Ricerche

Neuroni convertiti via NeuroD1 (Fonte: Jinan University)

La lesione del midollo spinale (SCI) provoca spesso disabilità e compromette seriamente la qualità della vita. Anche se decenni di ricerca hanno compiuto progressi significativi nella rigenerazione assonale dopo una SCI, la maggior parte degli interventi non si sono mai tradotti in terapie cliniche.

Una delle principali ragioni della difficoltà del trattamento della SCI potrebbe essere dovuta al fatto che si perdono molti neuroni durante la lesione, portando alla perdita permanente di funzioni neurali. Nell'attuale numero di Frontiers in Cell and Developmental Biology pubblicato il 16 dicembre 2020, un team di ricerca guidato dal prof. Gong Chen della Jinan University di Guangzhou in Cina, ha riferito un approccio innovativo alla terapia genica per rigenerare nuovi neuroni funzionali usando le cellule gliali locali del midollo spinale ferito, portando nuova speranza a milioni di pazienti SCI in tutto il mondo.

Diversamente dagli approcci classici per la SCI, che tentano per lo più di promuovere la rigenerazione assonale o di incorporare cellule staminali esterne, il prof. Chen e il suo team sfruttano le cellule gliali interne nel midollo spinale ferito e le convertono direttamente in nuovi neuroni funzionali.

In precedenza, il team di Chen aveva pubblicato una serie di articoli che dimostrano che la sovra-espressione del fattore di trascrizione neurale NeuroD1, o di NeuroD1 più DLX2, può convertire gli astrociti reattivi in neuroni, nei topi modello di morbo di Alzheimer (MA), di ictus ischemico o di malattia di Huntington. Di recente hanno portato questa tecnologia nei primati non umani, dimostrando la conversione diretta in neuroni degli astrociti reattivi nel cervello di scimmie macaque rhesus.

In questo lavoro, il prof. Chen e la sua squadra hanno ulteriormente esteso la loro tecnologia neuro-rigenerativa dal cervello al midollo spinale. Dimostrano per la prima volta che la sovra-espressione, attraverso un retrovirus, di NeuroD1 negli astrociti reattivi in divisione, può convertire con successo gli astrociti in neuroni nel midollo spinale ferito.

Il vantaggio dell'uso del retrovirus è che esprime solo il transgene, come il NeuroD1 qui, nelle cellule gliali in divisione, ma non nei neuroni che non si dividono, eliminando la possibilità di espressione diretta di NeuroD1 nei neuroni preesistenti. Per aumentare l'efficacia della conversione neuronale e preparare la strada a una futura applicazione traslazionale, Chen e il team hanno sviluppato ulteriormente il sistema virale adeno-associato (AAV) per portare NeuroD1 agli astrociti sia in divisione che non in divisione, sotto il controllo del promotore astrocitico GFAP e hanno confermato direttamente la conversione da astrocita a neurone nel midollo spinale.

Il vettore AAV è usato comunemente per la terapia genica a causa della sua immunogenicità relativamente bassa e dell'elevata efficienza di diffusione in vari tessuti, compreso il tessuto nervoso. È interessante notare che Chen e il team hanno scoperto che il NeuroD1 ha generato solo neuroni glutammatergici eccitanti, mentre l'aggiunta dell'altro fattore di trascrizione DLX2 ha aumentato significativamente la proporzione di neuroni gabaergici inibitori, indicando che l'uso di diverse combinazioni di fattori di trascrizione può generare diversi sottotipi di neuroni.

Un altro fattore importante che influenza il destino neuronale dopo la conversione è l'ambiente locale. La squadra di Chen ha progettato un insieme di esperimenti di confronto fianco a fianco, iniettando lo stesso vettore NeuroD1 nella corteccia o nel midollo spinale del topo. Dopo un mese, hanno scoperto che i neuroni derivanti da astrociti corticali hanno mostrato marcatori di neuroni corticali ma non marcatori di midollo spinale, mentre i neuroni convertiti dagli astrociti spinali hanno mostrato marcatori di neuroni spinali ma non indicatori corticali, indicando l'importanza dell'ambiente locale nel plasmare il destino neuronale dopo la conversione.

È importante sottolineare che Chen e colleghi hanno studiato la finestra temporale della conversione neuronale prima e dopo la formazione di cicatrici gliali dopo la SCI. Hanno testato l'efficienza della conversione degli astrociti reattivi a 10 giorni, rispetto a quella dei 4 mesi successivi alla SCI, quando la cicatrice gliale si è ben formata dopo le lesioni.

La squadra di Chen ha dimostrato un'elevata efficienza della conversione non solo a breve termine ma anche dopo un lungo ritardo dopo la lesione. Questi studi forniscono la prova di concetto che la tecnologia di conversione da astrociti a neurone in-vivo può diventare potenzialmente un tipo di intervento terapeutico per rigenerare nuovi neuroni funzionali, al fine di ripristinare le funzioni neurali perse dopo la SCI.