Le cellule ciliate cocleari di nuova formazione contengono fasci di capelli intricati con molte stereociglia (fondamentali per la percezione del suono) e altri componenti che sono fondamentali per la corretta funzione e trasmissione neurale. Credit: Will McLean
Un approccio per rigenerare le cellule ciliate sensoriali dell’orecchio interno pone le basi per il trattamento della perdita uditiva cronica indotta dal rumore da parte della società, Frequency Therapeutics, Woburn, Mass, e dei suoi co-fondatori che stanno attingendo alla ricerca del Brigham and Women’s Hospital (BWH), Harvard Medical School, Mass Eye and Ear Infirmary, e Massachusetts Institute of Technology (MIT). Nell’edizione del 21 febbraio 2017 di Cell Reports, gli scienziati descrivono una tecnica per far crescere grandi quantità di cellule progenitrici dell’orecchio interno che si convertono in cellule ciliate. Si dice che le stesse tecniche mostrino la capacità di rigenerare le cellule ciliate nella coclea.
La perdita dell’udito colpisce 360 milioni di persone nel mondo, secondo l’Organizzazione mondiale della sanità (OMS). Le cellule ciliate dell’orecchio interno sono responsabili del rilevamento del suono e della segnalazione al cervello. I suoni forti e i farmaci tossici possono portare alla morte delle cellule ciliate, che non si rigenerano. Gli esseri umani nascono con solo 15.000 cellule ciliate sensoriali in ogni coclea, che sono suscettibili di essere danneggiate dall’esposizione a rumori forti e farmaci, portando alla morte delle cellule e alla perdita dell’udito nel tempo.
Secondo un comunicato stampa di Frequency Therapeutics, non è stato possibile ottenere un numero sufficiente di cellule ciliate cocleari nei mammiferi per facilitare lo sviluppo di approcci terapeutici per la perdita dell’udito. La nuova ricerca ha costruito sul lavoro precedente per controllare la crescita delle cellule staminali intestinali che esprimono la proteina Lgr5 e ha preso di mira una diversa popolazione di cellule Lgr5 che sono state scoperte essere la fonte di cellule ciliate sensoriali nella coclea durante lo sviluppo (un sottoinsieme di cellule di supporto o progenitori). Il team ha identificato con successo un protocollo di piccole molecole per far crescere efficacemente le cellule progenitrici cocleari in grandi colonie con un’alta capacità di differenziazione in cellule ciliate in buona fede.
Jeff Karp, PhD
“La capacità di rigenerare le cellule ciliate nell’orecchio interno esiste già in natura”, ha detto Jeff Karp, PhD, di BWH e Harvard Medical School nel comunicato stampa. “Gli uccelli e gli anfibi sono in grado di rigenerare queste cellule per tutta la loro vita, il che ha fornito la base per la nostra ispirazione a trovare percorsi simili nei mammiferi. Con i nostri collaboratori al Mass Eye and Ear Infirmary, siamo stati in grado di studiare un approccio con piccole molecole, che abbiamo sviluppato al MIT e al BWH, per espandere le cellule progenitrici della coclea del topo. Crediamo che questa tecnica rappresenti un importante progresso per la ricerca sulla perdita dell’udito e consentirà nuovi studi fisiologici così come schermi genetici utilizzando farmaci, siRNA, o sovraespressione del gene.”
Il team di ricerca si è prima concentrato sull’ottimizzazione dell’espansione delle cellule progenitrici cocleari che esprimono Lgr5. Con la combinazione di un inibitore GSK3 per attivare la via di segnalazione Wnt e un inibitore dell’istone deacetilasi (HDAC) per attivare la trascrizione genica, il team di ricerca ha ottenuto un’espansione superiore a 2000 volte delle cellule di supporto cocleari rispetto agli approcci precedenti. Questo protocollo è stato usato con successo e con coerenza per generare colonie di cellule murine neonatali e adulte, così come cellule progenitrici di primati e umane. Inoltre, secondo i ricercatori, il team ha ottenuto un aumento di 60 volte della produzione di cellule ciliate dalle cellule progenitrici rispetto ai metodi attuali.
La generazione di nuove cellule ciliate è stata ottenuta anche nel tessuto cocleare che era stato impoverito di cellule ciliate dall’esposizione a un antibiotico ototossico. È importante notare che le cellule ciliate prodotte dai protocolli hanno esibito le stesse caratteristiche fisiche, l’espressione genica e la funzionalità delle tipiche cellule ciliate cocleari, dice Frequency Therapeutics.
“Questo lavoro ha aperto un intero campo di ciò che chiamiamo Attivazione delle cellule progenitrici (PCA), che crediamo abbia molte applicazioni rigenerative oltre la perdita dell’udito, che vanno dalle malattie della pelle e disturbi oculari alle malattie gastrointestinali e il diabete”, ha detto Will McLean, PhD, co-fondatore e VP, Biologia e Medicina rigenerativa, a Frequency Therapeutics, e l’autore principale del documento. “Inoltre, l’approccio crea una piattaforma con il potenziale per esplorare grandi popolazioni di tipi di cellule progenitrici precedentemente di difficile accesso. La scoperta di farmaci per l’orecchio interno è stata limitata dall’incapacità di acquisire abbastanza cellule primarie per esplorare gli obiettivi dei farmaci. Questo approccio sblocca questa capacità per la ricerca sull’udito e una varietà di altri campi.”
“Usando l’attivazione delle cellule progenitrici per ripristinare il tessuto sano nell’orecchio interno, stiamo sfruttando la capacità innata del corpo di guarire se stesso”, ha detto David Lucchino, co-fondatore, presidente e CEO di Frequency Therapeutics. “Lo sviluppo da parte di Frequency di una terapia che modifica la malattia e che può essere somministrata con una semplice iniezione potrebbe avere un effetto profondo sulla perdita dell’udito cronica indotta dal rumore, la nostra indicazione principale, e stiamo rapidamente facendo avanzare questo programma in studi clinici umani entro i prossimi 18 mesi”, ha aggiunto Chris Loose, PhD, co-fondatore e CSO della società.
Frequency Therapeutics è stata fondata per tradurre quello che l’azienda descrive come un lavoro rivoluzionario nell’attivazione delle cellule progenitrici (PCA) da parte dei suoi fondatori scientifici, Robert Langer, ScD, e Jeff Karp, PhD, in nuovi trattamenti in cui la rigenerazione controllata dei tessuti con farmaci consegnati localmente potrebbe avere un profondo potenziale terapeutico. L’azienda ha concesso in licenza i brevetti fondazionali dal MIT e da Partners Healthcare.
Hearing Review ha pubblicato diversi articoli sul lavoro che coinvolge Lrg5, compreso il lavoro che coinvolge un co-autore di questo studio, Albert Edge, PhD, e il lavoro correlato sul blocco del percorso notch.
Original paper: McLean WJ, Yin X, Lu X, Lenz DR, McLean D, Langer R, Karp JM, Edge ASB. Espansione clonale delle cellule Lgr5-positive dalla coclea dei mammiferi e generazione ad alta purezza di cellule ciliate sensoriali. Cell Reports. 2017;18(8):1917–1929.