La comunicazione fra cellule è un sistema complesso, in cui entrano in gioco fattori in grado di regolare le funzionalità cellulari attraverso diversi tipi di segnale. Le nano-vescicole (NV) rappresentano una di queste modalità comunicative. Sono formate da un doppio strato lipidico che avvolge un carico bioattivo, collocato nella cellula di origine e consegnato alla cellula ricevente, come un messaggio3.
In anni recenti, le nano-vescicole di origine umana hanno interessato la medicina nei suoi diversi ambiti: dalla rigenerazione dei tessuti al trasporto mirato di farmaci, all’utilizzo come bio-marcatori di svariate malattie2. Tuttavia non esistono solo vescicole prodotte da cellule umane, ma anzi queste vengono prodotte da cellule sia animali che vegetali, fungine e batteriche.
Comunicazione a più livelli
Una collaborazione fra la prof.ssa Barbara Zavan, del Dipartimento di medicina traslazionale e per la Romagna dell’Università di Ferrara, e il Consorzio Melinda porta avanti uno studio funzionale e applicativo riguardante le nano-vescicole di origine vegetale (PDNVs).
Le PDNVs hanno un ruolo fondamentale nella regolazione dei meccanismi fisiologici delle piante attraverso il trasporto intercellulare di proteine e oligonucleotidi. È stato dimostrato da diversi studi come le PDNVs siano in grado non solo di agevolare la comunicazione fra cellule all’interno della stessa pianta, ma di trasportare il loro messaggio anche verso cellule di altre specie, non vegetali. Esse possono recapitare messaggi a funghi e batteri simbiotici che abitano la rizosfera e combattere fitopatogeni. Questo tipo di comunicazione si definisce “comunicazione inter-regno”, ovvero che avviene fra il regno delle piante e quello fungino.
La trasmissione di messaggi non si ferma al regno dei funghi ma si estende anche a quello degli animali. È stata dimostrata sia in vitro che in vivo la capacità delle PDNVs di interagire e comunicare con cellule umane e murine. Tale capacità ha notevoli implicazioni in ambito medico e agroalimentare, tant’è che molti centri di ricerca ora ne stanno esplorando le possibili applicazioni.
Nano-vescicole dalla mela
La mela (Malus domestica sp.) è un noto frutto di rilevanza economica ed ecologica. Secondo il rapporto “Prognosfruit 2022”, i paesi dell’Unione europea hanno raccolto 12,2 milioni di tonnellate di mele fresche nel 2022. Tale produzione genera anche una notevole quantità di frutta di scarto a cui è necessario dare nuova vita. Il nostro interesse per le PDNVs è quindi partito dal frutto di mela, dalla cui polpa abbiamo isolato le nano-vescicole tramite un sistema efficace e scalabile di isolamento, messo a punto appositamente. Il processo ideato garantisce una ottima resa e purezza, superiore ai metodi considerati Golden standard. Il metodo di estrazione è ben adattabile a diversi tipi di matrici vegetali. Abbiamo infatti estratto vescicole anche da altri frutti, come mirtilli e lamponi, radici, come la curcuma, e piante verdi, come il basilico.
Abbiamo potuto osservare, tramite un modello in vitro, che le nano-vescicole derivate da mela (ADNVs) sono in grado di interagire con cellule umane di origine dermica, neuronale e immunitaria (figura 1A). Il loro effetto su cellule del sistema immunitario ha portato a una riduzione di fattori pro-infiammatori come le citochine, fra cui l’interleuchina 1β e l’interleuchina 1α (Figura 1B). Una riduzione dell’infiammazione favorisce il risanamento di ferite e lacerazioni. Questo risultato suggerisce che le ADNVs hanno un effetto immunomodulante su cellule di origine umana, e possono quindi essere applicate nella rigenerazione dei tessuti4.
Funzione antiaging
Questa proprietà antinfiammatoria può essere estesa non solo a diversi ambiti medici ma anche all’ambito cosmetico. La causa dei segni dell’invecchiamento è da ricercarsi nel decadimento della struttura del derma, composto da fibroblasti e matrice extracellulare. Lo stress ossidativo è un evento biochimico fondamentale che induce il degrado e la disorganizzazione della matrice extracellulare, provocando anche infiammazione. Secondo i nostri studi, una somministrazione di ADNVs su cellule del derma è in grado di ridurre lo stress ossidativo, aumentare la produzione di matrice extracellulare e dunque di migliorare l’elasticità della pelle (Figura 1C e 1D). Questo può avere dei riscontri interessanti nell’ambito della protezione cutanea da foto-invecchiamento, provocato dai raggi UV, e mantenimento del tono5.
Un altro beneficio fondamentale delle ADNVs è che sono in grado di bypassare il sistema gastrico e la barriera ematoencefalica. Quindi i) possono essere somministrare per via orale e assorbite nell’intestino; ii) tramite il flusso sanguigno hanno accesso al cervello, cosa che molti cure per le malattie neurodegenerative faticano ad ottenere1. Questo aspetto, unito al fatto che il loro contenuto può essere modificato, risulta particolarmente utile in ambito farmaceutico, quando i composti sono difficilmente assimilabili dal corpo umano. L’inclusione di molecole di interesse in vescicole lipidiche permette il superamento dei problemi di biodisponibilità del farmaco e gli effetti off-target. Inoltre, in ambito nutraceutico la resistenza delle ADNVs ai succhi gastrici costituisce un vantaggio notevole per il recapito di sostanze all’intestino, in aggiunta all’intrinseco potere antinfiammatorio.
Attività svolta nell’ambito del Progetto di Ricerca ‘MeByC’ Accordo di Sviluppo Melinda-MIMIT-Provincia Autonoma di Trento (CDS001000)
Bibliografia
1) Andjus, Pavle et al. 2020. «Extracellular Vesicles as Innovative Tool for Diagnosis, Regeneration and Protection against Neurological Damage». International Journal of Molecular Sciences 21(18): 6859.
2) Gardin, Chiara, Letizia Ferroni, Juan Carlos Chachques, e Barbara Zavan. 2020. «Could Mesenchymal Stem Cell-Derived Exosomes Be a Therapeutic Option for Critically Ill COVID-19 Patients?» Journal of Clinical Medicine 9(9): 2762.
3) Théry, Clotilde et al. 2018. «Minimal information for studies of extracellular vesicles 2018 (MISEV2018): a position statement of the International Society for Extracellular Vesicles and update of the MISEV2014 guidelines». Journal of Extracellular Vesicles 7(1): 1535750.
4) Trentini, Martina, Federica Zanotti, et al. 2022. «An Apple a Day Keeps the Doctor Away: Potential Role of MiRNA 146 on Macrophages Treated with Exosomes Derived from Apples». Biomedicines 10(2): 415.
5) Trentini, Martina, Ilaria Zanolla, et al. 2022. «Apple Derived Exosomes Improve Collagen Type I Production and Decrease MMPs during Aging of the Skin through Downregulation of the NF-ΚB Pathway as Mode of Action». Cells 11(24): 3950.
