Gli scienziati della Duke University riescono a creare muscoli da zero
Partendo da cellule prelevate da pelle, sangue o urina, il team ha sviluppato un metodo per trasformarle in tessuti muscolari funzionanti, che potranno essere usati presto per lo studio di nuove terapie.
Negli ultimi anni, Nenad Bursac ha cercato di creare muscoli da zero.
Ingegnere biologico della Duke, Bursac ci era quasi riuscito nel 2015, quando il suo laboratorio è diventato il primo a coltivare un muscolo scheletrico funzionale umano in coltura. “Funzionale” intesa come parola operativa. Come le fibre muscolari del vostro bicipite ad esempio, i tessuti potevano contrarsi e generare forze in risposta ad impulsi elettrici e a stimoli chimici.
Ma per produrre il tessuto, i ricercatori avevano dovuto isolare i loro materiali di partenza da globi di tessuto muscolare grandi come piselli, presi da soggetti di test umani. Il laboratorio infatti, coltivava muscoli a partire da muscoli. È stato un risultato significativo, ma anche una sorta di delusione: le cellule ricavate dalla biopsia non proliferano bene in laboratorio, per cui produrre un rifornimento consistente è difficile. Inoltre, Bursac è interessato a sviluppare modelli di disturbi muscolari (ad esempio, distrofie muscolari). Ma per lo studio del 2015, il suo laboratorio ha prelevato campioni di tessuti sani; campionarli da qualcuno con una malattia che ha perduto i muscoli, dice, non sarebbe etico.
“In molte persone affette da malattie rare e congenite, i muscoli sono già danneggiati, quindi non si vuole rischiare di causare ulteriori danni dovuti alla biopsia,” dice Bursac. “Lo scenario ideale è quello di prelevare un campione di pelle, sangue o urina, utilizzarlo per generare cellule staminali che potranno generare muscoli funzionali.”
In altre parole: riprogrammare la pelle o le cellule del sangue per agire come cellule staminali indifferenziate.
Ora, Bursac e il suo team hanno fatto esattamente questo. Nell’ultimo numero di Nature Communications, i ricercatori descrivono per la prima volta come trasformare le cellule della pelle in muscoli umani funzionanti. Il loro metodo renderà più facile che mai per i ricercatori studiare i muscoli e le terapie muscolari, e un giorno potrebbe costituire una base per le terapie di cellule staminali e di trapianto.
Il team di Bursac ha utilizzato cellule staminali pluripotenti derivate da cellule della pelle umana, che ha programmato geneticamente per esprimere grandi quantità di una proteina chiamata Pax-7. Può riprogrammare una singola cellula staminale in quella che è conosciuta come una cellula progenitrice miogenica — una cellula intermedia che, nelle giuste condizioni, può diventare alla fine una cellula muscolare matura in grado di contrarsi.
Ma le cellule sono piccole. Per fare una fibra muscolare individuale, è necessaria una grande quantità di cellule. Il team di Bursac impiega circa cinque settimane per convertire una singola cellula staminale in circa mille progenitori miogenici (dopo di che, dice Bursac, è abbastanza facile scalare a milioni o addirittura miliardi di cellule). I ricercatori posizionano poi quelle cellule progenitrici su una struttura cilindrica di gel di fibrina, la stessa sostanza che aiuta il coagulo di sangue. In questo modo le cellule hanno una superficie su cui allinearsi e completare la loro trasformazione in fasci unificati di fibra muscolare.
Per verificare che le fibre potessero funzionare non solo in coltura ma anche in tessuto vivo, il team di Bursac ha trapiantato i loro fasci muscolari tridimensionali in topi adulti. Attraverso piccole finestre di vetro impiantate nella schiena dei topi, i ricercatori sono stati in grado di guardare i loro tessuti non solo sopravvivere ma integrarsi con i muscoli naturali del roditore. “Le cellule esprimono una proteina che lampeggia ogni volta che la segnalazione del calcio è attiva nella cellula,” dice Bursac. “Quando le cellule si accendono, possiamo vedere che il muscolo è vivo e attivo.”
E, ipotizza Bursac, capace di autoripararsi. Le fibre coltivate in laboratorio hanno anche sviluppato uno speciale serbatoio di cellule su cui i muscoli possono attingere per rigenerarsi dopo l’esercizio fisico o un infortunio. I precedenti sforzi dei ricercatori per produrre fibre muscolari da tessuti ottenuti tramite biopsia avevano prodotto scarse riserve di queste cellule; il nuovo metodo, al contrario, ne produce una ricca quantità.
I tessuti di nuova coltivazione non sono perfetti. Le fibre muscolari fatte in casa da Bursac appaiono meno mature di quelle prodotte dalla tecnica della biopsia, e generano meno forza del muscolo reale. Eppure, è fiducioso che il suo laboratorio, ma anche altri, saranno in grado di utilizzare i tessuti per progettare nuovi modelli di malattie e forse, un giorno, terapie geniche e rigenerative.
“Avere un sistema di coltura muscolare maturo come questo potrebbe rendere molto più facile studiare muscoli e terapie di studio,” dice il genetista dell’Università di Washington Jeffrey Chamberlain, che sta lavorando allo sviluppo di terapie geniche e cellulari per correggere e trattare le distrofie muscolari e non era affiliato allo studio. In passato, i ricercatori come lui hanno dovuto lavorare principalmente con modelli animali. “Avanzerà quindi il settore migliorando i test di base, ma c’è anche la possibilità di utilizzarli in futuro per il trapianto terapeutico di cellule staminali.”
Tutto questo, da una manciata di cellule della pelle. Chi sapeva che i muscoli fatti in casa potessero essere così promettenti?
Tradotto in Italiano. Articolo originale: Wired
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