Distrofia muscolare: come possono aiutare le cellule staminali?
La distrofia muscolare è una malattia che causa una progressiva degenerazione della muscolatura scheletrica e che può presentarsi sotto varie forme. Nel mondo, circa 1 bambino su 3,500 nasce con la forma più comune della malattia, la distrofia muscolare di Duchenne. In che modo la ricerca sulle cellule staminali potrebbe portare alla scoperta di nuovi trattamenti?
Le distrofie muscolari sono un gruppo di malattie genetiche che causano debolezza e una progressiva degenerazione dei muscoli cardiaci e scheletrici.
Persone con la distrofia muscolare di Duchenne (DMD) mancano di una proteina chiamata distrofina. L’assenza di questa proteina rende i loro muscoli facilmente danneggiabili. Il danno muscolare può causare infiammazioni ed aumentare il danno al tessuto muscolare stesso.
Normalmente, le cellule staminali dei muscoli, chiamate “cellule satellite”, differenziano in mioblasti, riparando in questo modo le fibre muscolari danneggiate. Tuttavia, le cellule satellite dei pazienti con DMD fanno fatica a generare sufficienti mioblasti e si esauriscono in fretta.
I ricercatori stanno studiando le cellule satellite e le cause del danno muscolare. Inoltre, si stanno investigando ulteriori trattamenti che aiutino a ridurre i danni muscolari, come, ad esempio, trattamenti anti-infiammatori.
Alcuni studi stanno testando metodi per preservare e ripristinare la funzionalità muscolare, trapiantando nei pazienti cellule che producono distrofina. Queste cellule trapiantate potrebbero essere ottenute da un donatore sano o cellule del paziente geneticamente modificate.
Si sta inoltre studiando l’uso di cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs) come mezzo per produrre larghe quantità di cellule con la forma corretta di distrofina.
Uno dei più grandi ostacoli per i trattamenti che si basano su trapianti di cellule da donatori è il possibile rigetto da parte del sistema immunitario del paziente. Trattare i pazienti con le proprie cellule (come cellule geneticamente modificate oppure cellule iPSCs) potrebbe aiutare ad evitare i problemi di rigetto, ma esporre il paziente ad altri rischi.
Un’altra sfida è la somministrazione: la DMD indebolisce tutti i muscoli del paziente e per questo i trattamenti di terapia cellulare devono essere in grado di raggiungere, in modo omogeneo, tutto il sistema muscolare.. Inoltre, il rapporto tra il numero di cellule sane trapiantate (o geneticamente modificate) e le cellule del paziente è ancora a sbilanciato verso le cellule del paziente, diminuendo la percentuale di successo delle terapie cellulari.
Le distrofie muscolari sono un gruppo di malattie genetiche che colpiscono la muscolatura scheletrica e spesso anche la muscolatura cardiaca. I sintomi includono indebolimento e progressiva degenerazione dei muscoli. La distrofia muscolare di Duchenne (DMD) è la forma più comune e tra le più gravi di questa malattia. È causata da una serie di mutazioni che impediscono la produzione della corretta forma di una proteina chiamata distrofina. Senza distrofina, i muscoli diventano fragili e si danneggiano facilmente. Col passare del tempo, i danni si accumulano al punto tale che il corpo non è più in grado di ripararli. I muscoli quindi degenerano, causando una progressiva invalidità nei pazienti.
La maggior parte dei muscoli è costituita da fasci di fibre muscolari, cellule allungate che contengono molti nuclei; ma i muscoli contengono anche molti altri tipi di cellule, incluse cellule staminali. Le cellule staminali sono responsabili della rigenerazione dei tessuti del nostro corpo. Queste cellule possono generare progenitori delle fibre muscolari ma anche produrre nuove copie di se stesse. I muscoli scheletrici contengono un tipo specifico di cellule staminali chiamate cellule satellite. Le fibre muscolari danneggiate trasmettono dei segnali (sotto forma di molecole) alle cellule satellite, promuovendo la formazione di nuove fibre o di fondersi con quelle esistenti per riparare il danno. Allo stesso tempo, alcune cellule satellite replicano se stesse per assicurare che ci siano sempre abbastanza cellule staminali per riparare e/o rimpiazzare nuove fibre muscolari in futuro.
Gli scienziati ipotizzano che il costante danneggiamento del muscolo nella DMD porti ad un esaurimento precoce delle cellule satelliti o alla perdita della loro capacità di replicarsi. Le cellule satellite sono essenziali per riparare i danni muscolari, quindi la loro diminuzione in numero causa una progressiva incapacità del muscolo di ripararsi. Le fibre vengono invece rimpiazzate da tessuto adiposo e cicatriziale, indebolendo il muscolo fino a renderlo atrofizzato.
Al momento non esistono cure comprovate per la DMD. I trattamenti disponibili cercano di rinforzare i muscoli dei pazienti e ridurre alcuni sintomi della malattia. Trattamenti a base di steroidi vengono comunemente utilizzati per rallentare la degenerazione muscolare ma presentano molti effetti collaterali, tra i quali l’indebolimento delle ossa che porta allo sviluppo dell’osteoporosi, ipertensione e ritardo della crescita. La fisioterapia aiuta parzialmente a mantenere la forza e la flessibilità del muscolo. Gli scienziati sperano in futuro di riuscire a riparare o sostituire le fibre muscolari danneggiate attraverso l’utilizzo di diverse strategie, tra cui il trapianto di cellule che producono distrofina per cercare di ripristinare o mantenere, la funzionalità del muscolo.
Ci sono diversi tipi di cellule staminali che gli scienziati prevedono di poter utilizzare per trattare la distrofia muscolare. Gli approcci più studiati prevedono 2 strategie:
- Produzione di fibre muscolari sane: gli scienziati sperano che una volta iniettate nei pazienti, le cellule staminali prive della mutazione che causa la DMD possano generare nuove fibre muscolari sane che sostituiscano quelle danneggiate
- Riduzione dell’infiammazione: nella distrofia muscolare i muscoli danneggiati sono soggetti a forte infiammazione. Questo processo infiammatorio accelera la degenerazione muscolare. I ricercatori credono che alcuni tipi di cellule staminali possano rilasciare delle molecole in grado di ridurre l’infiammazione e rallentare la progressione della malattia.
Oltre alle cellule staminali, altre strategie sono in sperimentazione clinica o in modelli preclinici. Ad esempio, la terapia genica o l’uso di farmaci diretti a ripristinare la corretta espressione del gene malato. Le future terapie probabilmente includeranno una combinazione dei diversi approcci. Parallelamente, i ricercatori stanno anche studiando il ruolo delle cellule staminali nel mantenimento e riparazione dei tessuti muscolari sani per cercare di capire in dettaglio cosa accade esattamente nella distrofia muscolare e come le problematiche possano essere corrette.
Attualmente, il focus principale della ricerca è individuare nuovi metodi per ripristinare la produzione della proteina mancante (distrofina) nei muscoli dei pazienti affetti da DMD.
Mioblasti
I mioblasti sono un tipo di cellule che si differenzia dalle cellule satellite dopo la nascita e si fondono per formare le fibre muscolari. Studi preclinici in modelli murini - topi che presentano un danno muscolare simile a quello causato dalla DMD - hanno dimostrato che iniettando mioblasti di topi sani nei muscoli dei topi malati, i mioblasti sani si fondono con le fibre muscolari malate e aiutano nella produzione di distrofina. Purtroppo, alcuni trial clinici nell’uomo non hanno confermato l’effetto positivo sui muscoli più grandi. Solo pochi dei mioblasti iniettati sopravvivono dopo il trapianto in muscoli distrofici e, se derivati da un donatore, possono essere attaccati dal sistema immunitario del paziente causando il rigetto.
I mioblasti potrebbero essere utili come parte di trattamenti per alcuni tipi di distrofia muscolare che colpiscono aree piccole e specifiche (come è stato recentemente dimostrato per la distrofia muscolare oculo-faringea, OPMD). Lo stesso tipo di trattamento però non sarebbe efficiente nella DMD poiché la malattia colpisce quasi tutti i muscoli del corpo. Sarebbe estremamente difficile da trattare con iniezioni intramuscolari, perché le cellule non sono in grado di migrare dal sito dell'iniezione, e sarebbero quindi necessarie migliaia di iniezioni. Inoltre, ottenere un numero di cellule sufficiente per un trapianto sarebbe estremamente difficile. In alternativa, per raggiungere ogni singolo muscolo con il trattamento, le cellule dovrebbero essere iniettate nel flusso sanguigno. Purtroppo, i mioblasti non possono essere utilizzati in questo modo poiché non sono in grado di attraversare le pareti dei vasi sanguigni e quindi migrare nei muscoli circostanti.
Mesoangioblasti
I mesoangioblasti (MABs) sono cellule dette “progenitrici” presenti nelle pareti dei vasi sanguigni. I ricercatori hanno dimostrato che i mesoangioblasti sani possono generare fibre muscolari, che producono distrofina, in modelli animali, come il cane o il topo, affetti da distrofia muscolare. L’efficacia con la quale le nuove fibre vengono formate e rallentano la degenerazione muscolare varia nei diversi modelli animali. Una caratteristica molto importante dei MABs è la loro capacità di attraversare le pareti dei vasi sanguigni, possono dunque essere iniettate nel sangue arterioso e raggiungere tutti i muscoli del corpo.
Un trial clinico in fase 1/2 è giunto a termine in Italia, coinvolgendo 5 pazienti. Questo trial ha dimostrato che MAB da donatori sani possono essere utilizzate come trattamento per bambini affetti da DMD, se il trattamento é affiancato da un regime di immunosoppressione. Purtroppo però, questo approccio non ha avuto grande efficacia, ma questo potrebbe essere dovuto al fatto che la malattia era già ad uno stadio avanzato in questi 5 pazienti. Al momento, i ricercatori stanno ottimizzando le procedure per il trapianto, provando ad utilizzare cellule provenienti dal paziente stesso dopo averle geneticamente corrette, cosí che producano correttamente la distrofina. Risultati concreti richiederanno diversi anni. Avendo scoperto che la procedura è sicura, i futuri studi clinici si concentreranno su pazienti più giovani, poiché le loro cellule muscolari rimanenti saranno state meno logorate dal progredire della malattia.
Cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC)
Le cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) possono essere generate in laboratorio teoricamente da qualsiasi cellula del corpo e sono pluripotenti – cioè possono a loro volta generare tutte le cellule del corpo. Recentemente gli scienziati hanno scoperto come trasformare le cellule iPS derivate da cellule della pelle di pazienti in cellule che si comportano come mesoangioblasti (MABs) sani. Quando questi mesoangioblasti sono stati iniettati in topi con distrofia muscolare, i muscoli dei topi sono diventati più forti, in grado di fare esercizi motori per più tempo, e producevano normali proteine muscolari. Questo è stato solamente uno studio iniziale, c‘è ancora molto lavoro da fare prima di stabilire se queste procedure potrebbero essere efficaci e sicure nell’uomo. Comunque, questo tipo di ricerche suggerisce che mesoangioblasti derivati da cellule iPS rappresentino una strategia promettente per trattare diversi tipi di distrofia muscolare. Inoltre, poiché le cellule iPS possono replicare se stesse indefinitamente, dalle cellule del paziente si potrebbe derivare un numero sufficiente di MAB per il trattamento appena descritto. Queste cellule sono cresciute in laboratorio in modo relativamente semplice e dovrebbero avere una probabilità molto minore di essere rigettate dal sistema immunitario rispetto a quelle derivate da un donatore.
Nella distrofia muscolare sia le cellule muscolari danneggiate che il sistema immunitario producono molecole infiammatorie. Queste molecole uccidono le cellule del muscolo e rendono l’ambiente del tessuto muscolare ostile, così che nuove cellule muscolari non possano crescere e sopravvivere. Gli scienziati ritengono che la riduzione del processo infiammatorio potrebbe rallentare la degenerazione del muscolo. Gli steroidi vengono attualmente utilizzati con questo proposito, ma c’è una attiva ricerca verso soluzioni alternative. Queste includono:
Trattamenti farmacologici
I ricercatori stanno studiando l’azione di nuovi farmaci volti a promuovere la crescita del muscolo e con funzione anti-infiammatoria. Molti trial clinici attualmente in corso sono focalizzati sullo studio di un gran numero di molecole ma non sono ancora disponibili risultati conclusivi. Alcune nuove molecole come il PTC124 (che agisce riparando il difetto genetico) è stato autorizzato per l’immissione nel mercato in Europa, ma i risultati anche in questo caso non sono conclusivi. Una situazione simile riguarda anche un altro tipo di molecole: gli oligonucleotidi. Queste molecole interagiscono con i macchinari cellulari e fanno in modo che la mutazione che impedisce la produzione della distrofina venga ignorata (“salto dell’esone”).
Al momento non esistono cure basate sull’utilizzo di cellule staminali per la distrofia muscolare. La ricerca negli ultimi anni ha aperto la strada a nuove possibili cure per il futuro. Molto lavoro è ancora necessario per determinare se questi trattamenti saranno sicuri ed efficaci nell’uomo. I maggiori ostacoli che gli scienziati devono riuscire a superare sono:
- Prevenire il rigetto delle cellule trapiantate
- Somministrare le cellule nei vasi sanguigni in modo da raggiungere tutti i muscoli colpiti dalla malattia
- Risolvere il problema della scarsa integrazione delle cellule trapiantate nel paziente. Ad esempio, nel trapianto di midollo osseo le cellule malate del paziente vengono eliminate prima del trapianto. Nel caso della DMD, il muscolo danneggiato non può essere rimosso e quindi le cellule trapiantate hanno meno spazio per integrarsi nel tessuto.
Questa scheda informative è stata creata da Rachel Gill.
Corretto de Jan Barfoot.
Aggionarto da Giulio Cossu nel 2013, 2016 e 2018.
Tradotto in italiano da Luca Tosti e Luca Stefanucci.
L’immagine di copertina con la struttura del muscolo e il diagramma che illustra l’uso delle cellule iPS nella terapia cellulare sono state prodotte da Emma Kemp attraverso Servier Medical Art. L’immagine del muscolo di un paziente affetto da distrofia muscolare é stata fornita da Edwin P. Ewing, Jr per cortesia del Public Health Image Library, Dipartimento di Salute e Servizi Umani Americano. La fotografia sulla fibra muscolare è di Mike Kayser, Wellcome Images. La figura delle fibre derivate da mesoangioblasti sono state fornite da Optistem e Giulio Cossu.