Creazione di modelli tridimensionali in vitro per lo studio delle malattie neurodegenerative

Le malattie neurodegenerative (NDs) sono un insieme di disturbi che colpiscono il sistema nervoso centrale e periferico, accomunati da una progressiva perdita di neuroni. In base all’area cerebrale colpita si osservano vari segni clinici, come la comparsa di disturbi comportamentali, disturbi cognitivi, psicologici e alterazioni motorie. Le NDs sono malattie incurabili, debilitanti, che ancora oggi non trovano una cura definitiva. Le principali NDs che affliggono la popolazione mondiale sono il morbo di Alzheimer (AD), il morbo di Parkinson (PD), Corea di Huntington (HD) e la Sclerosi Laterale Amiotrofica (ALS). Con l’aumento dell’aspettativa di vita si sta assistendo a un netto aumento di casi di NDs, che trovano nell’invecchiamento un primo fattore di rischio, con un conseguente aumento dei costi sociali per queste malattie e una richiesta sempre maggiore di trovare una terapia che ne rallenti la progressione o che allevi i sintomi. Lo studio delle NDs si è sempre avvalso di modelli sperimentali, in quanto il tessuto neuronale derivato dal paziente è di difficile reperimento. Si è iniziato quindi a utilizzare modelli in vitro che potessero mimare le caratteristiche della malattia, con alcuni vantaggi rispetto al modello in vivo, quali il minor costo e la facilità di utilizzo. Diverse linee e modelli cellulari sono ad oggi usati nella ricerca pre-clinica, creati basandosi sulle mutazioni genetiche che ogni NDs presenta in modo caratteristico. Da questa poi si sono ingegnerizzati modelli non mammiferi, come insetti e pesci, per arrivare ai mammiferi come topi e ratti, i più popolari modelli per lo studio di NDs, predittivi per quanto riguarda la malattia, ma senza una traslazionalità a livello clinico. Tutti questi modelli ricapitolano solo in parte la patologia, la complessità clinica che rispecchia tutte queste NDs, inoltre c’è da sottolineare come solo in pochi di essi sia presente la perdita neuronale, prima evidenza chiave delle NDs. Recenti passi avanti nella tecnologia delle colture cellulari ha permesso la creazione di nuovi modelli, in particolare grazie alle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs), messe a punto da Yamanaka nel 2006. Queste cellule superano il problema legato al modello animale, con tutti i problemi che porta con sé, e lascia maggior libertà allo sperimentatore per svolgere diversi esperimenti a diversi livelli di complessità. La tecnologia si basa sull’utilizzo di cellule somatiche ottenute direttamente da pazienti affetti da NDs, che vengono riprogrammate a uno stadio staminale, per poi essere differenziate nel fenotipo neuronale che interessa la patologia. Ulteriori sviluppi in campo bioingegneristico hanno dato agli studi in vitro un ulteriore vantaggio, che consiste nella coltura di cellule in tre dimensioni (3D), grazie all’utilizzo di supporti gelatinosi, o di materiale simile, estrusi con l’ausilio di una stampante biologica (Bioplotter). La ricerca in vitro ha avuto sempre come capostipite la crescita delle cellule in due dimensioni (2D), il che permetteva un facile processamento delle cellule, della loro coltura, e dei successivi esperimenti in cui venivano impiegate. In tutto ciò queste colture 2D non rispecchiavano l’ambiente che vi era in un modello in vivo, o addirittura nel paziente stesso, dove le cellule sono circondate da una matrice extracellulare, che sempre più sta crescendo in termini di importanza. Il mio lavoro presentato in questa tesi consiste nella messa a punto di un modello tridimensionale utilizzando cellule mononucleate del sangue periferico (PBMCs) derivanti da paziente, riprogrammate ad iPSCs, incluse in un supporto gelatinoso creato per permettere la stampa, testato per ottimizzare vitalità e proliferazione. In questo modello le iPSCs verranno successivamente differenziate, permettendo di ottenere un modello realistico per lo studio dei pathway specifici della malattia presa in esame.