I ricercatori della Hong Kong Baptist University (HKBU) hanno inventato una nanostruttura in grado di stimolare le cellule staminali neurali a differenziarsi in cellule nervose. Hanno scoperto che il trapianto di queste cellule nervose in ratti con malattia di Parkinson ha migliorato progressivamente i loro sintomi, con le nuove cellule che sostituiscono le cellule nervose danneggiate intorno al sito di trapianto. Questa nuova invenzione fornisce spunti promettenti sulle terapie con cellule staminali e offre la speranza di un nuovo trattamento per il morbo di Parkinson.

Usare le cellule staminali per curare il morbo di Parkinson

La malattia di Parkinson è una delle malattie neurodegenerative più comuni. Viene comunemente diagnosticato nelle persone di età superiore ai 60 anni. Deriva dalla degenerazione dei neuroni dopaminergici (cioè, cellule nervose produttrici di dopamina) nella substantia nigra, una regione complessa e critica del cervello. Ciò si traduce in movimenti del corpo alterati e problemi con i sistemi motori del corpo, con sintomi comuni tra cui tremori e difficoltà a camminare.

Sebbene i trattamenti attuali non possano curare completamente la malattia di Parkinson, la terapia con cellule staminali è uno dei potenziali trattamenti più promettenti. Implica la coltivazione di cellule staminali per la differenziazione in cellule nuove e sane, tessuti o organi che possono poi essere trapiantati nel corpo umano per sostituire le cellule danneggiate o morte.

Le tecniche convenzionali di coltura delle cellule staminali richiedono un gran numero di fattori di crescita aggiuntivi in ​​un terreno di coltura. Le sostanze chimiche utilizzate possono stimolare la crescita delle cellule tumorali e aumentare il rischio di sviluppare tumori dopo il trapianto nel corpo umano. Oltretutto, le strutture simili al cervello ottenute da questo metodo di solito assomigliano poco alle loro controparti nel cervello. L'efficienza delle tecniche di coltura convenzionali è bassa poiché il processo dura più di un mese, con conseguente alto rischio di contaminazione.

Ridurre il tempo di differenziazione e il rischio di cancro

La nanomatrice pionieristica, sviluppato da un gruppo di ricerca guidato dal professor Ken Yung Kin-lam, Professore del Dipartimento di Biologia e Dr. Jeffery Huang Zhifeng, Professore Associato del Dipartimento di Fisica dell'HKBU, può indurre la differenziazione rapida e specifica delle cellule staminali neurali in strutture simili a substantia nigra in miniatura (mini-SNLS). Questi mini-SNLS comprendono principalmente neuroni dopaminergici e possono sostituire le cellule danneggiate o degenerate nella substantia nigra nel cervello.

La nanomatrice è costituita da una lastra di silice rivestita con uno strato di nanostruttura. Lo spessore della nanomatrice è solo da 550 a 730 nm, eppure ci sono trilioni di strutture a nanozigzag sulla superficie che possono avviare la crescita di cellule staminali neurali in mini-SNLS senza l'uso di fattori di crescita chimici.

"Quando le cellule staminali neurali entrano in contatto fisico con la nostra matrice nanozigzag su misura in vitro, il 'massaggio fisico' può indurre le cellule a differenziarsi rapidamente nei neuroni dopaminergici desiderati. Una struttura mini-cervello auto-organizzata può essere sviluppata in sole due settimane con un rischio di cancerogenesi sostanzialmente ridotto, " ha detto il dottor Huang.

Risultati incoraggianti nei modelli di ratto

Il team di ricerca ha effettuato ulteriori test di laboratorio con mini-SNLS in un modello di ratto. Hanno trapiantato mini-SNLS coltivati ​​con la matrice a nanozigzag nel cervello di ratti con malattia di Parkinson che mostravano gravi asimmetria motoria e rotazione, quali sono i principali sintomi della malattia di Parkinson.

A partire dall'ottava settimana dopo il trapianto, tutti i ratti hanno mostrato miglioramenti e una progressiva riduzione della rotazione. Nella 18a settimana, neuroni dopaminergici sono stati osservati e ampiamente diffusi intorno al sito di trapianto primario. Inoltre, non sono state rilevate caratteristiche simil-tumorali. In contrasto, i ratti nel gruppo di controllo senza trapianto non hanno mostrato segni di miglioramento.

Differenziazione di altre cellule funzionali

"I risultati hanno mostrato che queste strutture mini-cervello hanno mostrato un'eccellente sopravvivenza e funzionalità nel cervello dei ratti e hanno portato al miglioramento precoce e progressivo della malattia di Parkinson nei ratti in vivo. Pone le basi per la ricerca sulle terapie con cellule staminali che possono alla fine curare il morbo di Parkinson, ", ha detto il professor Yung.

"Variando la rigidità, densità e disposizione dei nanozigzag, o la forma dello strato matrice, le cellule staminali neurali possono essere differenziate in diverse cellule funzionali desiderabili. L'invenzione ha mostrato un grande potenziale per il trattamento di altre malattie incurabili, come il morbo di Alzheimer e alcuni tipi di cancro, " ha aggiunto il professor Yung.

La scoperta della ricerca è stata pubblicata sulla rivista accademica Scienze avanzate . Il team di ricerca ha ottenuto un brevetto statunitense per la matrice a nanozigzag.

Oltre agli scienziati dell'HKBU, il gruppo di ricerca includeva anche il Dr. King Lai Wai-chiu, Professore Associato del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Biomedica presso la City University di Hong Kong, e una serie di altri ricercatori.