Ricerche

Un team di ricercatori dell'Università delle Pennsylvania ha ideato un metodo per introdurre mRNA nel cervello usando nanoparticelle lipidiche, facendo potenzialmente avanzare i trattamenti per l'Alzheimer e per le convulsioni.

Al microscopio a fluorescenza le nanoparticelle lipidiche (LNP) che forniscono mRNA di proteina fluorescente alle cellule endoteliali cerebrali (in verde, nucleo in blu). In rosso cellule trasfettate da LNP, in cui la proteina mCherry appena espressa si traduce in fluorescenza rossa. (Fonte: Emily Han)

Immagina il cervello come una torre di controllo del traffico aereo, che supervisiona le operazioni cruciali e complesse dell'«aeroporto» del corpo. Questa torre, essenziale per coordinare il flusso incessante di segnali neurologici, è protetta da uno scudo formidabile assimilabile alla squadra di sicurezza dell'aeroporto, selezionando diligentemente tutto e tutti, garantendo che gli intrusi indesiderati non interrompano i meccanismi vitali dell'interno.

Tuttavia, questa sicurezza, sebbene vitale, è accompagnata da uno svantaggio significativo: a volte all'interno della torre di controllo è necessario un 'meccanico' - nella forma di farmaci critici necessari per il trattamento dei disturbi neurologici - per risolvere i problemi. Ma se la sicurezza è troppo rigorosa, e nega anche questi agenti essenziali, proprio le operazioni che devono proteggere potrebbero essere messe in pericolo.

Ora, dei ricercatori guidati da Michael Mitchell dell'Università della Pennsylvania stanno affrontando questo vecchio confine nella biologia, noto come barriera emato-encefalica, sviluppando un metodo che è come fornire a questo meccanico una chiave di accesso per bypassare la sicurezza.

Le loro scoperte, pubblicate su Nano Letters, presentano un modello che usa nanoparticelle lipidiche (LNP) per trasportare mRNA, offrendo nuove speranze per il trattamento di condizioni come l'Alzheimer e le convulsioni epilettiche, proprio come riparare i problemi della torre di controllo senza compromettere la sicurezza.

"Il nostro modello ha prestazioni migliori nell'attraversare la barriera emato-encefalica rispetto ad altri e ci ha aiutato a identificare particelle specifiche degli organi che poi abbiamo convalidato per i modelli futuri", afferma Mitchell, professore associato di bioingegneria alla Penn e autore senior dello studio. "È una prova entusiasmante del concetto che senza dubbio informerà nuovi approcci al trattamento di condizioni come trauma cranico, ictus e MA".

In cerca della chiave

Per sviluppare il modello, Emily Han, dottoranda nel laboratorio di Mitchell e prima autrice dello studio, spiega che hanno iniziato con una ricerca della piattaforma di selezione in vitro:

"Nel combinare la letteratura, la maggior parte delle piattaforme che ho trovato erano limitate a una normale piastra da 96 pozzetti, una matrice bidimensionale che non può rappresentare sia le parti superiori che quelle inferiori della barriera emato-encefalica, che corrispondono rispettivamente al sangue e al cervello".

Han ha quindi esplorato i sistemi transwell ad alto rendimento con entrambi i compartimenti, ma ha scoperto che non spiegavano la trasfezione di mRNA delle cellule, rivelando un divario nel processo di sviluppo. Ciò l'ha portata a creare una piattaforma in grado di misurare il trasporto di mRNA dal compartimento del sangue al cervello, nonché la trasfezione di vari tipi di cellule cerebrali, comprese quelle endoteliali e i neuroni.

"Ho passato mesi a capire le condizioni ottimali per questo nuovo sistema in vitro, comprese le condizioni di crescita cellulare e i segnalatori fluorescenti da usare", spiega la Han. “Una volta robusta, abbiamo vagliato la nostra libreria di LNP e li abbiamo testati su modelli animali. Vedere il cervello esprimere la proteina a seguito dell'mRNA che abbiamo introdotto è stato elettrizzante e ha confermato che eravamo sulla strada giusta".

La piattaforma del team è pronta a far avanzare significativamente i trattamenti per i disturbi neurologici. Attualmente è idonea a testare una gamma di LNP con peptidi, anticorpi e varie composizioni lipidiche per il cervello. Tuttavia, potrebbe anche inviare direttamente al cervello altri agenti terapeutici come siRNA, DNA, proteine o farmaci a piccole molecole, per via endovenosa.

Inoltre, questo approccio non si limita alla barriera emato-encefalica in quanto si dimostra promettente per esplorare i trattamenti per malattie legate alla gravidanza, puntando la barriera emato-placentale, e per le malattie retiniche incentrate sulla barriera emato-retinica.

Prossimi passi

Il team è ansioso di usare questa piattaforma per individuare nuove progettazioni e testare la loro efficacia in diversi modelli animali. Ed è interessato in particolare a lavorare con modelli animali avanzati dei disturbi neurologici.

"Stiamo collaborando con i ricercatori della Penn per stabilire modelli di malattie cerebrali", afferma Han. "Stiamo esaminando il modo in cui questi LNP influiscono sui topi con varie condizioni cerebrali, che vanno dal glioblastoma alle lesioni cerebrali traumatiche. Speriamo di farci strada verso la riparazione della barriera emato-encefalica o puntare neuroni danneggiati dopo l'infortunio".