I magneti potrebbero essere uno strumento per indirizzare i poteri di guarigione delle cellule staminali per trattare condizioni come malattie cardiache o vascolari.

Alimentando le cellule staminali minuscole particelle di ossido di ferro, gli scienziati di Emory e Georgia Tech possono utilizzare i magneti per attirare le cellule in un punto particolare del corpo dopo l'iniezione endovenosa.

I risultati sono pubblicati online sulla rivista Piccolo e apparirà in un prossimo numero.

Il documento è stato il risultato della collaborazione tra i laboratori di W. Robert Taylor, dottore, dottorato di ricerca, e Gang Bao, dottorato di ricerca. Taylor è professore di medicina e ingegneria biomedica e direttore della Divisione di Cardiologia presso la Emory University School of Medicine. Bao è professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University.

I co-primi autori del documento sono i borsisti post-dottorato Natalia Landazuri, dottorato di ricerca, e Sheng Tong, dottorato di ricerca. Landazuri è ora al Karolinska Institute in Svezia.

Il tipo di cellule utilizzate nello studio, cellule staminali mesenchimali, non sono cellule staminali embrionali. Le cellule staminali mesenchimali possono essere facilmente ottenute da tessuti adulti come il midollo osseo o il grasso. Sono capaci di diventare ossa, cellule adipose e cartilaginee, ma non altri tipi di cellule come i muscoli o il cervello. Secernono una varietà di fattori nutritivi e antinfiammatori, che potrebbero renderli strumenti preziosi per il trattamento di condizioni come malattie cardiovascolari o malattie autoimmuni.

Le nanoparticelle di ossido di ferro sono già approvate dalla FDA per scopi diagnostici con MRI (risonanza magnetica). Altri scienziati hanno provato a caricare le cellule staminali con particelle simili, ma ha scoperto che il rivestimento sulle particelle era tossico o modificava le proprietà delle cellule. Le nanoparticelle utilizzate in questo studio hanno un rivestimento in glicole polietilenico che protegge la cellula dai danni. Un'altra caratteristica unica è che il team Emory/Tech ha utilizzato un campo magnetico per spingere le particelle nelle cellule, piuttosto che agenti chimici usati in precedenza.

"Siamo stati in grado di caricare le cellule con molte di queste nanoparticelle e abbiamo mostrato chiaramente che le cellule non sono state danneggiate, " Dice Taylor. "Il rivestimento è unico e quindi non c'è stato alcun cambiamento nella fattibilità e forse ancora più importante, non abbiamo visto alcun cambiamento nelle caratteristiche delle cellule staminali, come la loro capacità di differenziare”.

"Questo era essenzialmente un esperimento di prova di principio. Alla fine, li indirizzeremo a un arto particolare, un vaso sanguigno anormale o anche il cuore."

Le particelle sono rivestite con il polimero polietilenglicole atossico, e hanno un nucleo di ossido di ferro di circa 15 nanometri di diametro. Per confronto, una molecola di DNA è larga 2 nanometri e un singolo virus influenzale è largo almeno 100 nanometri.

Le particelle sembrano rimanere bloccate nei lisosomi delle cellule, che sono parti della cellula che scompongono i rifiuti. Le particelle rimangono ferme per almeno una settimana e non si rilevano perdite. Gli scienziati hanno misurato il contenuto di ferro nelle cellule una volta caricate e hanno determinato che ogni cellula ha assorbito circa 1,5 milioni di particelle.

Una volta che le cellule sono state caricate con particelle di ossido di ferro, il team Emory/Tech ha testato la capacità dei magneti di spingere le cellule sia nella coltura cellulare che negli animali viventi.

Nei topi, un magnete di terre rare a forma di barra potrebbe attirare le cellule staminali iniettate verso la coda. Il magnete è stato applicato alla parte della coda vicina al corpo mentre le cellule venivano iniettate. Normalmente la maggior parte delle cellule staminali mesenchimali si deposita nei polmoni o nel fegato.

Per tracciare dove sono andate le cellule all'interno dei topi, gli scienziati hanno etichettato le cellule con un colorante fluorescente. Hanno calcolato che il magnete a barra rendeva le cellule staminali 6 volte più abbondanti nella coda. Inoltre, le stesse particelle di ossido di ferro potrebbero essere potenzialmente utilizzate per seguire il progresso delle cellule attraverso il corpo.

"Prossimo, abbiamo in programma di concentrarci su applicazioni terapeutiche in modelli animali in cui utilizzeremo magneti per dirigere queste cellule nel sito preciso necessario per influenzare la riparazione e la rigenerazione di nuovi vasi sanguigni, "dice Taylor.