Valutazione funzionale di Medium Spiny Neurons derivati da cellule staminali umane eseguita in vitro ed ex vivo a seguito del loro trapianto in un modello roditore di Malattia di Huntington.

La malattia di Huntington (HD) è una patologia neurodegenerativa caratterizzata da ipercinesia, disturbi comportamentali e demenza. Essa ha origine genetica ed è causata da un’anomala espansione di triplette CAG nell’esone 1 del gene codificante per la proteina huntingtina (Htt). A livello cerebrale ciò comporta la degenerazione dei Medium Spiny Neurons (MSNs), una tipologia di neuroni GABAergici localizzati nel corpo striato. Ad oggi, non esiste alcuna terapia efficace per il trattamento dell’HD. Un approccio promettente potrebbe essere offerto dalla medicina rigenerativa e dall’uso di cellule staminali che, differenziate in neuroni e trapiantate nei pazienti, andrebbero a sopperire alla neurodegenerazione. Uno studio del 2013 (Delli Carri et al., 2013), condotto dai ricercatori del laboratorio di fisiologia e biofisica dei canali ionici dell’Università di Pavia in collaborazione con l’Università di Milano, ha mostrato l’efficacia di un protocollo di differenziamento funzionale volto ad ottenere in vitro MSNs da cellule staminali embrionali umane (hESCs) in 80-90 giorni. Da qui, i precursori striatali ottenuti con tale protocollo sono stati trapiantati in utero in cervelli di feti di ratti allo stadio di sviluppo embrionale E16.5, dimostrando la capacità di maturare in situ e di integrarsi correttamente nei network neuronali preesistenti. Questi risultati sono stati fondamentali per gli studi successivi, i cui risultati sono in parte riportati nel mio elaborato di tesi, volti ad effettuare la valutazione funzionale di hESCs differenziate in MSNs a seguito del loro trapianto in ratti nudi con lesione striatale indotta da acido chinolinico. Le cellule sono state prima sottoposte al differenziamento da parte dei nostri collaboratori dell’Università di Milano, con un protocollo simile a quello riportato nel 2013, e poi trapiantate in ratti nudi modello di HD nella sede della lesione previa marcatura con GFP. Le analisi elettrofisiologiche, basate sulla tecnica del patch-clamp, sono state condotte presso i nostri laboratori su ratti nudi modello di HD a 9 mesi post-trapianto (9 MPT) e 2 mesi post-trapianto (2 MPT). Nel primo caso, solo una piccola percentuale di cellule è risultata in grado di maturare e differenziare correttamente in situ, probabilmente a causa di problematiche tecniche inerenti al grado di differenziamento delle cellule trapiantate e all’età avanzata degli animali utilizzati negli esperimenti. Nel secondo caso, invece, la quasi totalità delle cellule è maturata e si è differenziata (parzialmente o completamente) nella sede del trapianto, integrandosi funzionalmente nei circuiti dell’ospite e dimostrando quindi la potenziale validità di questo approccio terapeutico. Parallelamente è stata confermata l’efficacia di un secondo protocollo di differenziamento funzionale, messo a punto a partire dal precedente, con il grande vantaggio di poter ottenere, in vitro, MSNs maturi partendo da hESCs con tempistiche ridotte (circa 25-30 giorni). Dalle analisi elettrofisiologiche in vitro sulle cellule al termine di questo protocollo, solo una piccola percentuale risultava indifferenziata, circa 1/3 differenziava in modo parziale, mentre circa la metà differenziava in modo completo. In prospettiva traslazionale, questo risultato è di grande interesse perché abbattere i tempi di produzione di MSNs maturi permetterebbe di trattare un numero maggiore di soggetti con tempistiche ridotte. Preliminarmente a questo, sarebbe inoltre di grande interesse trapiantare i precursori striatali, così ottenuti in vitro, in modelli animali HD che meglio mimano la progressione della patologia umana (es. topi R6/2 o topi zQ175) ed effettuare, anche in questo caso, valutazioni funzionali ex vivo sulla corretta maturazione ed integrazione nei network neuronali preesistenti.