The human amniotic membrane derived MSC secretome restrains neuroinflammation and peripheral immune cell invasion of 3D neural tissue through conserved CXCL10 blockade and proteostatic rescue

Il cervello umano è una fortezza, protetta da una barriera specializzata che tiene fuori la maggior parte del sistema immunitario del corpo. Questa disposizione è vitale per mantenere al sicuro le delicate cellule nervose, ma crea un problema difficile quando il cervello si infiamma. In molte condizioni che causano perdita di memoria o disturbi del movimento, le cellule di difesa del cervello stesso diventano iperattive e iniziano a danneggiare il tessuto sano. Allo stesso tempo, i segnali provenienti dal cervello possono talvolta chiamare in causa cellule immunitarie esterne dal sangue, che poi attraversano la barriera e aggiungono caos alla situazione. Trovare un modo per calmare questo incendio interno senza spegnere le difese necessarie del cervello o lasciare entrare gli invasori esterni è stata una grande sfida per gli scienziati. Stanno cercando trattamenti che possano agire come un termostato preciso, abbassando il calore dell'infiammazione pur lasciando intatte le funzioni essenziali del cervello.

Un team di ricercatori ha indagato una potenziale soluzione derivata da una fonte biologica che viene solitamente scartata dopo la nascita: il rivestimento del sacco amniotico. Hanno studiato il liquido secreto dalle cellule prelevate da questa membrana, una miscela ricca di proteine e molecole di segnalazione. Inveve di utilizzare le cellule stesse, il team si è concentrato su questo "secretoma", il cocktail di sostanze che le cellule rilasciano, che può essere applicato ai tessuti senza i rischi del trapianto di cellule viventi. Il loro obiettivo era vedere se questo liquido potesse calmare il tipo specifico di infiammazione che danneggia il cervello e comprendere esattamente come funziona. Hanno costruito una serie di modelli via via più complessi per testarlo, partendo da semplici strati di cellule umane e passando a piccole sfere tridimensionali di tessuto cerebrale che mimano la struttura del vero organo.

I ricercatori hanno iniziato coltivando cellule umane che agiscono come neuroni, astrociti e microglia, i tre tipi principali di cellule nel cervello. Hanno esposto queste cellule a stimoli infiammatori che simulano un cervello sotto attacco. In questo stato, le cellule tipicamente iniziano a produrre segnali dannosi e cominciano a morire. Quando il team ha aggiunto lo secretoma amniotico, il comportamento delle cellule è cambiato drasticamente. Lo secretoma ha impedito alle cellule di produrre molti dei segnali pericolosi che guidano l'infiammazione e la morte cellulare. Fondamentalmente, non ha solo messo a tacere le cellule; ha incoraggiato attivamente la produzione di segnali associati a una sana funzione cerebrale, come quelli necessari per la formazione e il rafforzamento delle connessioni nervose. Il trattamento è stato selettivo: ha abbassato il rumore dell'infiammazione mentre lasciava che la musica dell'attività cerebrale normale continuasse a suonare.

Per vedere se questo effetto reggeva in un contesto più realistico, gli scienziati hanno creato sfere tridimensionali di tessuto cerebrale contenenti tutti e tre i tipi di cellule che lavorano insieme. Quando queste sfere erano infiammate, rilasciavano un'ondata di segnali chimici che normalmente attirerebbero le cellule immunitarie dal sangue. I ricercatori hanno scoperto che lo secretoma amniotico bloccava questa inondazione. Ha ridotto il rilascio di ogni segnale infiammatorio misurato. Interessante è che lo secretoma ha anche causato un leggero cambiamento fisico agli strati esterni di queste sfere di tessuto, un processo guidato da enzimi naturali che degradano le proteine. Tuttavia, questo non ha ucciso le cellule; il tessuto è rimasto sano e vivo. La scoperta chiave è stata che lo secretoma ha calmato con successo l'ambiente interno del tessuto cerebrale senza causare alcun danno alle cellule stesse.

Il passo successivo è stato vedere se questo ambiente calmo riuscisse effettivamente a impedire l'invasione di cellule immunitarie esterne. Il team ha allestito un esperimento in cui ha posizionato cellule del sangue umano sopra le sfere di tessuto cerebrale infiammato. Normalmente, i segnali chimici dal tessuto infiammato agirebbero come un faro, attirando le cellule del sangue verso il tessuto cerebrale. Quando il tessuto cerebrale è stato trattato con lo secretoma amniotico, questo faro è stato attenuato. Le cellule del sangue hanno smesso di migrare verso il tessuto. Ma l'effetto non è stato un blocco totale; lo secretoma era altamente specifico. Ha fermato la migrazione di un particolare tipo di cellula immunitaria helper che è spesso responsabile del danno autoimmune, lasciando però quasi inalterata la migrazione di altre cellule immunitarie, come quelle che combattono le infezioni. Ciò suggerisce che il trattamento potrebbe proteggere il cervello dagli attacchi autoimmuni senza lasciarlo indifeso contro le reali infezioni.

Per comprendere la meccanica molecolare dietro questa protezione, i ricercatori hanno utilizzato un modello composto da cellule staminali di topo che formavano tessuto cerebrale in assenza di cellule immunitarie. Ciò ha permesso loro di vedere l'effetto diretto dello secretoma sulle sole cellule cerebrali. Hanno scoperto che il trattamento impediva la formazione di "granuli di stress", ovvero ammassi di proteine che si accumulano all'interno delle cellule quando sono sottoposte a grave stress e possono portare alla morte cellulare. Impedendo la formazione di questi ammassi, lo secretoma ha mantenuto le cellule cerebrali in funzione normale anche quando erano sotto attacco infiammatorio. Un'analisi dettagliata dei geni e delle proteine in queste cellule ha confermato che il trattamento disattivava le vie legate alla morte cellulare e allo stress, mentre attivava le vie che aiutano le cellule a sopravvivere.

In tutti questi diversi modelli, un segnale proteico specifico si è distinto come il bersaglio primario del trattamento. Questa proteina, nota come CXCL10, è un importante messaggero chimico che chiama le cellule immunitarie nel cervello. I ricercatori hanno scoperto che lo secretoma amniotico riduceva costantemente e fortemente la quantità di questa proteina, anche a concentrazioni molto basse. Poiché questa proteina è un noto motore dell'invasione delle cellule immunitarie osservata in malattie come la sclerosi multipla, la sua soppressione fornisce una chiara spiegazione del perché il trattamento abbia funzionato. Lo studio suggerisce che, bloccando questo singolo segnale, lo secretoma impedisce la cascata di eventi che porta le cellule immunitarie a entrare nel cervello e causare danni.

Il lavoro conferma che lo secretoma delle cellule della membrana amniotica umana agisce come un regolatore preciso dell'infiammazione cerebrale. Non si limita a spegnere il sistema immunitario o a uccidere le cellule che causano il problema. Invece, attenua selettivamente i segnali specifici che reclutano le cellule immunitarie dannose e ferma lo stress interno che porta alla morte cellulare, preservando al contempo la capacità del cervello di funzionare e difendersi da altre minacce. Le scoperte offrono un approccio promettente e privo di cellule per il trattamento della neuroinfiammazione, basandosi sulle proprietà curative naturali di una sostanza che è già disponibile e sicura per l'uso umano.