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Scienziati sostituiscono microglia malfunzionanti, le cellule 'aspirapolvere' legate ai disturbi neurologici

microglia replacement 3 methodsSchema dei metodi di sostituzione delle microglia testati (mrBMT, mrPB e mrMT), con (a destra) il risultato della percentuale di cellule sostituite (blu=sostituite, rosse=originali).

Ricercatori della Fudan University di Shanghai, in Cina, hanno sviluppato tre diverse tecniche che riescono a sostituire quasi tutte le microglia malfunzionanti, ognuna di esse con i propri pro e contro. I ricercatori hanno pubblicato i risultati l'11 agosto 2020 su Cell Reports.


Le microglia sono un tipo specializzato di cellule del sistema immunitario che si trovano in tutto il sistema nervoso centrale, compreso il cervello, la retina e il midollo spinale. Il loro compito principale è proteggere i neuroni del sistema nervoso centrale inghiottendo agenti patogeni, cellule tumorali, sostanze estranee e detriti cellulari.


Sono un po' come un aspirapolvere che il sistema immunitario usa per tenere pulito il sistema nervoso centrale. Il malfunzionamento delle microglia è associato a molte malattie neurologiche come l'Alzheimer, la SLA e il Parkinson. La terapia genica per sostituire i geni difettosi legati alle microglia, con altri che funzionano correttamente, ha un enorme potenziale per alleviare o forse un giorno addirittura eliminare tali malattie.


Tuttavia, fino ad ora, tali sforzi in laboratorio o i test sugli animali hanno in gran parte fallito molto prima di arrivare alle sperimentazioni cliniche sull'uomo. I tentativi di trapiantare le microglia o il midollo osseo (perché quest'ultimo è l'origine principale di nuove cellule staminali che possono differenziarsi in microglia) finiscono solo per sostituire al massimo il 5% delle microglia difettose.


Altre strategie che hanno avuto più successo, quando testate sui topi, richiedono la soppressione del sistema immunitario degli animali e che questi siano ancora nella fase neonatale della vita. Ciò significa che è impossibile usare tale strategia in qualsiasi applicazione clinica nel mondo reale per gli esseri umani.


In un precedente studio, lo stesso team aveva notato che quando eliminavano con farmaci quasi tutte le microglia esistenti, le poche che rimanevano avevano una capacità sorprendente di proliferare. Ciò ha suggerito loro che per indurre qualsiasi microglia, nativa o trapiantata, a proliferare sostanzialmente, è necessario promuovere una 'nicchia' completamente vuota di microglia, in cui crescono nuove cellule.


Così i ricercatori hanno replicato questo effetto, alimentando per due settimane dei topi adulti normali con una dieta che comprendeva un farmaco che inibisce la produzione di una molecola necessaria per la sopravvivenza delle microglia. Solo dopo che tutte le microglia sono state spazzate via, i ricercatori hanno tentato un trapianto di midollo osseo. Questa volta, è stato sostituito circa il 93% della microglia nel cervello, il 99,5% nella retina, e il 93% nel midollo spinale.


Hanno chiamato questa tecnica 'sostituzione microglia' (mr, microglia replacement), perché in pratica tutte le vecchie microglia sono sostituite da quelle nuove, dal trapianto di midollo osseo (mrBMT, microglia replacement Bone Marrow Transplant). "Noi pronunciamo l'acronimo della tecnica «mister BMT»", ha detto Bo Peng, l'autore senior e professore dell'Istituto per la Ricerca Traslazionale sul Cervello della Fudan University. "È un nome carino, ed è più facile da dire e da ricordare".


Nonostante l'impressionante efficienza di sostituzione della tecnica mrBMT, le cellule del midollo osseo sono piuttosto scarse nella pratica clinica. Così i ricercatori hanno provato la stessa tecnica (eliminare le microglia esistenti prima del trapianto) con cellule del sangue periferico, invece di quelle del midollo osseo. (Il sangue periferico è quello che circola in gran parte del corpo, distinto dalle cellule del sangue che restano chiuse nel fegato, nella milza e in altri settori che hanno il proprio tipo specializzato di sangue. Tale sangue è abbondante e facilmente acquisibile).


Questa seconda tecnica, chiamata mrPB, (pronunciato "mister PB"), ha sostituito l'80% delle microglia. Così tra le due tecniche, c'è compensazione: la mrBMT offre la sostituzione quasi completa delle microglia, ma le fonti di donatori sono difficili da trovare, mentre la mrPB offre donatori facili da trovare, ma la sostituzione delle microglia è meno efficiente. A volte, però, un paziente potrebbe aver bisogno che siano sostituite le microglia solo in una parte specifica del cervello, senza influenzare il resto.


Perciò i ricercatori hanno ottimizzato ancora di più il loro concetto, usando la mrBMT prima di sostituire le cellule residenti con microglia chimicamente sensibili. Dopo di che, hanno applicato il tamoxifene per indurre un frammento di una tossina difterica a uccidere le cellule sostituito con mrBMT. Nel frattempo, hanno iniettato direttamente microglia normali, che non rispondono al tamoxifene, in una regione specifica del cervello, con una siringa. Mentre le microglia ottenute con mrBMT e mrPB hanno alcune lievi differenze con le cellune regolari, la terza tecnica, mrMT, produce microglia quasi indistinguibili dal tipo normale.


"Ognuno dei tre approcci ha i suoi meriti e limiti", ha detto Peng, "ma ognuno è anche più adatto per diversi scenari di applicazione. La speranza è che tutti e tre insieme aprano una nuova era per il trattamento dei disturbi del sistema nervoso centrale associati alle microglia".


I ricercatori ora vogliono sperimentare le loro tre tecniche su animali, con ulteriori studi finalizzati alla riduzione del morbo di Alzheimer.

 

 

 


Fonte: Fudan University via EurekAlert! (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti:

  • Zhen Xu, Yanxia Rao, ..., Bo Peng. Efficient Strategies for Microglia Replacement in the Central Nervous System. Cell Reports, 11 Aug 2020, DOI
  • Yubin Huang, Zhen Xu, ..., Bo Peng. Repopulated microglia are solely derived from the proliferation of residual microglia after acute depletion. Nature Neuroscience, 22 Feb 2018, DOI
  • Yubin Huang, Zhen Xu, ..., Bo Peng. Dual extra-retinal origins of microglia in the model of retinal microglia repopulation. Cell Discovery, 27 Feb 2018, DOI

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