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Medicina rigenerativa (III): quando la terapia genica fallisce la biologia cellulare può essere migliore

Si ritiene che l’eziologia del T1D sia causata dalla distruzione dei linfociti B del pancreas immuno-mediata. Sebbene la terapia insulinica sia stata ampiamente utilizzata per gestire i livelli di glucosio nel sangue nei pazienti con T1D, l’ipoglicemia correlata al trattamento e le iniezioni per tutta la vita evidenziano la necessità di migliori opzioni di trattamento. Poiché la perdita di cellule b nei pazienti con T1D è causata dall’autoimmunità, sono stati fatti tentativi terapeutici utilizzando immunosoppressori. Sfortunatamente, lo sviluppo clinico di vari immunosoppressori nel T1D con malattia esistente è fallito nonostante l’evidenza di soppressione immunitaria. Una spiegazione di questo fallimento è che la soppressione immunitaria da sola non porterà al ripristino spontaneo della massa o della funzione delle cellule beta e quindi non avrà un impatto significativo sul controllo glicemico. È stato dimostrato che il trapianto di isole ripristina la massa delle cellule beta dei pazienti; e in alcuni casi porta all’indipendenza dall’insulina.

Tuttavia, la sopravvivenza a lungo termine degli innesti allogenici di isole è stata scarsa e la disponibilità limitata di isole umane preclude in gran parte la sua ampia utilità. Negli ultimi decenni, vari fattori ormonali mirati alla rigenerazione delle cellule beta hanno riportato il successo nei modelli di roditori (GLP-1, gastrina e prolattina). Un approccio alternativo alla rigenerazione delle cellule beta è attraverso la trans-differenziazione da un altro tipo di cellula pancreatica. Esistono cinque diversi tipi di cellule endocrine all’interno dell’isola pancreatica e studi recenti hanno dimostrato una notevole plasticità tra questi diversi tipi di cellule. Le cellule alfa sono il secondo tipo di cellula insulare più abbondante dopo le cellule beta ed entrambe derivano dalla stessa linea cellulare. Anche le cellule alfa e beta adulte condividono lo stesso apparato secretorio ed i loro profili trascrizionali ed epigenomici sono notevolmente simili. Le prove sono che il targeting simultaneo dei geni DNMT1 e ARX nelle cellule alfa, le guida verso la conversione in cellule simili alle beta.

Inoltre, la trasduzione virale delle cellule alfa con fattori di trascrizione PDX1 che MafA consente alle cellule di secernere insulina in risposta al glucosio, nonostante la loro conservazione delle caratteristiche delle cellule alfa. Nonostante questi risultati siano incoraggianti, c’è il problema di tradurre questi risultati dalla ricerca alla clinica e data al complessità che c’è dietro non si rivela un compito facile. È noto che l’antagonismo di segnalazione del glucagone induce iperplasia delle cellule a. Tuttavia, le cellule alfa di nuova generazione non si trasformano spontaneamente in cellule beta; e il trattamento con anticorpi contro il recettore del glucagone (anti-GcgRs) non aumenta la massa delle cellule beta nei modelli di roditori di diabete mellito di tipo 2. Una possibile spiegazione per la mancanza di rigenerazione delle cellule beta è che sono in atto meccanismi di feedback negativo, per limitare l’espansione delle cellule beta per prevenire l’ipoglicemia. Ad esempio, l’insulina può agire come un inibitore della rigenerazione delle cellule beta.

Questo feedback assicura che non vi sia un’eccessiva espansione delle cellule beta quando è presente una quantità sufficiente di insulina. Infatti, in un modello di roditore di estrema carenza di cellule beta, le cellule alfa possono spontaneamente trans-differenziare in cellule beta. Tuttavia, questi topi richiedono insulina esogena e questo processo è molto lento e inefficiente, senza un abbondante pool di cellule alfa. Un team multidisciplinare dell’Università di San Francisco ha testato l’ultima ipotesi accennata sopra di poter cambiare il differenziamento di un tipo cellulare in un altro. Nello specifico, ha adottato una strategia di antagonismo del recettore del glucagone attraverso un anticorpo selettivo, somministrato per diverse settimane a topi geneticamente modificati, nello specifico hanno trattato topi ablati delle cellule beta (TET-DTA) con un dosaggio settimanale di un anticorpo anti-recettore del glucagone. Il trattamento con anti-GcgR non ha avuto alcun impatto sul peso corporeo, ma ha causato una rapida e prolungata diminuzione della glicemia.

Coerentemente, è stato osservato anche un aumento significativo della massa delle cellule alfa e, con sorpresa, il trattamento anti-GcgR ha comportato un aumento di quasi 3 volte della massa delle cellule beta rispetto al controllo. Questi risultati dimostrano che il blocco della segnalazione del glucagone in un modello carente di cellule b porta ad una rigenerazione di tali cellule. I ricercatori hanno ragionato sul fatto che nel contesto della carenza di cellule beta, c’è una richiesta fisiologica di produrre e sostenere la loro massa, ipotizzando che una volta che le cellule beta sono state reintegrate, possono rimanere anche in assenza dell’anticorpo. Per verificare questa ipotesi, hanno eseguito un periodo di trattamento di 7 settimane seguito da una fase di washout degli anticorpi, la cui durata è stata determinata dalla diminuzione dei livelli plasmatici di glucagone. Sette settimane di trattamento con anti-GcgR hanno normalizzato la glicemia e aumentato l’insulina plasmatica, il peptide C e il glucagone.

Come previsto, le analisi istologiche del pancreas dei topi terminate alla fine del trattamento, hanno mostrato un aumento significativo della massa delle cellule alfa e beta. Il washout degli anticorpi ha ridotto la massa delle cellule a di circa il 70%. che è coerente con la marcata riduzione dei livelli plasmatici di glucagone. Diversi gruppi, incluso il team di ricerca della San Francisco, hanno dimostrato che l’antagonismo del glucagone provoca una profonda iperplasia delle cellule alfa. Poiché i due tipi cellulari condividono la stessa origine dello sviluppo, le cellule alfa potrebbero essere un’altra fonte di rigenerazione delle cellule beta indotta da anti-GcgR. Le cellule beta con un’origine di cellule alfa possono essere identificate in diversi modi, incluso il rilevamento di marcatori di cellule beta mature. Dopo due dosi settimanali di anti-GcgR nei topi TET-DTA, una percentuale significativamente più alta di cellule alfa ha mostrato i marcatori di cellule beta mature Pdx1 o Nkx6.1, indicando il potenziale di cambiare differenziazione.

Poiché l’anti-GcgR agisce sia attraverso la proliferazione delle cellule b che attraverso la transdifferenziazione delle cellule da alfa a beta, gli scienziati si sono chiesti se i suoi effetti rigenerativi delle cellule b hanno maggiori probabilità di tradursi negli esseri umani. Per studiare gli effetti dell’anti-GcgR sulla rigenerazione delle cellule beta in una specie superiore, hanno condotto uno studio esplorativo di 13 settimane nelle scimmie. Al termine dello studio, le scimmie sono state soppresse e sottoposte a uno screening approfondito per eventuali potenziali effetti tossicologici. Non sono stati osservati cambiamenti nel peso del pancreas o anomalie macroscopiche sul pancreas, ma la dimensione dell’isolotto pancreatico è aumentata È importante sottolineare che il trattamento anti-GcgR nelle scimmie ha portato anche a un aumento modesto ma significativo della percentuale di cellule beta. Nei topi, l’espressione di Nkx6.1 è strettamente limitata alle cellule beta, mentre Pdx1 è espresso sia nelle cellule beta che nelle cellule duttali pancreatiche.

Un aumento significativo del numero di cellule esprimenti Nkx6.1 e Pdx1 è stato osservato nel gruppo di scimmie anti-GcgR. Questi dati suggeriscono che la trans-differenziazione delle cellule da alfa a beta può essere un potenziale meccanismo alla base dell’aumento delle cellule beta indotto da anti-GcgR nelle scimmie. La rigenerazione delle cellule beta con anti-GcgR ha il potenziale per invertire il problema alla base della loro carenza nei pazienti con diabete genetico o di tipo 1. Tuttavia, poiché il T1D è una malattia autoimmune, le cellule beta appena rigenerate potrebbero essere minacciate nuovamente dal sistema immunitario. Pertanto, la migliore strategia terapeutica potrebbe essere quella di combinare l’anti-GcgR con un immunosoppressore. Tra i molti immunosoppressori che sono stati testati negli studi clinici sul T1D, il teplizumab è il più promettente. Modificando il rapporto tra effettore e cellule T regolatorie, è stato dimostrato che ritarda il declino della funzione delle cellule beta nei pazienti con diabete tipo 1 di nuova insorgenza.

Nel complesso, questi dati suggeriscono che la combinazione di anti-GcgR con un immunomodulatore può essere una terapia efficace per il diabete genetico. A tal fine, i ricercatori hanno sviluppato un potente anticorpo monoclonale anti-GcgR, denominato NGM217, che è attualmente in fase di sviluppo clinico per il trattamento del diabete genetico.

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

Pubblicazioni scientifiche

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Dott. Gianfrancesco Cormaci

Medico Chirurgo, Specialista; PhD. a CoFood s.r.l.
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di due brevetti sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento enzimaticamente neutralizzata (owner of patents concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (Leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di articoli su informazione medica e salute sul sito www.medicomunicare.it (Medical/health information on website) - Autore di corsi ECM FAD pubblicizzati sul sito www.salutesicilia.it
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