Retina, così le staminali possono riparare i vasi sanguigni

È protetta da una barriera così selettiva che è quasi impossibile far arrivare i farmaci là dove servono: per questo, nonostante decenni di ricerca, curare le malattie vascolari della retina – dalla retinopatia diabetica alla degenerazione maculare legata all’età – è ancora oggi particolarmente complesso, tanto che queste patologie restano oggi tra le principali cause di cecità al mondo. Solo in Italia, la degenerazione maculare interessa oltre 1 milione di individui, mentre la retinopatia diabetica colpisce circa un terzo dei pazienti con diabete. Numeri che spiegano perché la comprensione di queste patologie sia una priorità medica.

Ora un gruppo di bioingegneri della Duke University guidato da Sharon Gerecht, direttrice del dipartimento di Biomedical Engineering, ha trovato il modo di aggirare l'ostacolo dall'interno: anziché cercare un modo per "bucare" la barriera o farvi passare un farmaco attraverso, i bioingegneri hanno deciso di far crescere in laboratorio direttamente i "mattoni" sani di quella stessa barriera, ovvero le cellule endoteliali retiniche indotte (iREC) a partire da cellule staminali. L’obiettivo era quello di rigenerare vasi sanguigni danneggiati dalla retinopatia. Lo studio è stato pubblicato il 30 giugno su Nature Biomedical Engineering.

Dalle staminali alla barriera emato-retinica

La barriera emato-retinica interna, o iBRB, regola con precisione il passaggio di ossigeno, nutrienti, acqua e, come visto in precedenza, anche farmaci. Questa barriera è costruita da una rete fittissima di cellule endoteliali retiniche, affiancate da periciti e astrociti. Proprio la loro estrema specificità rende queste cellule difficili da riparare o da ricreare in laboratorio: finora, infatti, si potevano ottenere solo da donatori, con costi elevati e disponibilità limitata.

Il gruppo ha quindi preso cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), cioè cellule adulte riprogrammate a uno stadio primordiale, capaci di evolvere in molti tipi cellulari diversi, e le ha guidate, attraverso un protocollo già consolidato, verso la trasformazione in cellule endoteliali generiche. A questo punto è entrato in gioco l'elemento chiave dello studio: i ricercatori hanno individuato un segnale molecolare, lo stesso che nell'organismo guida lo sviluppo dei vasi retinici durante la crescita, capace di indirizzare le cellule endoteliali generiche e diventare cellule retiniche, ottenendo così le iREC.

Una retina in 3D

I ricercatori hanno poi testato le iREC in condizioni di basso ossigeno e glucosio elevato, che sono le cause fondamentali della retinopatia diabetica, sia in coltura sia in reti vascolari tridimensionali ricreate in idrogel di collagene, osservando un collasso della barriera identico a quello dei pazienti reali. Parallelamente, il gruppo di bioingegneri ha costruito una sorta di 'retina su chip' (organ-on-a-chip): un modello 3D miniaturizzato che riproduce la struttura dei vasi sanguigni della retina umana e che, una volta arricchito anche con periciti (le cellule di supporto dei vasi), ha dato origine a una barriera ancora più solida e realistica. Questa retina in miniatura permette di simulare malattie come la retinopatia diabetica direttamente su cellule umane, rendendo possibile il test di nuovi farmaci in modo rapido, sicuro e senza dover ricorrere subito alla sperimentazione animale.

I risultati sui topi

Forti di questi risultati, i ricercatori hanno iniettato le iREC nell'occhio di topi con retinopatia indotta da ossigeno, una condizione che riproduce la formazione di vasi sanguigni fragili e disorganizzati tipica delle retinopatie ischemiche. Le cellule iniettate si sono integrate nella retina dell'animale, riducendo sia le aree di tessuto privo di vasi sia la crescita di vasi patologici, e favorendo la formazione di una rete vascolare più simile a quella sana.

"I test hanno dimostrato che queste cellule coltivate in laboratorio sono promettenti per trattamenti preventivi, anche perché la nostra tecnica consente di ottenerle in modo più semplice ed economico" commenta Parker Esswein, coautore dello studio. In effetti le malattie vascolari della retina sono difficili da curare proprio perché le cellule endoteliali retiniche prelevate da pazienti tendono a perdere rapidamente le proprie caratteristiche una volta messe in coltura. Disporre di una fonte rinnovabile, economica e standardizzabile di queste cellule - derivata da iPSC anziché da donatori - significa poter studiare i meccanismi della malattia con maggiore precisione, testare nuovi farmaci su modelli più realistici e, potenzialmente, sviluppare terapie cellulari personalizzate, costruite a partire dalle cellule dello stesso paziente.

Un futuro nella clinica

Gli stessi ricercatori sottolineano che lo studio è ancora a uno stadio preclinico: i risultati sono stati ottenuti su topi, non ancora sull’essere umano, e il modello di retinopatia non riproduce tutta la complessità delle malattie retiniche umane. Tuttavia il lavoro è promettente. Non a caso, i ricercatori hanno già depositato una domanda di brevetto provvisorio che copre l'uso di queste cellule sia a fini terapeutici che a fini diagnostici. I prossimi passi del gruppo di Gerecht puntano a perfezionare i modelli di malattia in laboratorio e ad avviare collaborazioni industriali per portare questa tecnologia più vicino all'applicazione clinica.