Muscoli dal laboratorio

Il professor Ori Bar-Nur dell'ETH e il suo team coltivano cellule muscolari in laboratorio. In questo caso si tratta di cellule di topo, ma sono interessati anche a cellule umane o di bovini. Entrambi hanno applicazioni promettenti: Il tessuto muscolare umano coltivato in laboratorio potrebbe essere utilizzato in chirurgia e le cellule staminali muscolari umane potrebbero aiutare le persone affette da malattie muscolari. A sua volta, il tessuto muscolare bovino ottenuto in laboratorio potrebbe rivoluzionare l'industria della carne. Permette infatti di produrre carne senza dover macellare un animale.

Per il momento, tuttavia, la ricerca dell'ETH si concentra sull'ottimizzazione della produzione di cellule staminali muscolari e sul renderle più sicure. Ora sono riusciti a farlo con un nuovo approccio.

Cellule riprogrammate

Come altri ricercatori del settore, gli scienziati dell'ETH utilizzano un altro tipo di cellula, più facile da coltivare, come materiale di partenza per le cellule muscolari: le cellule del tessuto connettivo. Utilizzando un cocktail di sostanze attive e proteine, riprogrammano molecolarmente queste cellule per produrre cellule muscolari che si moltiplicano rapidamente e formano anche fibre muscolari. "Questo approccio ci permette di produrre grandi quantità di cellule muscolari", spiega Xhem Qabrati, dottorando del gruppo di Bar-Nur e uno dei due autori principali dello studio. "Sebbene queste cellule possano essere coltivate anche direttamente da biopsie muscolari, spesso perdono la loro funzionalità ed è quindi difficile produrne grandi quantità in questo modo".

Un componente importante del cocktail utilizzato e quindi un innesco centrale per la trasformazione cellulare è la proteina MyoD. Si tratta di un cosiddetto fattore di trascrizione che regola l'attività di alcuni geni nel nucleo cellulare. MyoD non è normalmente presente nelle cellule del tessuto connettivo. Affinché le cellule del tessuto connettivo si trasformino in cellule muscolari, gli scienziati devono indurle a produrre MyoD nel loro nucleo cellulare per diversi giorni.

Senza ingegneria genetica

Finora i ricercatori hanno utilizzato l'ingegneria genetica per questo processo: hanno usato particelle virali per introdurre le istruzioni genetiche per la costruzione della proteina MyoD nel nucleo della cellula. I virus inseriscono queste istruzioni nel genoma, dopodiché le cellule possono iniziare a produrre la proteina. Tuttavia, questo approccio comporta un rischio per la sicurezza: gli scienziati non possono controllare in quale punto esatto del genoma i virus inseriscono le istruzioni. A volte i virus inseriscono le istruzioni al centro di un gene vitale, danneggiandolo. Oppure l'inserimento porta a cambiamenti che possono causare il cancro.

Bar-Nur e i suoi colleghi hanno utilizzato un approccio diverso per introdurre MyoD nelle cellule del tessuto connettivo. Si sono ispirati ai vaccini a base di mRNA Covid: Invece di usare i virus per introdurre il DNA di MyoD nelle cellule, hanno introdotto nelle cellule la trascrizione dell'mRNA di questo codice. Il genoma delle cellule rimane invariato, per cui non vi sono conseguenze negative associate. Tuttavia, grazie all'mRNA, le cellule del tessuto connettivo sono in grado di produrre la proteina MyoD e di trasformarsi in cellule staminali e fibre muscolari insieme agli altri componenti del cocktail ottimizzato dai ricercatori dell'ETH.

Gli scienziati hanno recentemente pubblicato questo approccio sulla rivista scientifica pagina esternaMedicina rigenerativa NPJ pubblicato. Prima di loro, nessuno era mai riuscito a riprogrammare le cellule del tessuto connettivo in cellule staminali muscolari senza ricorrere all'ingegneria genetica.

Un aiuto per l'atrofia muscolare

Le cellule muscolari prodotte dai ricercatori sono anche pienamente funzionali, come hanno dimostrato in esperimenti con topi affetti da distrofia muscolare di Duchenne. Si tratta di una rara malattia ereditaria dell'uomo. Le persone colpite mancano di una proteina necessaria per la stabilità muscolare, con conseguente atrofia muscolare progressiva e paralisi.

Gli scienziati dell'ETH hanno iniettato cellule staminali muscolari senza questo difetto nel muscolo di topi con questo difetto. Sono riusciti a dimostrare che le cellule staminali sane nel muscolo formano fibre muscolari funzionali. "Questo trapianto di cellule staminali muscolari potrebbe essere particolarmente interessante per i pazienti Duchenne in fase avanzata, già gravemente colpiti dall'atrofia muscolare", spiega Inseon Kim, anch'egli dottoranda del gruppo di Bar-Nur e primo autore dello studio. Il metodo è adatto a produrre quantità sufficientemente grandi di cellule staminali muscolari necessarie a questo scopo. Soprattutto perché non comporta l'ingegneria genetica e i rischi associati, il che è auspicabile per l'uso terapeutico nell'uomo.

Carne alternativa

Tuttavia, i ricercatori devono ancora trasferire il loro approccio alle cellule umane. "Vogliamo anche verificare se le cellule del tessuto connettivo possono essere trasformate in cellule muscolari direttamente nell'organismo, iniettando l'mRNA di MyoD e gli altri componenti del cocktail in topi affetti da una malattia muscolare", spiega l'ETH Professor Bar-Nur. Anche questo potrebbe un giorno aiutare le persone affette.

Infine, Bar-Nur e il suo team vorrebbero integrare le nuove scoperte nel loro lavoro con le cellule bovine. Questo è un altro pilastro della loro ricerca. Il metodo potrebbe anche far progredire la coltivazione di cellule staminali muscolari animali come metodo di produzione alternativo per la carne.