Una nuova molecola antinfiammatoria che blocca la trombosi e risparmia la coagulazione del sangue, è stata scoperta da un team di ricercatori della Divisione di Emostasi e Trombosi del Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) e Wyss Institute dell’Università di Harvard.
Uno dei processi più importanti e complessi del corpo umano è l’infiammazione. Le risposte infiammatorie a lesioni o malattie sono cruciali per il reclutamento del sistema immunitario che aiuta il corpo a guarire, ma l’infiammazione può anche causare un aumento della produzione di trombina che può portare a pericolosi coaguli di sangue e altre condizioni. La proteina C attivata (APC) è una proteina anticoagulante naturale con effetti antinfiammatori e altri effetti protettivi che è stata usata in medicina per il trattamento di gravi infezioni e ferite; tuttavia, il suo uso è limitato perché la sua inibizione della trombina influisce anche sulla capacità del sangue di coagularsi, aumentando il rischio di sanguinamento.
( Vedi anche:Trombosi: un cerotto intelligente fluidifica il sangue solo quando è necessario).
Ora, il team di ricercatori ha scoperto che piccole molecole APC sintetiche chiamate “parmoduline” forniscono protezione antinfiammatoria e anti- trombotica alle cellule endoteliali alla pari delle molecole APC naturali, senza interferire con la coagulazione del sangue. Quasta capacità rende le parmoduline allettanti candidati nuovi farmaci. Questo lavoro è stato reaizzato sfruttando la tecnologia Organ-on-a-Chip dell’Istituto per modellare la coagulazione all’interno di un vaso sanguigno umano in vitro.
I risultati dello studio sono riportati nel numero di questa settimana di Proceedings of the National Academy of Sciences.
“Abbiamo essenzialmente eseguito un mini studio pre-clinico sull’effetto delle parmoduline sull’endotelio e non solo abbiamo determinato il percorso attraverso il quale funzionano le parmoduline, ma abbiamo anche dimostrato che aiutano a proteggere le cellule endoteliali dai danni infiammatori”, afferma l’ex postdoc di Wyss Abhishek Jain che ora è Assistant Professor e Direttore del laboratorio Bioinspired Translational Microsystems della Texas A & M University.
La proteina bersaglio su cui agiscono sia l’APC che le parmoduline è il recettore 1 (PAR1) attivato dalla proteasi proteica transmembrana, presente su entrambe le cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni e le piastrine che circolano attraverso il sangue e promuovono la coagulazione, rendendo difficile l’analisi meccanicistica. PAR1 è stato inizialmente identificato come recettore per la trombina che è una parte cruciale del processo infiammatorio. Tuttavia, quando PAR1 viene attivato da APC sull’endotelio, innesca percorsi anti-infiammatori, anti-apoptotici e fortificanti la barriera e proteggere le cellule dagli effetti negativi dell’infiammazione.
Oltre ad attivare PAR1, APC inibisce in modo indipendente la generazione della trombina, che è un componente essenziale della coagulazione del sangue sano, ma l’inibizione eccessiva della trombina porta a sanguinamento incontrollato. Sapendo che le parmoduline si legano a PAR1, il team di scienziati e clinici si è messo in condizione di trovare un modo per attivare PAR1 endoteliale e ridurre le risposte della trombina per fornire un’alternativa migliore alla APC.
Per valutare l’attività delle parmoduline sull’endotelio, Karen De Ceunynck, postdottorato al BIDMC e primo autore dell’ articolo, ha incubato le cellule endoteliali umane con parmodulina 2 in vitro per 4 ore e poi le ha esposte alla trombina- inducendo agenti infiammatori lipopolisaccaride (LPS) o fattore di necrosi tumorale-a (TNF-a). Nelle cellule esposte alla parmodulina, la capacità di entrambi gli agenti di generare trombina è stata ridotta di oltre il 50% rispetto alle cellule non esposte alla parmodulina. Tuttavia, la parmodulina 2 non ha inibito l’attività del fattore V o del fattore X, proteine che funzionano nella coagulazione del sangue.
” Eravamo incuriositi dall’idea che la parmodulina 2 inibisse gli effetti protrombotici mediati da LPS e TNF sulla superficie dell’endotelio senza compromettere la coagulazione del sangue” afferma De Ceunynck.
Per confermare questa teoria, il team ha utilizzato un vaso sanguigno su un chip sviluppato da Wyss costituito da canali microfluidici incorporati in un chip polimerico trasparente, rivestiti con collagene e da cellule endoteliali umane. Il sangue intero è stato perfuso attraverso il chip per simulare le condizioni di flusso all’interno dei vasi sanguigni umani, a cui sono stati aggiunti diversi composti pro- e anti-infiammatori per valutare la risposta dell’endotelio.
Quando le cellule endoteliali sono state esposte a TNF-α prima di essere perfuse con sangue intero, le piastrine si sono accumulate sull’endotelio in una tipica risposta infiammatoria, ma nelle cellule che sono state prima esposte alla parmodulina 2 e quindi a TNF-α, l’accumulo piastrinico è stato inibito e l’endotelio ha ripreso la sua normale funzione. Questi risultati hanno indicato che l’esposizione alla parmodulina blocca la risposta trombotica dell’endotelio a stimoli infiammatori senza influenzare la coagulazione del sangue negli esseri umani, un miglioramento significativo rispetto a APC.
Una serie di test in vitro eseguiti dal co-autrice Christian Peters al BIDMC, hanno confermato che l’attivazione di PAR1 della parmodulina 2 induce anche risposte citoprotettive nelle cellule endoteliali inibendo l’apoptosi (morte cellulare programmata) indotta dalla trombina, TNF-α e la staurosporina alcaloide apoptotica attraverso una via di segnalazione che inizia con il legame della parmodulina 2 a sito specifico sul lato citoplasmatico di PAR1. “Abbiamo osservato che la risposta citoprotettiva indotta da parmodulina 2 è avvenuta molto rapidamente e ha confermato la sua rapida comparsa nel tempo e nei saggi di espressione genica”, afferma Peters.
Inoltre, studi in vivo su topi i ricercatori hanno dimostrato che la parmodulina 2 riduce il legame dei globuli bianchi ai vasi sanguigni e altera l’accumulo di piastrine e fibrina nei siti di lesione durante la risposta infiammatoria, confermando l’attività anti-trombotica e anti-coagulante della parmodulina 2 osservata in vitro. Inoltre, le parmoduline non interagiscono con molti degli altri partner di legame di APC e questo le rende molto più mirate a PAR1, riducendo altri effetti collaterali.
“La scoperta di una molecola anti-infiammatoria che previene la trombosi endoteliale ma preserva anche la normale coagulazione del sangue, è un passo importante verso un approccio alternativo e migliore alla cura delle malattie infiammatorie”, dice Rob Flaumenhaft, Professore di Medicina presso Harvard Medical School, capo della divisione di emostasi e trombosi a BIDMC e corrispondente autore dell’ articolo. “Inoltre, quasi tutti gli altri prodotti farmaceutici che prendono di mira recettori accoppiati a proteine G come PAR1 si legano all’esterno del recettore, la parmodulina 2 rappresenta un cambio di paradigma per i composti che bersagliano GPCR perché agisce su domini interni. Siamo entusiasti di progredire verso prove cliniche”.
“Questo lavoro fornisce un altro esempio di come la tecnologia orgao-on-a-chip possa consentire uno sviluppo e una valutazione più rapidi e più sicuri dei farmaci che potrebbero aiutare i pazienti in tutto il mondo”, afferma il fondatore del Wyss Institute Donald Ingber che è anche Professore di biologia vascolare presso HMS e programma di biologia vascolare presso l’ Ospedale pediatrico di Boston, nonché Professore di bioingegneria presso la facoltà di ingegneria e scienze applicate al John A. Paulson (SEAS) di Harvard.
Fonte: EurekAlert
