Nella medicina rigenerativa, un trattamento ideale per i pazienti i cui muscoli sono danneggiati dalla mancanza di ossigeno sarebbe quello di rinvigorirli con un'iniezione delle proprie cellule staminali.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista ACS Nano , ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno dimostrato che i "nanostimolatori" - nanoparticelle seminate con una molecola che il corpo produce naturalmente per indurre le cellule staminali a guarire le ferite - possono amplificare i poteri rigenerativi delle cellule staminali in un arto mirato nei topi.

"Volevamo utilizzare le funzioni naturali delle cellule staminali e i fattori stimolanti per affrontare l'ischemia muscolare a livello locale, " ha detto il leader dello studio Hyunjoon Kong, un Robert W. Schafer Professore di ingegneria chimica e biomolecolare all'Illinois.

ischemia muscolare, o danni ai muscoli da ossigeno limitato o apporto di sangue, può derivare da molteplici cause, come lesioni a un arto o malattie delle arterie periferiche. È noto che le cellule staminali derivate dal tessuto adiposo del paziente producono fattori che inducono nuovi vasi sanguigni a crescere nel muscolo danneggiato, ripristinare ossigeno e sostanze nutritive, e per modulare l'infiammazione nei tessuti danneggiati. Però, esperimenti in vivo hanno mostrato benefici limitati, poiché l'attività delle cellule staminali sembra diminuire dopo l'iniezione nel muscolo.

Una molecola prodotta naturalmente nel corpo chiamata fattore di necrosi tumorale alfa può stimolare le cellule staminali a secernere più fattori desiderati. Altri studi hanno provato a incubare le cellule con TNF-alfa prima dell'iniezione, ma gli effetti svaniscono rapidamente, disse Kong.

Il team dell'Illinois ha deciso di provare a legare il TNF-alfa direttamente alle cellule staminali, creazione di nanostimolatori:nanoparticelle allacciate con TNF-alfa. Le nanoparticelle si legano a un recettore sulla superficie delle cellule staminali, fornendo localizzato, somministrazione mirata ed estesa di TNF-alfa.

"Il vantaggio principale delle cellule staminali verso la rigenerazione dei tessuti non è necessariamente la capacità delle cellule di sostituire il tessuto perso, ma per rilasciare fattori di crescita benefici e citochine che aiutano nel processo, " ha detto il coautore dello studio Marni Boppart, un professore di kinesiologia e salute di comunità. "I nanostimolatori consentono alle cellule di rilasciare i fattori benefici più a lungo di quanto farebbero altrimenti. Ciò fornisce un vantaggio significativo, in particolare quando le cellule vengono trapiantate in ferite, tessuti malati o invecchiati."

I ricercatori hanno testato il loro approccio su topi con ischemia indotta chirurgicamente in una delle zampe posteriori. Hanno isolato le cellule staminali dal tessuto adiposo, li ha mescolati con i nanostimolatori e li ha iniettati localmente nelle gambe colpite dei topi.

I ricercatori hanno visto un aumento del flusso sanguigno e dei livelli di ossigeno nelle gambe ischemiche. Hanno anche assistito a miglioramenti nella mobilità:i topi trattati potevano percorrere distanze più lunghe e le loro gambe erano più forti.

"Proponiamo che questo metodo sia migliore dei metodi che richiedono il precondizionamento chimico, che possono influenzare la vitalità delle cellule staminali, richiedono 24 ore o più di coltura e hanno effetti a tempo limitato, "Kong ha detto. "La nostra idea è di raccogliere il tessuto adiposo in sala operatoria, separare le cellule staminali, mescolare i nanostimolatori e reinserirli nel paziente, tutto in un'unica procedura".

I ricercatori avvertono che è necessario un ulteriore lavoro per ottimizzare le condizioni per la raccolta e la preparazione delle cellule staminali, e studiarne gli effetti a lungo termine.

"La malattia delle arterie periferiche può causare dolore debilitante e disabilità a lungo termine. Sfortunatamente, non ci sono trattamenti costantemente efficaci per questa condizione, " ha detto Boppart. "Questo studio è importante perché dimostra la capacità delle cellule staminali modificate di trattare efficacemente la PAD in un modello preclinico, rappresentando un passo avanti verso l'alleviamento del dolore negli esseri umani".