L'invecchiamento è un processo complesso e multifattoriale, che coinvolge molti cambiamenti a livello molecolare, cellulare, tissutale e d'organo.
Di conseguenza, le cellule anziane perdono la loro capacità di funzionare in modo ottimale, portando a un declino della funzione corporea e a un aumento dell'incidenza di malattie.

La riprogrammazione è un approccio di ricerca innovativo che mira a riportare le cellule anziane a uno stato più giovane.
La sua versione più nota si basa sulla riespressione dei fattori di Yamanaka,
un gruppo di geni il cui ruolo è centrale nella trasformazione di cellule somatiche in cellule iPS (cellule staminali pluripotenti indotte).

La riprogrammazione parziale è una versione in evoluzione di questo approccio.
A differenza della riprogrammazione completa, che porta alla trasformazione di cellule somatiche in cellule iPS,
la riprogrammazione parziale mira a indurre cambiamenti più definiti nella cellula, preservandone l'identità.
Questo approccio potrebbe essere intrinsecamente più sicuro e apre nuove possibilità di ricerca nel campo dell'invecchiamento.

Uno studio pubblicato nel 2024 sulla rivista eLife esamina il potenziale della riprogrammazione parziale.
Un team di ricercatori del laboratorio di Vadim Gladyshev presso il Brigham and Women's Hospital e la Harvard Medical School, tra cui Wayne Mitchell, Ludger Gumina e Alexander Tyshkovskiy,
ha esaminato gli effetti della riprogrammazione parziale su cellule coltivate in laboratorio.

È importante chiarire fin dall'inizio: lo studio è stato condotto interamente su fibroblasti di topo coltivati in piastra di laboratorio (in vitro), e non su animali interi o esseri umani. I ricercatori hanno isolato fibroblasti da topi giovani (di 4 mesi) e anziani (di 20 mesi) e li hanno confrontati.

Questo studio ha utilizzato una varietà di metodi avanzati per esaminare gli effetti della riprogrammazione parziale sulle cellule:

1. Riprogrammazione parziale chimica:

I ricercatori hanno utilizzato cocktail di composti piccoli (molecole chimiche), progettati per indurre una riprogrammazione parziale.
A differenza della riprogrammazione genetica, il cocktail chimico in questo studio agiva con un meccanismo distinto dall'attivazione dei fattori di Yamanaka. Infatti, il cocktail più efficace (chiamato 7c) non aumentava l'espressione di Sox2 e Oct4, e anzi riduceva l'espressione di Nanog e Myc.
In altre parole, il ringiovanimento cellulare è stato ottenuto qui attraverso una via chimica diversa da quella della classica riprogrammazione basata sui fattori di Yamanaka.

2. Fibroblasti:

Lo studio si è concentrato sui fibroblasti, cellule presenti nei tessuti connettivi.
Queste cellule sono state scelte perché sono relativamente facili da coltivare in laboratorio e da esse si possono ottenere misurazioni precise.
Un ulteriore vantaggio è che i fibroblasti sono ampiamente studiati nel contesto dell'invecchiamento cellulare.

3. Analisi molecolari complete (multi-omics):

Dopo aver eseguito la riprogrammazione parziale, i ricercatori hanno analizzato le cellule a diversi livelli:
- RNA-seq: Analisi delle sequenze di RNA delle cellule, che consente di identificare cambiamenti nell'espressione genica.
- Proteomica e fosfoproteomica: Analisi quantitativa delle proteine e della fosforilazione delle proteine, che consente di identificare cambiamenti nei livelli e nella funzione delle proteine.
- Metabolomica: Analisi dei metaboliti nella cellula.
- Metilazione del DNA: Misurazione dei pattern di metilazione del DNA, utilizzata per calcolare gli orologi epigenetici.

4. Misure funzionali:

Oltre alle analisi molecolari, sono state misurate anche misure funzionali, come:
- Respirazione cellulare: Indice della funzione mitocondriale (organelli cellulari essenziali per la produzione di energia), misurato tramite respirometria cellulare.
- Potenziale di membrana mitocondriale: Un altro indice della funzione mitocondriale.

5. Confronto tra cellule giovani e anziane:

Lo studio includeva un confronto tra i risultati ottenuti da cellule giovani e cellule anziane sottoposte a riprogrammazione parziale.
Questo confronto ha permesso di verificare se l'effetto fosse diverso tra cellule giovani e anziane.

Vantaggi dei metodi di ricerca:

Utilizzo di tecnologie moderne e precise.
Analisi approfondita a diversi livelli, dalla metilazione e trascrizione fino a proteine e metaboliti.
Valutazione di misure funzionali.
Confronto tra cellule giovani e anziane.

Risultati dello studio:

Il trattamento con riprogrammazione parziale ha causato cambiamenti, sia a livello trascrizionale che proteico:

1. Cambiamenti a livello trascrizionale:

L'analisi RNA-seq ha mostrato cambiamenti nell'espressione di molti geni.
Alcuni cambiamenti erano correlati a processi metabolici, inclusi quelli legati ai mitocondri.

2. Cambiamenti a livello proteico:

L'analisi del proteoma ha mostrato cambiamenti nei livelli e nella funzione delle proteine.
Anche qui sono stati osservati cambiamenti nelle proteine coinvolte in processi metabolici e mitocondriali.

3. Effetti funzionali:

I ricercatori hanno riportato cambiamenti negli indici di funzione cellulare, come riscontrato nella respirazione cellulare e nel potenziale di membrana mitocondriale.
Secondo orologi epigenetici (basati sulla metilazione) e orologi trascrizionali calcolati sulle cellule coltivate in laboratorio, l'età biologica stimata delle cellule è diminuita.

4. Confronto tra cellule giovani e anziane:

I cambiamenti indotti dai cocktail erano molto simili tra i diversi gruppi di età, con un'alta correlazione tra cellule giovani e anziane.
In altre parole, l'effetto non era limitato alle sole cellule anziane, ma è stato osservato anche in quelle giovani.

Conclusioni:

Questo studio fornisce prove preliminari che la riprogrammazione parziale chimica potrebbe ringiovanire cellule coltivate in laboratorio, almeno secondo misure molecolari e orologi biologici.
Tuttavia, è importante precisare: si tratta solo di cellule di topo in piastra, non di animali interi o esseri umani.
Il salto dai risultati di laboratorio al trattamento di malattie legate all'età, come malattie cardiovascolari, Alzheimer o cancro, è lontano e ipotetico in questa fase, e richiederà molta ulteriore ricerca, inclusi esperimenti su animali e successivamente su esseri umani, prima di poter parlare di applicazione clinica.

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Riferimenti:
https://elifesciences.org/articles/90579