Un nuovo interruttore per la terapia cellulare del futuro
Il nuovo interruttore genico può essere attivato con un cerotto di nitroglicerina disponibile in commercio sulla pelle
L'organismo regola il proprio metabolismo in modo molto preciso in ogni momento. Ad esempio, le cellule specializzate del pancreas controllano costantemente il livello di zucchero nel sangue. Se questo aumenta dopo un pasto, l'organismo attiva una cascata di segnali per abbassare la glicemia.
Nei diabetici questa regolazione non funziona più in modo ottimale. Le persone colpite hanno una quantità eccessiva di zucchero nel sangue. Devono misurare il livello di zucchero nel sangue e iniettarsi l'insulina per regolarlo. Si tratta di un'operazione piuttosto imprecisa rispetto a quanto fa il corpo.
Dotare le cellule di funzioni speciali
Martin Fussenegger, professore di Biotecnologia e Bioingegneria presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Biosistemi del Politecnico di Zurigo a Basilea, e il suo team lavorano da tempo alle terapie cellulari. Esse dovrebbero un giorno permettere di trattare o addirittura curare in modo individuale e preciso malattie metaboliche come il diabete.
Ecco come funzionano queste terapie cellulari: I ricercatori modificano le cellule umane inserendovi una rete di geni che conferisce alle cellule capacità speciali. Queste cellule vengono impiantate nelle persone, ad esempio sotto la pelle. Uno specifico stimolo esterno attiva la rete.
Tutto dipende da un interruttore adatto
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno sviluppato diversi tipi di interruttori per questo scopo. Alcuni possono essere controllati elettricamente, altri con la luce, uno addirittura con la musica del gruppo rock britannico Queen.
I ricercatori di Basilea hanno ora sviluppato un'altra variante e l'hanno presentata sulla rivista Nature Biomedical Engineering.
"Per me questa soluzione è il miglior interruttore genico che io e il mio gruppo abbiamo costruito finora", sottolinea Fussenegger. Questo perché l'interruttore può essere attivato con la nitroglicerina, un principio attivo di lunga data, e perché l'applicazione - attaccare un cerotto sulla pelle - è estremamente semplice. Cerotti di varie dimensioni possono già essere acquistati in qualsiasi farmacia.
Dal cerotto, la nitroglicerina penetra rapidamente nella pelle dove incontra un impianto contenente cellule renali umane modificate.
L'ossido nitrico si mette in rete
Queste cellule intercettano specificamente la nitroglicerina. Un enzima incorporato in esse la converte nella molecola di segnalazione naturale ossido nitrico (NO). L'NO normalmente provoca la dilatazione dei vasi sanguigni del corpo e l'aumento del flusso sanguigno. Viene scomposto dopo pochi secondi; l'NO ha quindi un effetto molto localizzato.
Le cellule impiantate sono modificate in modo tale che l'NO inneschi la produzione e il rilascio della sostanza messaggera GLP-1, che a sua volta aumenta il rilascio di insulina da parte delle cellule beta del pancreas, regolando così il livello di glucosio nel sangue. Il GLP-1 innesca anche una sensazione di sazietà, che riduce l'assunzione di cibo.
Il nuovo interruttore è composto esclusivamente da componenti umani, cioè non contiene componenti di altre specie. "Si tratta di una novità assoluta", afferma Fussenegger. Con componenti di altre specie, c'è sempre il rischio di una commutazione errata, di interferenze con i processi dell'organismo o di reazioni immunitarie. "Qui possiamo escluderlo".
Sviluppato un intero arsenale di interruttori
Negli ultimi vent'anni il professore dell'ETH ha sviluppato diverse varianti di interruttori genici. Alcune reagiscono a stimoli fisici come l'elettricità, le onde sonore o la luce. Qual è quella che ha maggiori possibilità di essere realizzata un giorno?
"Gli inneschi fisici sono interessanti perché non dobbiamo usare molecole che interferiscono con i processi dell'organismo", afferma il biotecnologo. I segnali elettrici sono ideali per controllare gli interruttori e le reti geniche con l'elettronica indossabile, come gli smartphone o gli smartwatch. Si potrebbe poi integrare anche l'intelligenza artificiale. "Credo quindi che le terapie cellulari elettrogenetiche abbiano le migliori possibilità di essere realizzate. Per quanto riguarda gli interruttori chimici, vedo la nuova soluzione in pole position", afferma Fussenegger.
Tuttavia, l'ulteriore sviluppo di queste terapie cellulari basate su interruttori genici è complesso e richiede tempo. "Ci vogliono decenni, molto personale e risorse sufficienti per portare una terapia cellulare alla maturità del mercato", afferma il ricercatore. "Non ci sono scorciatoie".
Finora Fussenegger si è concentrato soprattutto sulle terapie cellulari per il diabete. Si tratta di una delle malattie metaboliche più comuni al mondo. Colpisce una persona su dieci. "È la malattia modello su cui stiamo lavorando. In linea di principio, però, è possibile sviluppare terapie cellulari anche per altre malattie metaboliche, autoimmuni o neurodegenerative, in pratica per tutto ciò che ha bisogno di essere regolato dinamicamente". Molti farmaci sono come un martello usato per colpire alla cieca un problema. "Le terapie cellulari, invece, risolvono il problema in modo simile a quello dell'organismo", afferma Fussenegger.
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