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Osteoporosi: allo studio come invecchiano le cellule staminali delle ossa

L’osteoporosi colpisce circa 200 milioni di donne in tutto il mondo. Si ritiene che una donna su 3 e 1 su 5 uomini di età pari o superiore a 50 anni sperimentino una frattura ossea nel corso della loro vita a causa dell’osteoporosi. Negli Stati Uniti, le stime indicano che 44 milioni di persone su 50 vivono con la condizione, il che la rende un importante problema di salute pubblica. Una nuova ricerca ci avvicina alla comprensione del processo che porta alla degradazione ossea nell’osteoporosi e ai potenziali nuovi modi in cui la condizione potrebbe essere affrontata. Uno studio primo nel suo genere rivela che, invecchiando, i livelli di una certa molecola aumentano, il che silenzia un’altra molecola che crea ossa sane. Suggerisce anche che la correzione di questo squilibrio può migliorare la salute delle ossa, offrendo forse nuove vie per il trattamento dell’osteoporosi. I risultati spiegano una dinamica molecolare chiave che spiega la progressiva fragilità delle nostre ossa quando invecchiamo. Il Dr. Sadanand Fulzele, un biologo che lavora nel Dipartimento di Chirurgia Ortopedica presso l’Università di Augusta in Georgia, è un ricercatore associato e caporicerca del nuovo articolo, pubblicato sul Journal of Gerontology: Biological Sciences.

Il dott. Fulzele e colleghi illustrano il processo di formazione dell’osso, che inizia con le cosiddette cellule staminali mesenchimali. Queste sono cellule staminali che possono essere trovate nel nostro midollo osseo e che possono continuare a formarsi come cartilagine, ossa o grasso nel midollo osseo. Uno dei fattori che influenzano la forma di queste cellule alla fine è una molecola di segnalazione chiamata fattore derivato dalle cellule stromali (SDF-1). Il fattore SDF-1, nota anche come chemochina CXCL12 è uno dei fattori di comunicazione nel microambiente midollare che regola l’omeostasi delle cellule progenitrici ematopoietiche. La precedente ricerca dello stesso team aveva mostrato quanto sia importante l’SDF-1 per la differenziazione delle cellule staminali mesenchimali nelle diverse cellule cruciali per la salute delle ossa. Sia gli studi in vitro che quelli in vivo condotti dai ricercatori hanno mostrato il ruolo chiave di questa molecola di segnalazione per la formazione dell’osso.

L’SDF-1 è anche importante per la riparazione ossea e protegge le cellule ossee dallo stress ossidativo, che è lo squilibrio tra i radicali liberi e gli antiossidanti nel corpo che alla fine porta al danno al DNA e alle malattie. Inoltre, studi precedenti avevano dimostrato che i livelli di SDF-1 diminuiscono nei topi di invecchiamento; quindi, in questo studio, il dottor Fulzele e il team hanno voluto capire esattamente come sono regolati i livelli di questa molecola. In alcune delle sue precedenti ricerche, il dott. Fulzele aveva dimostrato che una piccola molecola chiamata microRNA-141-3p blocca la vitamina C, un antiossidante chiave, dal raggiungere le nostre cellule ossee. Il team sapeva già che la molecola può impedire alle cellule staminali mesenchimali di differenziarsi in altre cellule, così come il fatto che il microRNA-141-3p aumenta con l’età. Pertanto, il dottor Fulzele e il team hanno ipotizzato che microRNA-141-3p abbassi l’SDF-1 e che questo sia uno dei principali modi in cui questa piccola molecola ferma la formazione ossea sana. Per testare questo, il Dott. Fulzele e colleghi hanno analizzato le cellule mesenchimali sia dagli umani che dai topi. Nelle cellule giovani, hanno scoperto che i livelli di microRNA-141-3p erano bassi.

Tuttavia, nelle vecchie cellule, i livelli di questa molecola erano triplicati. È vero il contrario per i livelli di SDF-1. Quindi, i ricercatori hanno iniettato microRNA-141-3p in cellule staminali mesenchimali ottenute da adulti di età compresa tra i 18 e i 40 anni, nonché da anziani di età compresa tra i 60 e i 85 anni sottoposti a chirurgia ortopedica. L’iniezione di microRNA-141-3p ha fatto precipitare i livelli di SDF-1 e ha fatto sì che le cellule staminali producessero più grasso invece delle cellule ossee. Con l’età, spiegano i ricercatori, rendendo le cellule di grasso piuttosto che le cellule ossee diventa più facile. Inoltre, il team ha aggiunto microRNA-141-3p alle cellule ossee, che ha peggiorato la funzione ossea. Tuttavia, l’applicazione di un inibitore microRNA-141-3p ha migliorato la funzionalità ossea. I risultati, spiega il dott. Fulzele, suggeriscono che un giorno, l’uso di un inibitore microRNA-141-3p potrebbe aiutare le cellule staminali a differenziarsi in cellule ossee nonostante l’età e condizioni come l’osteoporosi.

L’inibitore, afferma il Dott. Fulzele, “normalizza la funzione ossea, riteniamo che un inibitore di grado clinico possa aiutarci a fare lo stesso nelle persone. “Se hai 20 anni e stai facendo grandi ossa, avresti ancora microRNA-141-3p nelle tue cellule staminali mesenchimali, ma quando hai 81 anni e produci un osso più debole, ne hai molto di più. Lo vuoi più dove ti serve”, spiega il Dr. William D. Hill, ricercatore di cellule staminali dell’Università di Augusta. I ricercatori dicono che stanno progettando di spostare le loro scoperte in modelli preclinici, dove vogliono trovare modi per ripristinare livelli sani di microRNA-141-3p ed SDF-1: “Quello che stiamo cercando di fare è ricollegare da dove microRNA-141-3p è sovraespresso, a causa di fattori come l’invecchiamento e lo stress ossidativo e la soppressione degli estrogeni, e riportarlo in un intervallo che consentirebbe effettivamente una formazione ossea più normale. Abbiamo identificato un numero di microRNA che cambiano nelle cellule staminali del midollo osseo con l’invecchiamento e stiamo cercando ognuno di questi per capire come stanno funzionando”.

  • a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD; specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Tzeng YS et al. J Bone Miner Res. 2018 Apr; 33(4):679-690.

Herberg S et al., Hill WD. J Orthop Res. 2015; 33(2):174-84.

Herberg S et al., Hill WD. PLoS One. 2013; 8(3):e58207.

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
Dott. Gianfrancesco Cormaci
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998, specialista in Biochimica Clinica dal 2002, ha conseguito dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ex-ricercatore, ha trascorso 5 anni negli USA alle dipendenze dell' NIH/NIDA e poi della Johns Hopkins University. Guardia medica presso la casa di Cura Sant'Agata a Catania. In libera professione, si occupa di Medicina Preventiva personalizzata e intolleranze alimentari. Detentore di un brevetto per la fabbricazione di sfarinati gluten-free a partire da regolare farina di grano. Responsabile della sezione R&D della CoFood s.r.l. per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti alimentari, inclusi quelli a fini medici speciali.

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