Anemia falciforme-immagine: le cellule rigide si organizzano all’interno del flusso, creando regioni a bassa concentrazione (a sinistra) e regioni ad alta concentrazione (a destra), il che aumenta drasticamente la resistenza al flusso. Credito: Hannah Szafraniec
Un nuovo studio rivoluzionario condotto da ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities potrebbe spiegare perché i pazienti con la stessa mutazione genetica dell’anemia falciforme manifestano diversi livelli di dolore, danni agli organi e risposta al trattamento. Lo studio, pubblicato su Science Advances, dimostra che la gravità dell’anemia falciforme non è meglio predetta dallo “spessore” medio del sangue di un paziente, ma dal comportamento specifico di una piccola popolazione di globuli rossi altamente “rigidi”. Queste cellule rigide si riorganizzano all’interno del flusso, spingendosi verso i bordi dei vasi sanguigni, un processo chiamato marginazione. Questo crea un attrito e una resistenza significativamente maggiori rispetto alle cellule flessibili.
Come le cellule rigide peggiorano l’anemia falciforme
L’anemia falciforme è una malattia ereditaria cronica che colpisce milioni di persone in tutto il mondo, causando l’irrigidimento dei globuli rossi, normalmente flessibili e a forma di ciambella, e la loro forma a mezzaluna in ambienti poveri di ossigeno. Questo provoca ostruzioni, dolori lancinanti e una riduzione dell’aspettativa di vita. Tradizionalmente, il sangue è stato analizzato utilizzando misurazioni “in massa” che calcolano la media delle proprietà di tutte le cellule, spesso trascurando le sottili. ma cruciali differenze tra le singole cellule.
“Il nostro lavoro colma il divario tra il comportamento delle singole cellule e il flusso dell’intero apporto sanguigno”, ha affermato David Wood, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell’Università del Minnesota e autore principale dello studio. “Utilizzando un approccio ingegneristico per misurare sia le proprietà delle singole cellule sia le dinamiche del sangue intero, abbiamo scoperto che pazienti con profili clinici molto diversi seguono tutti la stessa relazione fisica di base, governata dalla frazione di cellule rigide”.
Gli esperimenti microfluidici rivelano interruzioni chiave
Utilizzando “chip” microfluidici avanzati” che imitano i vasi sanguigni umani, il team ha scoperto due modi principali in cui il flusso viene interrotto:
- Marginazione: anche un piccolo numero di cellule rigide può spostarsi verso le pareti dei vasi, aumentando drasticamente l’attrito delle pareti.
- Ostruzione localizzata: a concentrazioni più elevate, le cellule rigide possono causare l’ostruzione del sangue in aree specifiche, creando un aumento improvviso e drammatico della resistenza al flusso.
Il team ha scoperto che queste cellule rigide iniziano a comparire a livelli di ossigeno pari al 12%, livelli tipicamente riscontrati nei polmoni e nel cervello. Ciò suggerisce che i processi fisici che portano all’ostruzione dei vasi possono iniziare molto prima nel processo di deplezione dell’ossigeno di quanto si pensasse in precedenza.
Implicazioni per il trattamento e la collaborazione
“Sono davvero entusiasta che siamo riusciti a fornire una maggiore comprensione dei meccanismi fisici alla base della malattia“, ha aggiunto Hannah Szafraniec, dottoranda presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell’Università del Minnesota e autrice principale dello studio. “Questo potrebbe aiutare il settore a sviluppare terapie più efficaci e personalizzate e nuovi test per la diagnosi precoce dei sintomi”.
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Questa nuova ricerca potrebbe contribuire a offrire ai pazienti trattamenti più personalizzati e nuovi test per la diagnosi precoce dei sintomi. Questa ricerca potrebbe essere applicata anche ad altre patologie del sangue, tra cui malaria, diabete e alcuni tipi di cancro.
Oltre a Wood e Szafraniec, lo studio è stato condotto in collaborazione con l’University College di Londra, l’Università di Edimburgo, l’Università di Harvard e il Massachusetts General Hospital, nonché l’Università di Princeton.
Fonte: Science Advances