La Nutri-Tecnologia... un fenomeno di nicchia (emopoietica)
L’importanza della presenza di alcuni nutrienti nell’omeostasi delle cellule staminali, nelle relazioni con la nicchia emopoietica e di conseguenza nei processi di engraftment. Una nuova possibile via per la riduzione della tossicità o del dosaggio dei condizionamenti?
Le cellule della nicchia emopoietica fanno parte dello speciale micro ambiente midollare ed hanno un importante ruolo regolatore della proliferazione e differenziazione delle cellule staminali (CSE). Nel Trapianto di Cellule Staminali Ematopoietiche (TCSE) allogeniche, al fine di ottenere un buon engraftment “creando spazio” per l’allocazione delle cellule staminali del donatore, è necessario “svuotare” le nicchie emopoietiche attraverso l’utilizzo di regimi di condizionamento a base di alte dosi di chemioterapia e/o radioterapia. Tuttavia, questo processo di mieloablazione comporta un rischio elevato di complicanze anche potenzialmente letali per il paziente, oltre ad una serie di eventi secondari patologici a lungo termine dovuti all’esposizione ad alti dosaggi di farmaci citotossici. Molte componenti cellulari e molecolari della nicchia e molte delle relazioni che sottendono ai processi di “signaling” tra la nicchia e le cellule staminali sono note: si pensi alla presenza di cellule neuronali e stromali, nonché al ruolo di citochine, fattori di crescita e trombopoietina. Ma il ruolo di molti fattori presenti nel sangue midollare è ancora poco noto o poco considerato. L’ipotesi che sta alla base di questo lavoro, condotto in vitro ed in vivo su modelli murini, dal gruppo di ricercatori della Divisione di Terapia Cellulare dell’Università di Tokyo, presuppone un ruolo fondamentale della presenza di determinati aminoacidi (AAs) per il benessere e la proliferazione delle CSE. I risultati sono addirittura sorprendenti e potenzialmente potranno aprire scenari nuovi e straordinari nel prossimo futuro.
Disegno dello studio
Studio laboratoristico preclinico in vitro su CSE di origine murina e umana e studio preclinico su modelli murini.
Materiali e Metodi
Fin dal primo dopoguerra è noto che una alimentazione povera di proteine è in grado di provocare granulocitopenia e anemia correttibili con somministrazione di AAs (Kornberg et al. 1946), così come è altrettanto noto che la malnutrizione proteico-energetica produca effetti negativi sulle performances del sistema immunitario (ESPEN Guidelines 2009).
Gli autori di questo lavoro hanno in primo luogo analizzato i profili biochimici del sangue midollare umano e murino. Si sono dunque posti l’obiettivo di identificare quali ruoli potessero ricoprire ognuno di questi, con particolare attenzione agli aspetti relativi alla vitalità e capacità proliferativa delle cellule staminali. L’attenzione è stata poi rivolta alla sperimentazione in vivo su topi di una dieta priva di Valina e/o Cisteina, trapianti di cellule staminali sono stati poi eseguiti su topi nutriti con cibo privo di Valina e su topi irradiati mortalmente utilizzando CSE provenienti da topi deprivati della stessa.
Risultati
La prima parte del lavoro descrive come i ricercatori abbiano valutato le concentrazioni di AAs presenti nel sangue midollare sia umano che murino, osservando una concentrazione di AAs oltre 100 volte superiore nel sangue midollare (BM) rispetto al sangue periferico (PB) in entrambi gli organismi. Inoltre si è visto che nel midollo osseo gli aminoacidi sono tutti rappresentati (20 aminoacidi) con profili differenti rispetto al sangue periferico.
In seconda battuta sono stati eseguiti dei tests miranti alla identificazione di quali AAs avessero un ruolo nel mantenimento dell’emopoiesi delle cellule staminali e progenitrici, identificandone alcuni (Cisteina e Valina) la cui riduzione produce un ritardo di proliferazione e sopravvivenza in vitro. I tests sono poi stati approfonditi in ambienti diversi per presenza di Cisteina, Valina e fattori di crescita al fine di determinarne le concentrazioni minime (fig 1).
L’attenzione dei ricercatori per la sperimentazione in vivo si è concentrata successivamente sulla Valina in quanto, a differenza della Cisteina, è un aminoacido essenziale che non può dunque essere sintetizzato dall’organismo, ma che deve necessariamente essere introdotto con l’alimentazione.
Sono stati seguiti nella seconda fase dello studio due filoni di sperimentazione in vivo sui ratti:
- Nel primo i ratti sono stati nutriti con dieta priva di valina per 4 settimane valutandone gli effetti a carico delle varie popolazioni midollari e periferiche ma anche sui vari tessuti e organi. La deprivazione di Valina ha provocato nei topi una neutropenia severa e duratura, con riduzione massiva delle CSE e svuotamento delle nicchie emopoietiche a tal punto da consentire addirittura l’esecuzione di trapianti di cellule staminali ematopoietiche allogeniche, senza l’utilizzo di condizionamento, con un buon livello di engraftment post trapianto. Sono inoltre descritti effetti trascurabili su tessuti o organi e nessun effetto tossico sulle cellule della nicchia emopoietica (a differenza dell’utilizzo dei condizionamenti classici). E’ da notare però lo sviluppo di una sindrome simile alla Sindrome da Ri-alimentazione con il 50% di topi deceduti dopo reintroduzione (non accorta) della normale dieta.
- Nel secondo sono stati effettuati TCSE su topi condizionati con TBI utilizzando CSE provenienti da topi nutriti con dieta priva di Valina, osservando problematiche di chimerismo ritardato, riduzione della vitalità delle CSE e problemi di ripopolazione a lungo termine.
Conclusioni
Gli autori concludono la fase in vitro dello studio affermando che Cisteina e Valina sembrano essere elementi fondamentali rispettivamente per la sopravvivenza e l’auto-rinnovamento delle cellule progenitrici. In particolare la Valina, che sembra secreta dalle cellule endoteliali della nicchia emopoietica, risulta fondamentale per l’omeostasi delle CSE e per la regolazione del microambiente.
La Valina, come tutti gli aminoacidi essenziali, può essere introdotta solo con la dieta. Ma questo lavoro non solo costituisce la riprova che nella pratica clinica è necessario porre maggiore attenzione alle tematiche nutrizionali, ma bensì rappresenta una opportunità unica di apertura di un filone nuovo di ricerca a cui alcuni autori hanno già provveduto a dare un nome: NUTRI-TECNOLOGY (Longo VD e Cortellino S, 2017). Un filone di ricerca che, analizzando i dati di questo studio, porta necessariamente a chiedersi se sarà in futuro possibile ridurre i dosaggi dei condizionamenti affiancando interventi di “Tecnologia Nutrizionale” in modo da evitare o ridurre al minimo le complicanze spesso dose –relate della chemioterapia e della radioterapia di preparazione al trapianto, nonchè allo scopo di migliorare l’engraftment evitando i danni che la radioterapia e la chemioterapia di condizionamento classicamente fanno sulle cellule della nicchia (RG Rowe & GQ Daley, Nature 2017).
