Il ruolo delle vescicole extracellulari nella comunicazione cellula-cellula nel contesto della malattia

Lunedì 23 Novembre 2020
 Il ruolo delle vescicole extracellulari nella comunicazione cellula-cellula nel contesto della malattia

qEV RNA Extraction Kit di Izon Science

È stato dimostrato che le vescicole extracellulari contribuiscono alla metastasi del melanoma e alla diffusione dell'infezione virale. Discutiamo del loro potenziale nella diagnostica e nella genetica personalizzata.

A seguito della rapida crescita della ricerca sulle vescicole extracellulari (EV), queste particelle su nanoscala risultano implicate in un'ampia varietà di malattie e condizioni, tra cui il cancro e l'infezione virale. La dott.ssa Evelyn Lattmann, assegnista di ricerca con un incarico di post-dottorato presso l'Università di Zurigo, e attualmente distaccata negli Stati Uniti, sta articolando la sua ricerca sulle vescicole extracellulari e sul loro ruolo nella progressione e metastasi del melanoma e dell'infezione da Covid-19.

Con un background nella ricerca sul cancro, in particolare nella comunicazione cellula-cellula e nella metastasi del melanoma, il lavoro del dottor Lattmann si è recentemente evoluto per concentrarsi sulla ricerca "traslazionale" sul cancro, ricerca che mira a colmare il divario tra laboratorio e clinica utilizzando i risultati della ricerca, fondamentali per sviluppare potenziali terapie. Il dottor Lattmann sta attualmente analizzando le cellule tumorali circolanti e gli esosomi nei biofluidi per identificare potenziali biomarcatori di malattia e ottenere informazioni sui meccanismi alla base delle metastasi e dell'invasione delle cellule tumorali. Un importante fattore trainante nella ricerca della dott.ssa Lattmann è stato il suo interesse nella ricerca di metodi non invasivi di diagnosi e trattamento di condizioni tra cui il cancro. A causa della loro presenza nel sangue e in altri fluidi biologici, gli esosomi risultano un'oggetto interessante per questa ricerca.

Per la loro analisi delle EV, il gruppo sta utilizzando le colonne di isolamento qEV di Izon Science e sta confermando l'identità degli esosomi con la proteomica. Per determinare i biomarcatori, il gruppo estrae il cargo RNA delle vescicole utilizzando i kit di estrazione RNA di Izon, e ha ottenuto risultati promettenti dal successivo sequenziamento di nuova generazione. Oltre all'RNA, il dott. Lattmann spiega anche che le mutazioni nel DNA delle EV possono essere identificate in campioni di pazienti con melanoma; pertanto, l'analisi dell'intero profilo molecolare delle vescicole extracellulari è ricco di informazioni. Svelare i ruoli del carico di vescicole extracellulari nella comunicazione cellula-cellula e la biologia può consentire l'uso di vescicole extracellulari come terapeutica; Il dott. Lattmann ritiene che le vescicole extracellulari abbiano un ampio potenziale nell'applicazione clinica, affermando che "ci sono molti possibili usi degli esosomi" sia nella diagnostica che nei trattamenti.

I ruoli specifici delle vescicole extracellulari nell'infezione virale sono complessi e interconnessi, coinvolgendo effetti immunoregolatori e modulazione delle comunicazioni cellula-cellula. Sebbene questi effetti possano proteggere l'ospite dall'infezione virale1, vi sono prove crescenti che i virus traggono vantaggio dai percorsi delle EV; le cellule infettate da virus rilasciano EV con specifiche firme molecolari2 che influenzano quindi la risposta immunitaria dell'ospite e contribuiscono alla diffusione dell'infezione virale. Con il legame intrinseco tra le vescicole extracellulari e l'infezione virale, chiarire il ruolo delle EV nell'infezione da Covid-19 è un'alta priorità nella ricerca; l'interesse per le biopsie liquide (Figura 1) della dott.ssa Lattmann l'ha spinta a iniziare a considerare con maggiore attenzione il profilo molecolare delle vescicole extracellulari provenienti da pazienti con infezione da Covid-19, con l'obiettivo di identificare biomarcatori e possibili marcatori diagnostici. Questa ricerca è ancora nelle sue prime fasi; Il dott. Lattmann afferma che "in questo momento è ancora prematuro sbilanciarsi sulla direzione che potremo prendere", spiegando che la ricerca è iniziata con un approccio imparziale e non appena saranno identificati specifici marker si entrerà nella ricerca biologica. C'è fiducita: la dott. Lattmann ritiene che ci saranno risultati positivi e tutti sono impazienti di verificare i dati ottenuti!

Partendo da precedenti esperienze di ricerca su Caenorhabditis Elegans (un verme di un millimetro che può essere osservato con un microscopio ottico), è stato un salto importante per il dottor Lattmann il fatto di lavorare con entità meno tangibili, e non senza qualche ostacolo da superare! La scarsità di materiale all'interno e attorno alle vescicole extracellulari (RNA e proteine) può rendere difficile l'analisi, e il plasma e altri fluidi biologici contengono EV provenienti da tutti gli organi del corpo e da percorsi di biogenesi distinti, il che significa che è difficile filtrare gli EV di interesse da questo ambiente complesso. Mentre la dott.ssa Lattmann spiega che sarebbe fantastico visualizzare le vescicole extracellulari con immagini dal vivo e seguire i loro percorsi nel corpo, non crede che le sfide attualmente intraprese limiteranno il campo di questa ricerca, poiché stanno emergendo rapidamente nuove tecniche che promettono di aggirare questi ostacoli.

Il lavoro che il dott. Lattmann e i colleghi stanno svolgendo ha enormi implicazioni potenziali e aprirà molte strade alla ricerca. Le direzioni di questo filone dipenderanno inevitabilmente dai risultati della ricerca attuale; il dott.Lattmann ha suggerito che l'analisi di altri fluidi biologici (oltre al plasma) potrebbe essere un obiettivo nel breve periodo, che potrebbe aumentare la portata della ricerca, rivelare più biomarcatori e trattamenti basati su EV per diverse malattie, compreso il cancro. Inoltre, i modelli di pelle artificiale sviluppati da Mitch Levesque e utilizzati dal dottor Lattmann e colleghi presso l'Università di Zurigo potrebbero consentire esperimenti funzionali e testare ipotesi biologiche derivanti dalla ricerca attuale, nonché potenzialmente esaminare le risposte terapeutiche alle vescicole extracellulari usate come trattamenti. La dott.ssa Lattmann è entusiasta di poter continuare la sua ricerca sulle vescicole extracellulari in futuro, e afferma che la portabilità dei prodotti Izon renderà facile il prosieguo della sua ricerca.

La genetica personalizzata prevede il raggruppamento dei pazienti in base al rischio di malattia o alla risposta alla terapia utilizzando test o tecniche diagnostiche3. Il dott. Lattmann ritiene che le vescicole extracellulari potrebbero essere potenti strumenti per questo approccio. La risposta terapeutica è molto varia tra i pazienti con melanoma; ad esempio, il livello di PDL-1 esosomiale circolante, una proteina che consente alle cellule tumorali di eludere la sorveglianza immunitaria, potrebbe essere utilizzato per classificare i pazienti come responder clinici o non responder all'immunoterapia4. Inoltre, è stato dimostrato che le EV tumorali si preparano le nicchie pre-metastatiche5. Pertanto, l'analisi delle vescicole extracellulari dei pazienti con melanoma potrebbe aiutare a prevedere il decorso della malattia e informare il processo decisionale clinico riguardo ai regimi di trattamento, portando a miglioramenti nella cura del paziente e nei risultati.

La ricerca del gruppo della dott.ssa Lattmann e dei suoi colleghi ricercatori è ancora nelle sue fasi iniziali, ma già riconosce ampiamente il potenziale delle vescicole extracellulari per applicazioni che vanno dalla diagnostica ai trattamenti; l'analisi dei biomarcatori EV nei pazienti potrebbe essere utilizzata per regimi terapeutici su misura, differenziando i trattamenti per pazienti. Il dott. Lattmann sottolinea i molteplici usi possibili delle vescicole extracellulari; mentre l'interesse e la conoscenza degli esosomi sono in rapido aumento, il campo è ancora agli inizi, C'è comunque la convinzione che il potenziale di queste vescicole nel ruolo di agenti terapeutici sia molto importante, e via via che questo ruolo assume sempre maggiore importanza e riconoscimento, inizieranno a essere utilizzate terapie cliniche basate su EV.

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