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AUTISMO - Euroemergency propone nuove Terapie promettenti alla luce delle incoraggianti evidenze cliniche e studi biologici valutati

Esosomi derivati da cellule staminali nel disturbo dello spettro autistico

Le patologie neuroevolutive permanenti caratterizzate da problemi di interazione sociale, capacità comunicative e presenza di comportamenti e interessi ripetitivi o stereotipati sono raggruppate sotto la definizione di disturbo dello spettro autistico (ASD).

La prevalenza dell’ASD è ancora in aumento, indicando la necessità di identificare biomarcatori specifici e nuove terapie farmacologiche. La neuroinfiammazione e la disregolazione del dialogo neuro-immunitario sono caratteristiche tipiche dell’ASD, offrendo la possibilità di trattare questi disturbi tramite terapia con cellule staminali. Infatti, strategie cellulari sono state ipotizzate, proposte e applicate all’ASD.

Tuttavia, si conosce meno riguardo ai meccanismi molecolari d’azione delle cellule staminali. Una possibilità è che gli effetti positivi e riparativi mediati dalle cellule staminali siano dovuti alla loro attività paracrina, attraverso la quale producono e rilasciano diverse molecole anti-infiammatorie e migliorative. Tra questi complessi strumenti secreti, gli esosomi sono sotto-organelli arricchiti di RNA e proteine che permettono la comunicazione tra cellule. Gli esosomi potrebbero essere i mediatori di molte attività terapeutiche associate alle cellule staminali.

Attualmente gli esosomi mostrano grande utilità come strumenti diagnostici e terapeutici, ma la mancanza di una terminologia standardizzata rappresenta ancora un ostacolo al loro utilizzo negli studi clinici. Infatti, sono stati utilizzati diversi termini per indicare queste particelle, tra cui:

• microparticelle
• ectosomi
• microvescicole da shedding

Sulla base della loro origine cellulare, le vescicole extracellulari (EV) possono essere classificate in tre categorie principali:

1. esosomi
2. microvescicole (MV)
3. corpi apoptotici

Nel 2018 la International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) ha proposto le linee guida MISEV (Minimal Information for Studies of Extracellular Vesicles). Il termine vescicola extracellulare si riferisce a: “particelle naturalmente rilasciate dalla cellula, delimitate da un doppio strato lipidico e incapaci di replicarsi”.

Gli esosomi sono quindi definiti come vescicole di piccole dimensioni (30–100 nm) presenti nei compartimenti eucariotici.

Gli esosomi partecipano alla regolazione di diverse funzioni cellulari chiave, sono in grado di modificare l’attività delle cellule bersaglio, trasferendo: DNA RNA proteine.

Queste molecole sono chiamate “cargo” (carico).

Le microvescicole, invece, hanno dimensioni maggiori (100–1000 nm). Gli esosomi possono originare da diversi tipi cellulari, tra cui: piastrine cellule stromali/staminali mesenchimali (MSC), possono inoltre essere isolati da vari fluidi fisiologici: urina, sperma, liquido cerebrospinale, plasma.

Nonostante la diversa origine, presentano una densità relativamente omogenea (1,13–1,19 g/mL in saccarosio).

Gli esosomi possiedono anche specifiche proteine marcatori che indicano la loro origine cellulare, insieme a un gruppo conservato di proteine che ne facilita l’identificazione. Dal punto di vista molecolare sono molto utili per studiare: l’interazione cellula-cellula i meccanismi di internalizzazione la selezione delle cellule riceventi il loro potenziale come sistema di trasporto di farmaci.

Gli esosomi possono fondersi con la cellula ricevente e rilasciare il proprio contenuto, anche in cellule molto distanti dal punto di origine, influenzando così le vie biochimiche della cellula bersaglio. Un esempio è l’“RNA shuttle esosomiale”, un RNA trasferito da una cellula a un’altra che può regolare la sintesi proteica nella cellula ricevente.

È interessante notare che la formazione degli esosomi e il loro contenuto possono essere regolati da segnali molecolari provenienti dalla cellula di origine.

Ad esempio, cellule tumorali esposte a ipossia rilasciano esosomi con attività angiogenica e metastatica, adattandosi così a un microambiente povero di ossigeno e favorendo la formazione di nuovi vasi sanguigni o la metastasi. Il tasso di secrezione degli esosomi e il loro contenuto differiscono tra cellule sane e patologiche. Questa caratteristica li rende particolarmente interessanti sia per la caratterizzazione molecolare, sia per la possibilità di modificare il cargo a fini di medicina rigenerativa.

Esosomi derivati da cellule staminali come strumento di terapia In generale, il termine terapia cellulare indica pratiche mediche in cui un paziente riceve: cellule iniettate cellule trapiantate cellule impiantate. Tradizionalmente si tratta di cellule vive.

Negli ultimi anni il termine ha assunto un significato più ampio: oggi comprende tutte le fonti cellulari con attività biologica capaci di determinare modificazioni in vitro o in vivo. Fin dagli anni ’90, le terapie cellulari sono state considerate potenziali trattamenti per: malattie neurologiche malattie neurodegenerative.

Attualmente queste terapie sono applicate a diverse patologie cliniche e a vari tessuti tramite differenti modalità di trapianto cellulare.

Le cellule possono agire principalmente in due modi:

1. Riparazione diretta del tessuto Attraverso: cellule staminali o progenitrici attecchimento (engraftment) differenziazione In questo caso le cellule si dirigono verso il sito del danno, si integrano nel tessuto e sostituiscono il tessuto lesionato, migliorandone la funzione.

2. Effetti paracrini Le cellule possono anche secernere: fattori solubili paracrini o endocrini vescicole extracellulari Questi componenti biologici possono favorire l’autoguarigione del tessuto.

Tra le EV, gli esosomi sono piccole vescicole rilasciate dalle cellule, soprattutto da cellule eucariotiche, nei tessuti circostanti o in altre cellule per la segnalazione intracellulare. Essi funzionano come navette biologiche, trasportando: acidi nucleici proteine e consentendo la comunicazione tra cellule vicine e lontane.

Qual’ è la effettiva capacità degli esosomi di affrontare problemi correlati all’ASD

Il disturbo dello spettro autistico(ASD) comprende patologie neuroevolutive caratterizzate da: difficoltà di comunicazione deficit di interazione sociale comportamenti ripetitivi e stereotipati. Tra i sintomi associati si trovano spesso: ritardo o assenza del linguaggio ADHD problemi gastrointestinali. L’ASD viene diagnosticato durante l’infanzia attraverso l’osservazione del comportamento, poiché non esistono ancora biomarcatori biologici specifici.

L’aumento della prevalenza dell’ASD rende urgente: identificare biomarcatori sviluppare trattamenti specifici. Anche se l’eziologia non è ancora completamente chiara, studi recenti indicano che l’ASD potrebbe derivare dall’interazione tra: fattori ambientali predisposizione genetica poligenica modificazioni epigenetiche.

Uno stato pro-infiammatorio e anomalie del sistema immunitario sono frequentemente associati all’ASD. Infiammazione del sistema nervoso centrale e disregolazione immunitaria sono oggi riconosciute come fattori che contribuiscono allo sviluppo del disturbo. Questi cambiamenti molecolari e cellulari hanno aperto la strada all’utilizzo delle cellule staminali nella terapia dell’ASD. In particolare: gli effetti immunomodulatori e gli effetti paracrini delle cellule staminali rappresentano la base per le applicazioni cliniche.

Un ruolo fondamentale è svolto dal secretoma, cioè l’insieme delle molecole secrete dalle cellule staminali, tra cui: interleuchine fattori di crescita vescicole extracellulari. Questi fattori bioattivi possono attivare meccanismi endogeni di riparazione nei tessuti danneggiati. Tra le vescicole extracellulari del secretoma, gli esosomi stanno attirando particolare attenzione, poiché potrebbero essere responsabili di molte attività terapeutiche delle cellule staminali. Attraverso il trasferimento del loro cargo (RNA e proteine) alle cellule riceventi, gli esosomi potrebbero riparare diverse vie molecolari alterate nell’ASD.

Ad esempio: esosomi derivati da MSC possono modulare la polarizzazione dei macrofagi verso il fenotipo M2 anti-infiammatorio negli individui con ASD i macrofagi mostrano una disregolazione funzionale. Gli esosomi mostrano inoltre attività anti-infiammatorie nelle malattie neurologiche, probabilmente stimolando la produzione di citochine anti-infiammatorie.

Modelli in vivo e studi clinici La ricerca sugli esosomi nell’ASD è ancora agli inizi e gli studi sperimentali sono pochi, ma i risultati sono promettenti. In un modello sperimentale della sindrome di Rett, è stato dimostrato che: esosomi derivati da cellule neurali iPSC sane migliorano crescita e differenziazione neuronale. Inoltre, il trattamento con esosomi ha aumentato la formazione di sinapsi, suggerendo un possibile utilizzo nelle alterazioni sinaptiche osservate nell’ASD.

Grazie alle loro piccole dimensioni (30–150 nm) e alla membrana lipidica, gli esosomi possono attraversare facilmente la barriera emato-encefalica (BBB). In modelli murini, gli esosomi derivati da MSC del midollo osseo, somministrati per via intranasale, migrano verso diverse regioni cerebrali guidati dai segnali di neuroinfiammazione. Uno studio recente ha dimostrato che esosomi derivati da MSC migliorano i comportamenti autistici in un modello murino (topi BTBR).

Dopo il trattamento: aumentano le interazioni sociali diminuiscono i comportamenti ripetitivi migliorano le vocalizzazioni ultrasoniche.

Evidenze promettenti e reali

Gli esosomi potrebbero rappresentare un nuovo strumento terapeutico. La possibilità di modificare o “caricare” il loro cargo molecolare potrebbe offrire potenti applicazioni biomediche. Tuttavia, questa procedura è complessa perché il caricamento potrebbe danneggiare la membrana degli esosomi. Prima di un’applicazione clinica completa sono necessari ulteriori studi per chiarire: i meccanismi d’azione il contenuto molecolare degli esosomi le dosi terapeutiche ottimali le vie di somministrazione la biodistribuzione la farmacocinetica. Attualmente, la somministrazione intranasale sembra avere pochi effetti collaterali.

In ogni caso,  a fronte della grande eterogeneità dello spettro autistico, è necessario caratterizzare meglio i sottotipi dell’ASD per sviluppare terapie basate sugli esosomi che sono già una realtà e non solo una promessa!

Dott. Stefano Battista