondriali
I ricercatori hanno provato altri modi per aumentare il numero di mitocondri nelle cellule, ma questi approcci spesso comportano degli svantaggi. I metodi basati sui farmaci si basano su piccole molecole che lasciano le cellule in tempi relativamente brevi, quindi i pazienti possono aver bisogno di trattamenti frequenti e ripetuti per mantenere l’effetto. Al contrario, le nanoparticelle più grandi (circa 100 nanometri di diametro) rimangono nella cellula e continuano a stimolare la produzione mitocondriale in modo più efficace. Di conseguenza, le terapie basate su questa tecnologia di nanofiore potrebbero dover essere somministrate solo una volta al mese. “Si tratta di un primo ma entusiasmante passo verso la rigenerazione dei tessuti invecchiati utilizzando i loro stessi meccanismi biologici”, ha dichiarato Gaharwar. “Se riusciamo a rafforzare in modo sicuro questo sistema naturale di distribuzione dell’energia, un giorno potremmo contribuire a rallentare o addirittura a invertire alcuni degli effetti dell’invecchiamento cellulare”.
I nanoflussi sono fatti di disolfuro di molibdeno, un composto inorganico che può formare diverse forme bidimensionali su scala molto piccola. Il laboratorio di Gaharwar fa parte di un piccolo gruppo di gruppi di ricerca che stanno studiando come il disolfuro di molibdeno possa essere utilizzato per scopi biomedici. Le cellule staminali svolgono già un ruolo centrale nella ricerca d’avanguardia sulla riparazione e la rigenerazione dei tessuti. L’uso dei nanoflussi per migliorare le prestazioni delle cellule staminali potrebbe essere un passo importante per rendere queste cellule ancora più efficaci nelle terapie future.
Approccio versatile per numerosi tessuti
Uno degli aspetti più promettenti di questa tecnica è la sua flessibilità. Sebbene il metodo sia ancora in fase iniziale e necessiti di ulteriori test, in teoria potrebbe essere utilizzato per trattare la perdita di funzionalità di molti tessuti diversi in tutto il corpo. “Si potrebbero usare le cellule in qualsiasi punto del corpo del paziente”, ha detto Soukar. “Per esempio, nel caso della cardiomiopatia, si potrebbero trattare le cellule cardiache inserendo le cellule staminali direttamente nel cuore o vicino ad esso”. Cardiomiopatia è un termine collettivo per indicare le malattie del muscolo cardiaco in cui la struttura o la funzione del muscolo cardiaco è disturbata. Di conseguenza, il cuore non riesce più a pompare bene il sangue o a rilassarsi correttamente.
Distrofia muscolare è un termine generico per un gruppo di malattie muscolari ereditarie in cui i muscoli diventano gradualmente più deboli e degenerano. Ciò è causato da cambiamenti (mutazioni) nei geni importanti per lo sviluppo o la stabilità delle cellule muscolari. Di conseguenza, le cellule muscolari non sono più in grado di mantenere la loro normale funzione e alla fine muoiono. Secondo i ricercatori, le cellule staminali possono essere iniettate direttamente nel muscolo per trattare la distrofia muscolare. Il metodo è estremamente promettente in quanto può essere utilizzato in diversi casi. Le nuove scoperte potrebbero portare a nuovi metodi di trattamento per diverse malattie.
Neuroscienziati scoprono cellule immunitarie che potrebbero rallentare il processo di invecchiamento
Altri ricercatori hanno identificato un nuovo gruppo di cellule T helper che sembrano proteggere dall’invecchiamento eliminando le cellule senescenti dannose. La loro presenza nei supercentenari suggerisce che potrebbero essere la chiave per mantenere un sistema immunitario più sano e adeguato all’età.
Il Prof. Alon Monsonego della Ben-Gurion University of the Negev ha scoperto che i linfociti T helper, cellule immunitarie coinvolte nella regolazione delle difese dell’organismo, cambiano la loro funzione con l’età. Questi cambiamenti possono riflettere l’età biologica di una persona, che può non corrispondere all’età cronologica. Nell’ambito di questi cambiamenti, il team di ricerca (i laboratori del Prof. Monsonego e della Prof.ssa Esti Yeger-Lotem) ha identificato un gruppo precedentemente sconosciuto di cellule T helper che diventano più abbondanti con l’età. L’importanza di questa scoperta è diventata più chiara quando uno studio giapponese sui supercentenari, persone che hanno superato i 100 anni, ha rilevato che lo stesso sottogruppo di cellule T helper era abbondante nel loro sistema immunitario. Il Prof. Monsonego ritiene che queste cellule possano contribuire a mantenere una risposta immunitaria adeguata alla fase della vita di una persona. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Aging.
Uno speciale sottogruppo di cellule T helper potrebbe racchiudere il segreto per una vita più sana e più lunga
Gli scienziati descrivono l’invecchiamento come un processo in cui le cellule perdono gradualmente la capacità di riparare i danni di routine. Quando ciò accade, il corpo mostra i segni dell’invecchiamento. Le cellule senescenti, che si formano naturalmente quando sono correttamente regolate, diventano dannose quando si accumulano, in quanto possono scatenare infiammazioni e danni ai tessuti. I ricercatori hanno scoperto che alcune cellule T helper, il cui numero aumenta inaspettatamente con l’età, hanno capacità letali. Queste cellule aiutano a rimuovere le cellule senescenti e quindi a limitarne gli effetti negativi. Il lavoro del Prof. Monsonego ha dimostrato che una riduzione del numero di queste cellule T helper nei topi ha portato a un invecchiamento più rapido degli animali e a una riduzione della loro durata di vita. Questo sottoinsieme insolito e altamente specializzato di cellule T helper continua ad aumentare con l’età e sembra svolgere un ruolo importante nel rallentare il processo di invecchiamento.
Poiché le cellule T helper cambiano con l’età e sembrano svolgere un ruolo centrale nel processo di invecchiamento, il professor Monosonego e il suo team propongono di monitorare questi modelli immunitari nelle persone a partire dai 30 anni. Tale monitoraggio potrebbe fornire indicazioni sulla rapidità dell’invecchiamento biologico di una persona e aiutare a intervenire tempestivamente per sostenere un invecchiamento sano. Tra l’età biologica e quella cronologica possono esserci differenze di diversi decenni.
“Si dice che per invertire il processo di invecchiamento e “ringiovanire” il sistema immunitario sia necessario riportarlo allo stato di chi ha 20 anni. Tuttavia, la nostra ricerca dimostra che non è così. Le persone non hanno bisogno di un sistema immunitario sovraccarico, ma di un sistema che funzioni correttamente e che sia adatto alla loro fase di vita. Pertanto, una delle ‘ipotesi di base’ sul rallentamento del processo di invecchiamento potrebbe essere sbagliata”, afferma il Prof. Monsonego. Le cellule appena identificate non solo offrono nuove conoscenze sul processo di invecchiamento, ma potrebbero anche essere utili per la diagnosi e i futuri trattamenti dell’invecchiamento disregolato, della longevità e delle malattie legate all’età.