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Stenosi della valvola aortica aggravata dalle cellule immunitarie iperattive

Immagine: Public Domain.

L’impianto transcatetere della valvola aortica (TAVI) per la stenosi della valvola aortica, sia attraverso la chirurgia a cuore aperto o attraverso un approccio percutaneo basato su catetere, migliora il flusso sanguigno e agisce come misura antinfiammatoria.

Secondo un nuovo studio che utilizza la tecnologia organ-on-a-chip, le cellule immunitarie iperattive aggravano la malattia della valvola cardiaca.

La stenosi della valvola aortica è il tipo più comune di malattia della valvola cardiaca negli anziani e colpisce più di una persona su otto di età superiore ai 75 anni. Se non trattata ha una mortalità più elevata rispetto alla maggior parte dei tumori.

La condizione è in genere causata dalla degenerazione e dall’ispessimento della valvola aortica che portano a restrizione dell’apertura della valvola e riduzione del flusso sanguigno. Le cellule del sangue che devono costringersi attraverso la valvola stretta subiscono un’intensa forza di attrito, nota come stress da taglio.
‘L’elevato stress da taglio dei globuli bianchi nella stenosi della valvola aortica, accelera la condizione innescando l’infiammazione. L’impianto transcatetere della valvola aortica (TAVI) ha rivoluzionato il trattamento della stenosi della valvola aortica prevenendone le conseguenze potenzialmente letali“.

Un team di ricercatori e clinici australiani ha iniziato a studiare l’effetto di questo stress da taglio sui globuli bianchi, protagonisti della prima linea di difesa del nostro sistema immunitario.

I ricercatori hanno scoperto che lo stress costante della costrizione attraverso la stretta valvola aortica attiva queste cellule, portando a un’infiammazione dannosa che accelera la progressione della stenosi aortica. Il team ha identificato un potenziale bersaglio farmacologico individuando il recettore che controlla l’eccessiva attività di questi globuli bianchi.

Lo studio, condotto dalla RMIT University e dal Baker Heart and Diabetes Institute, è stato pubblicato sulla rivista cardiovascolare Circulation, leader a livello internazionale.

La Dott.ssa Sara Baratchi, co-capo ricercatrice, ha affermato che la ricerca ha combinato il lavoro clinico, come i campioni di sangue e le misurazioni della valvola, con esperimenti di laboratorio usando la tecnologia organo su un chip che ha replicato le condizioni patologiche all’interno della valvola aortica.

“In una persona con grave stenosi della valvola aortica, le cellule del sangue circolanti sono sottoposte a forti sollecitazioni di taglio circa 1500 volte al giorno”, ha affermato Baratchi, Fellow ARC DECRA e Docente senior presso RMIT.

Ora sappiamo che questa costante forza di attrito rende i globuli bianchi iperattivi. Se riusciamo a fermare quella risposta infiammatoria, possiamo sperare di rallentare la malattia.
La stessa tecnologia organo su chip che ci ha aiutato a fare queste scoperte ci consente inoltre di testare facilmente potenziali farmaci per trattare questa risposta immunitaria dannosa “.

Il Dottor Karlheinz Peter, vice-Direttore della ricerca di base e traslazionale presso il Baker Heart and Diabetes Institute, ha affermato che lo studio ha aiutato a spiegare perché la stenosi della valvola aortica può iniziare a peggiorare drammaticamente, spesso nel giro di pochi mesi. “Più piccolo è il restringimento, più le cellule infiammatorie vengono attivate e quindi accelerano la malattia”, ha detto Peter. “Il nostro studio mostra anche che una sostituzione della valvola – attraverso un intervento chirurgico a cuore aperto o un approccio percutaneo basato su catetere – non solo migliora il flusso sanguigno, ma agisce anche come misura antinfiammatoria. Quest’ultima è una scoperta nuova e di importanza centrale”.

Come è stato condotto lo studio 

La sostituzione della valvola aortica è il trattamento più efficace per la stenosi della valvola aortica grave. Per lo studio, i ricercatori hanno confrontato le cellule immunitarie prelevate da 24 pazienti prima e dopo la sostituzione. Hanno anche progettato un sistema microfluidico organo su un chip per replicare le condizioni all’interno della valvola aortica, pre e post-sostituzione. Ciò ha consentito ai ricercatori di valutare con precisione il modo in cui le cellule hanno risposto ai cambiamenti nello stress da taglio.

Il team si è concentrato sulle più grandi cellule circolanti – un tipo di globulo bianco noto come monocita – mentre sperimentano lo stress da taglio maggiore quando passano attraverso la stretta valvola aortica.

È importante sottolineare che queste cellule sono note per essere i driver centrali della patologia della stenosi aortica, ma finora non è chiaro come i cambiamenti nella dinamica del flusso sanguigno abbiano influenzato la risposta immunitaria.

I ricercatori possono ora confermare che lo stress da taglio elevato attiva molteplici funzioni dei globuli bianchi. Una proteina di membrana nota come “Piezo-1” è stata identificata come il meccanorecettore principalmente responsabile dell’attivazione di queste funzioni ed è un potenziale bersaglio farmacologico.

La ricerca ha anche rivelato per la prima volta che la sostituzione della valvola aortica ha un effetto antinfiammatorio, ampliando i noti benefici terapeutici della procedura.

Peter ha spiegato che i monociti hanno un ruolo anche nell’aterosclerosi, dove il flusso sanguigno viene ostruito a causa di un accumulo di placca di colesterolo nella parete dell’arteria.

Vedi anche:Collegamento tra colesterolo LDL e stenosi della valvola aortica

“Un farmaco mirato a Piezo-1 potrebbe potenzialmente essere applicato al rallentamento della progressione della stenosi della valvola aortica e al trattamento dell’aterosclerosi”, ha detto il ricercatore.

Tecnologia sperimentale: la tecnologia organ-on-a-chip

La tecnologia organ-on-a-chip si basa su chip microfluidici. Si tratta di dispositivi trasparenti delle dimensioni di francobolli che contengono una serie di canali in miniatura, valvole e pompe per replicare le proprietà biofisiche e biochimiche di un organo umano.

Per questo studio, i ricercatori hanno progettato un dispositivo per imitare le condizioni di stress da taglio che le cellule immunitarie sperimentano mentre passano attraverso la valvola aortica stenotica, creando efficacemente una stenosi aortica su un chip.

Fabbricata presso il modernissimo impianto di ricerca Micro Nano di RMIT, la tecnologia è stata progettata e fornita dal gruppo di ricerca multidisciplinare di meccanobiologia e microfluidica.

Il gruppo riunisce ingegneri biomedici della School of Engineering e meccano-biologi e immunologi nella School of Health and Biomedical Sciences.

“Con questa tecnologia, possiamo meticolosamente imitare gli organi sani e malati nel corpo, a costi molto bassi e in un ambiente sperimentale altamente controllato”, ha detto Baratchi. “Siamo in grado di costruire modelli per simulare diverse situazioni di flusso e identificare obiettivi farmacologici e speriamo in futuro di ridurre o addirittura sostituire la necessità di modelli animali”.

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