RICERCA EOC

Per riparare i danni dell’infarto
test con le "vescicole" prodotte dalle cellule staminali cardiache

Studi avanzati nel Laboratorio di Theranostica del Cardiocentro, diretto da Lucio Barile. Le vescicole sembrano più efficaci delle staminali stesse e potrebbero diventare un farmaco, o anche uno strumento diagnostico

di Agnese Codignola

Ogni cellula di un organismo vivente rilascia continuamente biomolecole di vario tipo, racchiuse in strutture chiamate vescicole extracellulari o esosomi, delle dimensioni medie di 100 nanometri (un nanometro è un milionesimo di millimetro), simili a quelle di alcuni virus come SARS-CoV-2. Attraverso questi organelli, che si spargono nei tessuti adiacenti al luogo di secrezione, ma che entrano anche nel sangue, le cellule mantengono il proprio equilibrio interno, comunicano con le cellule vicine, così come con quelle lontane, trasportando frammenti di materiale genetico e di proteine che agiscono come messaggeri e, una volta captati da altre cellule, attivano risposte di vario tipo. 

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Tutto ciò è noto da tempo, ma fino a pochi anni fa non era stato oggetto di studi più approfonditi, per motivi essenzialmente tecnologici: le vescicole sono così piccole che non c’erano gli strumenti adeguati per studiarle. Ma poi tutto è cambiato, con l’avvento delle tecniche di biologia molecolare e con il perfezionamento di quelle basate sulle reazioni immunitarie, e si è iniziato a esplorare le potenzialità di queste minuscole messaggere, ubiquitarie e fondamentali per il funzionamento di un organismo complesso come quello umano. Tra coloro che, per primi, hanno iniziato a cercare di conoscerle meglio, c’è Lucio Barile, laureatosi all’Università La Sapienza di Roma, per poi passare all’Istituto di cardiobiologia molecolare dell’Università Johns Hopkins di Baltimora, dove ha svolto parte del suo dottorato in medicina sperimentale (conseguito poi a Roma) e dove si stavano studiando le cellule progenitrici (staminali) di quelle cardiache come possibile terapia per l’infarto. In seguito Barile è tornato in Italia, prima a Trieste e poi a Milano, e nel 2011 è arrivato in Ticino, dove gli è stata data la possibilità di mettere in piedi, al Cardiocentro (ora dell’Ente Ospedaliero Cantonale), un laboratorio dedicato proprio alle vescicole extracellulari e dove nel 2014 ha pubblicato uno studio che ha portato alla prima descrizione al mondo di quelle derivanti dalle cellule progenitrici delle cellule cardiache che aveva studiato a Baltimora. Il seguito di quel lavoro è stato pubblicato nel 2018, e ha ricevuto un premio come miglior “paper” fondamentale di ricerca dalla Società Europea di cardiologia. Spiega Barile: «Date le loro caratteristiche, è stato sempre chiaro che avremmo dovuto studiarle da due punti di vista complementari: quello terapeutico e quello diagnostico. Da questa duplice natura deriva anche il nome che ho voluto dare al laboratorio, Thera (da tehrapeutic) e - nostica (da diagnosi) Cardiovascolare. E in effetti in questi anni abbiamo lavorato sui due fronti, mentre cresceva, nel mondo, il numero di laboratori interessati a queste particolarissime strutture».

PREVEDERE LE MALATTIE - Dal punto di vista diagnostico, va detto che sulle membrane esterne, le vescicole recano una sorta di firma, perché a seconda del tipo di cellula che le ha generate, contengono alcune proteine specifiche, e sono quindi riconoscibili. Di conseguenza, è possibile ipotizzare che un’analisi attenta di quei marcatori possa avere un significato diagnostico: per esempio, aiutare a prevedere certe malattie, o a tenerne sotto controllo altre molto precocemente, e senza indagini invasive. E che potrebbe essere così almeno in ambito trapiantologico, Barile e il suo gruppo lo hanno confermato in uno studio pubblicato nel 2020 sul Journal of Heart and Lung Transplantation, una delle riviste più importanti del settore, che lui stesso illustra: «Abbiamo verificato in modo retrospettivo se, nei pazienti sottoposti a un trapianto di cuore, la presenza di alcuni tipi di vescicole con proteine di superficie di tipo immunitario potesse essere uno strumento utile a prevedere il rigetto. Si trattava di 90 pazienti, e quindi di una casistica rilevante, dato il tema, raccolta in collaborazione con i colleghi del gruppo dei trapianti dell’Università di Padova, diretto da Annalisa Angelini. Su di loro abbiamo controllato quanto i dati ottenuti dallo studio delle vescicole fossero in linea con la storia clinica, e abbiamo dimostrato che l’affidabilità è superiore all’85%, cioè che in quasi nove casi dieci lo sono». 

Un altro studio importante, uscito nel 2022, condotto in collaborazione con diversi gruppi ticinesi, ha poi contribuito a chiarire, su un campione di circa 500 pazienti, il ruolo delle vescicole come predittrici (in questo caso caratterizzate da 37 diverse proteine) del rischio cardiovascolare, perché la presenza delle stesse è associata a un aumento in relazione a fattori quali l’ipertensione, il diabete e così via. Si profila anche in quel caso, quindi, la possibilità di usare le vescicole come marcatori di rischio poco invasivi.

Ma le vescicole sono prodotte da quasi tutte le cellule, e un approccio simile potrebbe quindi essere adottato in moltissime patologie. Per questo, come accaduto per il rischio cardiovascolare, Barile collabora con diversi gruppi ticinesi come quelli diretti da Andrea Alimonti per le ricerche in ambito tumorale, con Carlo Cereda per quelle sull’ictus e con Giorgia Melli per gli studi sulla malattia di Parkinson. Lo studio sui trapianti, poi, sta andando avanti.«Ciò che speriamo di capire - spiega Barile - è quanto le vescicole sono predittive nel corso del tempo, perché il rigetto può intervenire in qualsiasi momento, anche anni dopo l’intervento, e ciò costringe il trapiantato a sottoporsi a numerose biopsie ogni anno. Se queste potessero essere sostituite almeno in parte da un esame del sangue, la qualità di vita ne guadagnerebbe enormemente». 

LE POSSIBILI CURE - Poi c’è la parte terapeutica, dalla quale sono iniziati i primi studi di Barile negli Stati Uniti. In questo caso le vescicole sotto indagine sono quelle che derivano dalle cellule progenitrici delle cellule cardiache, che contengono anche piccoli frammenti di RNA (miRNA) e fattori che esercitano un’azione protettiva nei confronti dei cardiomiociti, le cellule del cuore che possono andare incontro a morte in seguito a un infarto. «L’idea - chiarisce il ricercatore - era quella di verificare se, date nelle prime ore dopo un infarto, le vescicole specifiche potessero aiutare a preservare il muscolo cardiaco e, almeno nei modelli animali, questo è ciò esattamente che accade. Non ci stupisce, perché le cellule progenitrici hanno una natura staminale e aiutano e promuovono la differenziazione. Ma dimostrare che le loro vescicole hanno un ruolo riparatore non era scontato, anche perché i tentativi fatti direttamente con esse negli anni scorsi sono stati sempre molto deludenti. Attualmente, in collaborazione con il gruppo del Cardiocentro diretto da Giuseppe Vassalli, e con l’Università di Zurigo, è in corso una sperimentazione sui maiali, che hanno un sistema cardiovascolare simile a quello dell’uomo. Per poter procedere con l’uomo, occorrerà poi il coinvolgimento delle strutture e dei mezzi di un’azienda». Nel frattempo, però, i dati raccolti hanno permesso di confermare che le vescicole sono pochissimo immunogeniche, come si dice in termine tecnico: anche quando provengono da un organismo diverso da quello in cui si infondono, cioè, non suscitano reazioni preoccupanti. E questo ha un’enorme importanza, perché significa che in futuro sarà forse possibile realizzarle di sintesi, o anche solo purificare quelle provenienti da donatori, per poi confezionarle secondo parametri standard e averle così a disposizione, per esempio, dei Pronto Soccorso. Potrebbero diventare, nel caso dell’infarto, una terapia per la fase acuta, come accade oggi con gli anticoagulanti.

Ciò che il lavoro di Barile lascia intravvedere è, in definitiva, una nuova frontiera, nella quale l’analisi dettagliata e poco invasiva di minuscole strutture generate da tutti i tipi cellulari potrebbe rivoluzionare la diagnosi di molte patologie e, almeno in alcuni casi, anche la terapia, attraverso un approccio rigenerativo. Barile (che insegna anche all’Università della Svizzera italiana (USI), presso la facoltà di scienze biomediche, e che sta quindi raccontando a numerosi giovani aspiranti medici e ricercatori i segreti degli esosomi, ponendo le basi per una nuova generazione di esperti appassionati) sarà certamente tra coloro che vi avranno più contribuito.