Gli scienziati hanno progettato cellule della cartilagine per produrre un farmaco antinfiammatorio quando sono sotto stress.
Il farmaco ha bloccato gli effetti distruttivi dell'infiammazione, evidenziando il potenziale dell'approccio. In futuro cartilagine e tessuti sostitutivi potrebbero essere "progettati" per difendersi da soli dal rigetto.
Perché "programmare" la cartilagine per curarsi da sola
Articolazioni come quelle di ginocchia e mani fanno affidamento sul tessuto cartilagineo per impedire alle ossa di sfregarsi insieme. L'usura nel corso della vita può causare la rottura della cartilagine, e la dolorosa condizione chiamata artrosi.
I sintomi dell'osteoartrosi possono includere dolori articolari, rigidità e gonfiore. Centinaia di milioni di adulti nel mondo convivono con questa condizione. Attualmente, non esistono trattamenti per prevenire o invertire la sua progressione.
I ricercatori sono stati interessati a far crescere nuova cartilagine in laboratorio per poterla impiantare nelle articolazioni. Tuttavia, le articolazioni con artrite contengono molte molecole che promuovono l'infiammazione cronica. Questa infiammazione, oltre allo stress fisico prodotto dal normale movimento, può distruggere rapidamente anche la cartilagine sostitutiva.
La ricerca
Un gruppo di ricerca guidato dal dottor Farshid Guilak della Washington University di St. Louis ha testato se le cellule della cartilagine potrebbero essere progettate per proteggersi dall'infiammazione. In uno studio proof-of-concept, il team ha alterato le cellule della cartilagine dei maiali per produrre una molecola antinfiammatoria quando stressate.
I risultati sono stati pubblicati su Science Advances.
I ricercatori hanno prima identificato una proteina chiamata TRPV4 nella membrana delle cellule della cartilagine che rileva le alterazioni all'interno delle cellule sotto compressione. Hanno scoperto che TRPV4 viene attivata da un cambiamento nel fluido nelle cellule chiamato carico osmotico. La proteina può anche essere innescata da forze meccaniche.
La reazione è notevole
Il team ha dimostrato che, in risposta alle sollecitazioni, TRPV4 attiva percorsi genetici specifici nelle cellule della cartilagine associate all'infiammazione e al metabolismo.
I ricercatori hanno modificato questi circuiti genetici per produrre una molecola antinfiammatoria chiamata antagonista del recettore dell'interleuchina-1 (IL-1Ra). Le cellule con questi circuiti sono state quindi coltivate per formare la cartilagine.
Cartilagine autocurante
Quando esposte a forze meccaniche o carico osmotico, le cellule ingegnerizzate hanno prodotto IL-1Ra. I tempi e la durata della produzione dipendevano dal circuito genetico utilizzato.
Questo suggerisce che la produzione potrebbe essere personalizzata sfruttando diversi percorsi cellulari che si attivano e disattivano in momenti diversi. Cartilagine che grazie alla bioingegneria produce "cure" in momenti diversi, e in risposta a diversi tipi di sollecitazione.
Infine, i ricercatori hanno testato se la produzione di IL-1Ra potesse proteggere le cellule della cartilagine in un ambiente infiammatorio. Un ambiente simile a quello osservato nell'osteoartrite.
Hanno perciò esposto la cartilagine ingegnerizzata sia a una molecola infiammatoria che a un carico osmotico per tre giorni.
Chi fa da sé fa per tre
Alla fine di quel periodo, la cartilagine che non produceva IL-1Ra si stava rompendo. Al contrario, la cartilagine che ha prodotto la molecola ha mantenuto la sua struttura e forza.
Questi risultati dimostrano la capacità di ingegnerizzare i tessuti viventi per produrre i propri farmaci terapeutici. "Riteniamo che questa strategia potrebbe permetterci di programmare le cellule per fornire terapie in risposta a una varietà di problemi medici", dice Guilak.
