Alzheimer-immagine: Generazione e ottimizzazione di una tripla co-coltura 2D di cellule neurali (neuroni umani, microglia e astrociti) su un sistema di chip microfluidico per studiare la segnalazione paracrina da parte di neuriti e vescicole extracellulari derivate dalle cellule e fattori solubili. (A) Fotografia di un chip microfluidico e confronto delle dimensioni con una moneta da 1€. Credit Frontiers.
La malattia di Alzheimer (AD) è una delle maggiori sfide sanitarie del XXI secolo, essendo la principale causa di demenza. La progressione neuropatologica inizia tipicamente nel lobo temporale e nell’ippocampo, portando a un declino cognitivo e a disabilità comportamentali.
Le placche amiloidi (aggregati di beta-peptidi amiloidi , Aβ) e i grovigli neurofibrillari (NFT) sono i segni distintivi molecolari più comuni dell’AD, ma anche la neuroinfiammazione, lo stress ossidativo e le alterazioni pre- e post-sinaptiche, tra gli altri meccanismi alterati, sono fattori di rischio ugualmente associati. Strategie terapeutiche limitate, studi clinici falliti e modelli traslazionali dell’AD imprecisi, indicano la necessità di una ricerca innovativa e che la stratificazione per la selezione di sottotipi di pazienti è fondamentale per identificare e sviluppare trattamenti innovativi e più efficaci.
Le piccole vescicole extracellulari, note anche come esosomi, vengono rilasciate dalle cellule e si stanno affermando come strumenti promettenti sia a fini diagnostici che terapeutici. Questi esosomi, delimitati da un doppio strato lipidico e con dimensioni che variano da 30 a 150 nm, svolgono un ruolo cruciale nella plasticità sinaptica e possono attraversare la barriera emato-encefalica (BBB), consentendo una comunicazione bidirezionale tra il cervello e il sistema periferico.
Gli esosomi, in particolare quelli isolati da pazienti affetti da malattie neurodegenerative, potrebbero anche essere utili per la diagnosi precoce, qualora si rivelassero in grado di trasportare specifici biomarcatori. Di recente, il potenziale degli esosomi come sistemi di rilascio di farmaci e di mimetici/inibitori di miRNA è stato esplorato per il trattamento delle malattie neurodegenerative, sfruttando la loro bassa immunogenicità e citotossicità, l’elevata selettività e la protezione del composto incapsulato. Infine, gli esosomi possono essere somministrati attraverso diverse vie, come quella endovenosa, sottocutanea, intratecale, intranasale, intraperitoneale, retro-orbitale, intravitreale e orale.
Tra i diversi mediatori coinvolti nell’omeostasi neuroimmunitaria, i microRNA (miRNA) sono una classe di RNA non codificanti in grado di indurre il silenziamento genico post-trascrizionale. Sono stati descritti come attori chiave nella neuroinfiammazione disregolata associata allo sviluppo e alla progressione di malattie neurodegenerative, come l’AD. Uno dei miRNA più predominanti nel SNC (principalmente nei neuroni), con funzioni nervose e immunitarie critiche, è il miRNA (miR)-124.
Esistono dati contrastanti riguardo alla disregolazione del miR-124 nell’AD, con alcuni studi su pazienti e modelli di AD che indicano livelli aumentati e altri che mostrano livelli diminuiti. “Abbiamo dimostrato che tra i miRNA infiammatori più frequentemente coinvolti, il miR-124-3p è uno dei più importanti nella regolazione della segnalazione paracrina neurone-microglia“. Utilizzando cellule di neuroblastoma umano SH-SY5Y transfettate con la proteina precursore dell’amiloide (APP)695 con la mutazione svedese (SH- SWE ) e neuroni derivati da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) ottenuti da pazienti affetti da AD familiare con mutazione della presenilina 1 ( PSEN1 ), in modo simile ai modelli in vitro, abbiamo dimostrato che il mimetico di miR-124-3p aveva effetti preventivi (ad esempio, inibizione della sovraespressione di APP, dell’accumulo tossico di amiloide e della tau fosforilata), mentre il suo inibitore promuoveva effetti dannosi (ad esempio, riduzione della densità delle spine dendritiche, aumento dell’elaborazione di APP, sovraregolazione di miR-146a e fosforilazione di tau).
I dati corroborano l’associazione di miR-124 con meccanismi neuroprotettivi. “Abbiamo anche dimostrato che gli esosomi derivati dai neuroni contenenti miR-124 regolano direttamente l’omeostasi della microgliaà come precedentemente affermato per gli effetti della somministrazione periferica di miR-124 sulla microglia attivata nell’encefalomielite autoimmune ( Ponomarev et al., 2011 ). Gli esosomi caricati con miR-124 sono stati testati in modelli murini di diverse patologie neuropatologiche, ma non ancora in AD.
I sistemi di tricoltura che utilizzano neuroni, astrociti e microglia in piattaforme microfluidiche o in colture miste sono stati utilizzati come modelli per valutare i meccanismi di segnalazione neuroni-glia come base per la scoperta di farmaci nell’AD. Tuttavia, l’applicazione terapeutica di esosomi caricati con miR-124 non è mai stata testata in tali modelli.
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“Nel presente studio, abbiamo sviluppato un’efficiente strategia di rilascio di esosomi ingegnerizzati con miR-124-3p e un modello migliorato di neurone-microglia-astrocita umano, che consente la segnalazione autocrina e paracrina. A tal fine, abbiamo utilizzato un dispositivo multicompartimentale microfabbricato con un circuito indipendente dai fluidi. Successivamente, abbiamo stabilito un modello in vitro di invecchiamento-AD utilizzando cellule di neuroblastoma SH- SWE in presenza di linee cellulari di microglia e astrociti umani, sotto stress da una bassa dose di perossido di idrogeno (H₂O₂ ). Infine, abbiamo testato gli esosomi caricati con un analogo di miR-124 per la loro capacità di preservare il danno ossidativo e l’invecchiamento associati all’AD, nonché l’infiammazione e la neurodegenerazione, sostenendo l’omeostasi neurone-glia”, spiegano Artemizia Evoram Ricercatore Consiglio nazionale delle ricerche Lecce, Italia e Goncalo Garcia, Ricercatore post-dottorato, Istituto di ricerca sui farmaci (iMed.ULisboa) Lisbona, Portogallo.
Fonte: Frontiers