Nuove frontiere per la medicina rigenerativa arrivano dalla ricerca europea coordinata da ENEA. Due studi internazionali pubblicati sulle riviste Journal of Molecular Sciences e Stem Cell Research and Therapy, nell’ambito del progetto europeo RISEUP, aprono infatti la strada a terapie innovative capaci di orientare il destino delle cellule staminali attraverso impulsi elettrici ultra-brevi. Le ricerche dimostrano che le cellule staminali possono essere indirizzate verso la proliferazione oppure verso il differenziamento in cellule adipose, ossee e neuronali grazie all’applicazione di impulsi elettrici moderati della durata di appena 100 microsecondi, noti come PEF (Pulsed Electric Fields).
Al centro del meccanismo individuato dai ricercatori vi sono le oscillazioni del calcio all’interno delle cellule, generate dagli impulsi elettrici. Questi stimoli provocano infatti la formazione temporanea di pori nella membrana cellulare, un fenomeno chiamato elettroporazione. Dai test di laboratorio è emerso che un aumento della frequenza delle oscillazioni del calcio favorisce la proliferazione delle cellule staminali e il mantenimento del loro stato indifferenziato. Al contrario, la riduzione o la scomparsa di tali oscillazioni accompagna il processo di differenziamento cellulare.
L’elettroporazione rappresenta già oggi una tecnologia consolidata in ambito biologico e clinico. Nella sua forma temporanea viene utilizzata, ad esempio, per trasferire farmaci o materiale genetico all’interno delle cellule, come avviene nell’elettrochemioterapia. Quando invece i pori creati nella membrana restano aperti in modo permanente, la tecnica trova applicazione nelle terapie anticancro, poiché consente di eliminare le cellule tumorali senza danneggiare i tessuti sani circostanti. I risultati ottenuti dal progetto RISEUP potrebbero ora ampliare ulteriormente le applicazioni della stimolazione elettrica, offrendo nuove prospettive per lo sviluppo di trattamenti avanzati nel campo della medicina rigenerativa e delle terapie cellulari.
“Le cellule staminali rappresentano uno strumento estremamente potente per la rigenerazione dei tessuti danneggiati, ma il successo del trapianto cellulare dipende da diversi fattori, tra cui la capacità delle cellule di colonizzare il tessuto lesionato, di sopravvivere e di differenziarsi”, spiega la coordinatrice del progetto RISEP Claudia Consales, ricercatrice del Laboratorio ENEA di Biotecnologie RED. “Per questo motivo – prosegue – è fondamentale adottare strategie mirate per favorire questi processi. Oltre al trapianto con l’utilizzo di scaffold – strutture di supporto che facilitano l’attecchimento delle cellule – è preferibile applicare protocolli capaci di stimolare inizialmente la proliferazione cellulare, così da migliorarne la sopravvivenza, e successivamente il differenziamento. Perché uno dei principali ostacoli al trapianto cellulare è rappresentato proprio dalla morte di una quota significativa delle cellule impiantate durante la fase di attecchimento”.
“Il successo dei nostri test deriva proprio dall’integrazione di una tecnica di stimolazione elettrica già consolidata con le conoscenze sul ruolo chiave del calcio nei processi cellulari: la combinazione di questi elementi ha permesso di ottenere un risultato inedito: un approccio efficace e facilmente applicabile con cui diventa possibile controllare il destino delle cellule”, conclude la ricercatrice ENEA Claudia Consales.
[1] Gli studi sono stati condotti sulle cellule staminali mesenchimali estratte dal tessuto adiposo (MSCs) e sulle cellule staminali neuronali (iNSCs) ottenute dalle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs).
[2] I PEF agiscono modulando all’interno della cellula la presenza dello ione di calcio (Ca²⁺), cioè una forma carica positivamente del calcio. Normalmente il calcio (Ca) è un elemento chimico neutro, ma quando perde due elettroni diventa Ca²⁺, uno ione con carica doppia positiva. Questo ione è fondamentale per molte funzioni cellulari e biologiche.
[3] Tutte le cellule viventi possiedono campi elettrici naturali e presentano quindi un potenziale elettrico stabile, che può essere modificato dall’applicazione di un campo elettrico esterno. Inoltre, l’effetto della stimolazione elettrica dipende dall’intensità e dalla durata del campo elettrico, oltre che dal tipo di cellula coinvolta.