Nel tentativo di migliorare la somministrazione di costosi trattamenti medici, un team di ricercatori in ingegneria elettrica presso l’Università del Wisconsin-Madison ha sviluppato un metodo stimolante che potrebbe rendere il corpo umano più ricettivo a determinate terapie geniche.
Nel tentativo di migliorare la somministrazione di costosi trattamenti medici, un team di ricercatori in ingegneria elettrica presso l’Università del Wisconsin-Madison ha sviluppato un metodo stimolante che potrebbe rendere il corpo umano più ricettivo a determinate terapie geniche.
I ricercatori hanno esposto le cellule del fegato a brevi impulsi elettrici e quei delicati colpi hanno fatto sì che le cellule del fegato assorbissero più di 40 volte la quantità di materiale per la terapia genica rispetto alle cellule che non erano esposte a campi elettrici pulsati.
Il metodo potrebbe aiutare a ridurre il dosaggio necessario per questi trattamenti, rendendoli molto più sicuri e convenienti. La ricerca è stata pubblicata il 30 aprile sulla rivista PLOS ONE.
La terapia genica è una tecnologia medica promettente: sostituendo, alterando o introducendo nuovo materiale genetico nelle cellule di un paziente, i medici possono essere in grado di curare o compensare malattie genetiche, tra cui la fibrosi cistica, l’anemia falciforme, l’emofilia e il diabete.
Uno dei colli di bottiglia nella terapia genica, tuttavia, è ottenere la giusta dose di materiale genetico nelle cellule bersaglio.
La ricerca UW-Madison suggerisce che l’applicazione di un campo elettrico moderato, che non ha lasciato danni permanenti alle cellule che lo hanno ricevuto, potrebbe aiutare a creare terapie più efficaci.
Il progetto è iniziato quasi un decennio fa con Hans Sollinger, un chirurgo dei trapianti di fama mondiale presso l’UW-Madison.
Aveva sviluppato un trattamento di terapia genica per il diabete di tipo 1, una malattia autoimmune che attacca il pancreas, l’organo che produce insulina.
La strategia di trattamento di Sollinger ha fornito il codice genetico per la produzione di insulina nelle cellule epatiche utilizzando un virus associato all’adreno che aiuta a trasportare i geni terapeutici attraverso la membrana delle cellule.
Questo DNA può quindi risiedere nelle cellule del fegato, producendo insulina senza essere attaccato dal sistema immunitario nel pancreas.
Mentre Sollinger aveva una prova di concetto che la terapia funzionava, credeva che il futuro del trattamento dipendesse dalla consegna.
Si è rivolto a Susan Hagness e John Booske, entrambi professori di ingegneria elettrica e informatica della UW-Madison che hanno esperienza nel trattamento di cellule umane con impulsi elettrici.
“Quello di cui abbiamo iniziato a parlare è stata la somministrazione locale e mirata e se ci fosse un modo per ottenere il DNA del trattamento direttamente nel fegato senza farlo passare attraverso l’intero corpo e innescare il sistema immunitario”, afferma Hagness.
“E se potessimo usare impulsi elettrici per rendere questo processo di somministrazione più efficiente e ridurre drasticamente la dose necessaria”.
I ricercatori hanno precedentemente scoperto che l’esposizione delle cellule a campi elettrici può spesso aumentare la capacità delle molecole di muoversi attraverso la membrana cellulare all’interno di una cellula.
Quindi, in questo ultimo studio, il dottorando Yizhou Yao ha cercato di determinare se la tecnica avrebbe aumentato la penetrazione delle particelle virali nelle cellule del fegato.
Utilizzando cellule di epatoma umano, un sistema modello per lo studio del fegato, Yao ha esposto lotti di cellule a varie concentrazioni di particelle virali della terapia genica contenenti una proteina verde fluorescente.
Ha usato un paio di elettrodi per fornire un impulso elettrico di 80 millisecondi ad alcuni campioni, quindi ha incubato tutte le cellule per 12 ore.
Quando ha esaminato i risultati 48 ore dopo al microscopio a fluorescenza, Yao ha scoperto che solo una piccola percentuale delle cellule che non avevano ricevuto gli impulsi elettrici brillavano di verde.
In netto contrasto, le cellule che avevano ricevuto una scarica hanno accumulato circa 40 volte la quantità di proteine verdi fluorescenti fornite dal virus.
Mentre i risultati hanno fornito prove convincenti che gli impulsi hanno contribuito a facilitare la penetrazione del virus nelle pareti cellulari, Booske afferma che il team deve ancora scoprire esattamente come funziona il processo a livello molecolare.
“Si sa abbastanza sulla pulsazione elettrica che penso che potremmo affermare con sicurezza che sta aprendo i nanopori attraverso la membrana cellulare”, dice.
“Ma poi Yao ha ottenuto questo risultato notevole, e ci siamo resi conto che le particelle virali sono in generale più grandi e più complesse delle semplici particelle molecolari e hanno già il loro modo di entrare nelle cellule. Quindi, non sappiamo davvero se è l’apertura dei pori che ha qualcosa a che fare direttamente o indirettamente con questo”.
Sollinger è morto nel maggio 2023, ma il team afferma che la sua eredità vivrà attraverso la ricerca in corso su questo progetto e il lavoro di altri gruppi.
I ricercatori di ingegneria elettrica stanno perseguendo i prossimi passi con finanziamenti esterni e sono ottimisti sul fatto che alla fine la tecnica si tradurrà in studi clinici.
Yao, che si laureerà nel 2024, dice che sapeva che lo studio sarebbe stato transdisciplinare, ma non si rendeva conto di quanto lontano sarebbe arrivato.
“Sono un ingegnere elettrico di formazione e non ho una formazione in biologia”, dice.
“Prima di questo, l’ultima volta che ho usato un microscopio è stato al liceo. È stata una curva di apprendimento piuttosto ripida, imparare a coltivare cellule ed eseguire protocolli di biologia. Ma mi è piaciuto molto questo progetto e mi è piaciuto il suo obiettivo finale, che è quello di rendere il mondo un posto migliore”.
Foto: Joel Hallberg
