Lavorare con il sistema immunitario per migliorare la riparazione delle ossa
I grandi difetti ossei sono lacune dell’osso che possono verificarsi dopo l’asportazione di un tumore, in seguito a un’infezione o a un trauma. Queste lacune sono troppo grandi perché il corpo possa guarire e richiedono un intervento medico. Gli approcci attuali includono l’inserimento di biomateriale per promuovere la rigenerazione ossea. Tuttavia, molti di questi materiali vengono rilevati dal sistema immunitario dell’organismo e respinti, scatenando l’infiammazione. Questo può rallentare la guarigione anziché indurre una risposta rigenerativa. «I ricercatori come noi stanno cercando di lavorare con il sistema immunitario piuttosto che contro di esso», afferma Cansu Gorgun, ex borsista delle azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra) (MSCA) presso il Collegio reale dei chirurghi in Irlanda(si apre in una nuova finestra) e ora ricercatrice di ruolo presso l’Università di Genova. «Attraverso quella che chiamiamo immunoingegneria, cerchiamo di mettere a punto la risposta dell’organismo in modo che l’ambiente diventi più favorevole a una corretta rigenerazione dei tessuti», aggiunge l’esperta. Attraverso il progetto METABOLATE, finanziato dalle MSCA, Gorgun e i suoi colleghi si sono concentrati sulle vescicole extracellulari (EV), minuscole particelle rilasciate dalle cellule del corpo che trasportano segnali di comunicazione biologica. La ricercatrice intende sviluppare un’impalcatura che includa le EV per massimizzare la riparazione ossea. L’idea è che, una volta attaccate ai biomateriali, le EV possano trasferire questi messaggi biologici alle cellule circostanti nell’area ossea danneggiata e stimolare il processo di guarigione. «È già stato dimostrato che le EV delle cellule staminali migliorano la rigenerazione ossea in modo più efficace delle cellule stesse», osserva. «Ma nessuno aveva testato questo aspetto utilizzando le EV derivate da cellule immunitarie umane, ed è proprio questo l’obiettivo del nostro progetto».
Riprogrammazione dei macrofagi per promuovere la riparazione ossea
METABOLATE si è concentrato sui macrofagi, le principali cellule immunitarie coinvolte nella guarigione ossea. Quando un osso è danneggiato, i macrofagi assumono dapprima un ruolo pro-infiammatorio per eliminare i detriti e combattere l’infezione, quindi passano a uno stato antinfiammatorio che favorisce la riparazione del tessuto e la formazione di nuovo osso. I ricercatori hanno studiato se questa transizione potesse essere guidata riprogrammando il metabolismo dei macrofagi con piccole molecole. Utilizzando questo approccio, hanno generato EV ibride con segnali pro- e anti-infiammatori da macrofagi riprogrammati e ne hanno testato gli effetti su cellule staminali umane del midollo osseo e dell’endotelio. Le hanno incorporate in impalcature di collagene-nanoidrossiapatite, le hanno testate in vitro e, con l’aiuto di un partner del progetto, hanno analizzato ulteriormente le EV per capire quali segnali molecolari trasportano. «Tutto questo lavoro è stato svolto in laboratorio e non ci sono ancora studi clinici, ma i risultati sono molto incoraggianti», aggiunge l’autrice.
Aprire un percorso per ingegnerizzare il sistema immunitario
Il risultato principale del progetto è che non esiste un fenotipo di macrofago «buono» o «cattivo» per la guarigione ossea. «In realtà abbiamo bisogno di macrofagi pro e anti-infiammatori che lavorino insieme per una rigenerazione efficiente», spiega l’esperta. «Soprattutto, questo è il primo studio che dimostra il ruolo delle EV derivate da macrofagi umani nella riparazione ossea». Il team ha scoperto che queste EV influenzano la formazione di nuovi vasi sanguigni e tessuto osseo. «Questo apre una nuova strada per l’ingegneria del sistema immunitario a supporto della riparazione ossea», osserva.
Guidare il sistema immunitario per la rigenerazione ossea
I ricercatori stanno ora lavorando sui biomateriali per capire meglio come si comportano nelle diverse fasi del processo di guarigione e per migliorare la stabilità e la longevità delle impalcature. «Riteniamo che, combinando l’immunoingegneria con le EV, possiamo progettare impianti più intelligenti che guidano il sistema immunitario per aumentare il potenziale terapeutico della rigenerazione dei tessuti», afferma la ricercatrice.
