L'impianto fornisce contromisure

L'ETH Martin Fussenegger le chiama protesi molecolari: cellule biologiche con circuiti genici appositamente sviluppati che possono essere impiantate in un organismo e assumere le funzioni metaboliche che l'organismo stesso non può svolgere. Fussenegger e i suoi collaboratori del Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea sono riusciti a sviluppare una protesi molecolare di questo tipo, molto più complessa nelle sue funzioni rispetto alle precedenti. ? stata progettata per trattare la psoriasi, una complessa malattia infiammatoria cronica della pelle.

I circuiti genici che sono stati realizzati finora di solito controllano solo se una molecola metabolica A è presente nel loro ambiente. In caso affermativo, producono una molecola metabolica X in risposta. Il nuovo circuito, più complesso, è in grado di rilevare due molecole A e B contemporaneamente. E solo se sono presenti entrambe produce le molecole X e Y. "Abbiamo utilizzato componenti cellulari per sviluppare una cosiddetta porta logica AND, come la conosciamo in elettronica e senza la quale nessun computer funzionerebbe", spiega Fussenegger. I ricercatori hanno impiantato un circuito con tale porta AND nei topi. Questo circuito è stato in grado di sopprimere con successo le ricadute della psoriasi nel modello murino.

La nuova protesi molecolare utilizza il linguaggio che le cellule immunitarie del corpo usano per comunicare tra loro: il linguaggio delle numerose sostanze messaggere che le cellule immunitarie possono produrre e riconoscere.

Una protesi supporta il sistema immunitario

Durante un'infiammazione della psoriasi, le varie cellule del sistema immunitario sono coinvolte in due modi: Da un lato, sono responsabili di provocare una reazione infiammatoria aumentando la produzione di varie sostanze messaggere, tra cui quelle etichettate come TNF e IL-22. Dall'altro, in una fase successiva, producono una serie di sostanze messaggere che consentono di attenuare nuovamente l'infiammazione. Tra queste vi sono le sostanze messaggere IL-4 e IL-10.

Il circuito sviluppato dai ricercatori dell'ETH è in grado di riconoscere le molecole pro-infiammatorie TNF e IL-22. Se queste due sostanze messaggere sono presenti contemporaneamente (e solo in quel caso), produce le molecole antinfiammatorie IL-4 e IL-10. Se queste due sostanze messaggere sono presenti contemporaneamente (e solo allora), produce le molecole antinfiammatorie IL-4 e IL-10. "In questo modo la nostra protesi molecolare aiuta il sistema immunitario a sopprimere la reazione infiammatoria", spiega Fussenegger.

Cellule di design in una capsula porosa

Gli scienziati hanno racchiuso 200 cellule di ogni linea cellulare umana con questo circuito genico in una minuscola capsula porosa fatta di gelatina di alghe. Gli scienziati hanno iniettato 6000 di queste piccole capsule nella cavità addominale dei topi. Lì si sono formati naturalmente nuovi vasi sanguigni che hanno collegato le capsule al flusso sanguigno.

Gli scienziati hanno utilizzato un farmaco per innescare una reazione infiammatoria nella pelle dei topi simile alla psoriasi. Hanno confrontato gli animali in cui avevano precedentemente impiantato "capsule di cellule di design" con quelli senza capsule. Solo questi ultimi hanno mostrato sintomi di infiammazione. L'impianto ha soppresso con successo la malattia infiammatoria.

Il circuito come sistema di allarme precoce

Oggi la psoriasi viene solitamente trattata solo per i sintomi - aree di pelle infiammate, pruriginose e talvolta squamose - con una pomata applicata localmente. Esistono anche terapie farmacologiche che agiscono sull'intero organismo.

Di norma, tali terapie vengono avviate quando si verifica una riacutizzazione della psoriasi. "Per questo motivo le terapie esistenti sono praticamente sempre in ritardo rispetto ai sintomi", afferma Fussenegger. Gli impianti di circuiti genici, invece, sono adatti alla prevenzione. "Il circuito inizia a produrre sostanze messaggere antinfiammatorie in una fase precoce, non appena si manifesta una riacutizzazione a livello di sostanze messaggere pro-infiammatorie e non solo quando diventano visibili le eruzioni cutanee".

Anche per altre malattie infiammatorie

Gli esperimenti condotti con successo sui topi rappresentano uno studio di fattibilità, spiega Fussenegger. Non si sa se e quando queste cellule di design potranno essere utilizzate nell'uomo. Tuttavia, è ipotizzabile che un giorno tali cellule di design possano essere impiantate nei pazienti affetti da psoriasi. Poiché il tessuto connettivo in crescita potrebbe sigillare l'impianto dal flusso sanguigno nel corso del tempo, il medico dovrebbe probabilmente sostituirlo ogni pochi mesi.

Questi circuiti biologici con porte AND potrebbero essere adatti anche per altre malattie. Fussenegger: "Le malattie infiammatorie croniche sono un buon esempio di malattie che non possono essere diagnosticate misurando una singola molecola", ma di solito possono essere diagnosticate con una cellula di design che misura il profilo di diverse sostanze messaggere nel sangue. Se questa cellula di design fosse anche in grado di produrre molecole terapeutiche, si aprirebbero promettenti opzioni di trattamento per un'intera gamma di malattie in futuro.