Gli scienziati del Berlin Institute of Health at Charité (BIH) e di Open Targets, insieme ai colleghi dell’Università di Cambridge e dell’Addenbrooke’s Hospital di Cambridge, nel Regno Unito, hanno scoperto i meccanismi che guidano la rigenerazione del fegato durante la malattia epatica cronica.
Gli scienziati hanno ora pubblicato i loro risultati sulla rivista Nature.
L’importanza della rigenerazione del fegato
Questo processo rigenerativo consente al fegato di ripararsi quando è danneggiato cronicamente, ma potrebbe anche provocare la progressione verso il cancro.
I ricercatori sono stati in grado di dimostrarlo per primi eseguendo analisi unicellulari su molte biopsie ottenute da pazienti con malattia epatica steatotica associata a disfunzione metabolica progressiva (MASLD). I risultati ottenuti in vivo sono stati convalidati utilizzando organoidi coltivati in laboratorio.
Ludovic Vallier coltiva mini fegati, i cosiddetti organoidi, per studiare come si sviluppano le malattie del fegato e come possono essere curate o prevenute. È professore Einstein per le cellule staminali nelle terapie rigenerative presso il Berlin Institute of Health presso Charité e Max-Planck-Fellow presso il Max Planck Institute for Molecular Genetics. Come obiettivo a lungo termine, mira a utilizzare gli organoidi epatici per terapie cellulari per pazienti con insufficienza epatica.
La steatoepatite steatotica associata a disfunzione metabolica (MASLD) e la sua forma cronica La steatoepatite associata a disfunzione metabolica (MASH) è la principale causa di malattia epatica. Si stima che il 20-40% della popolazione sia affetto dalla forma benigna della malattia, ma attualmente circa 115 milioni sono affetti dalla forma cronica.
Nonostante i recenti progressi, l’unico trattamento per la MASH allo stadio terminale è il trapianto di fegato, che comporta un pesante trattamento immunosoppressivo, e solo un numero limitato di pazienti può beneficiare di questo approccio a causa della mancanza di donatori di organi.
Pertanto, il Dr. Chris Gribben e il Dr. Vasileios Galanakis del team di Vallier nell’ambito di un progetto Open Targets, in collaborazione con la Dr.ssa Irina Mohorianu (Wellcome-MRC Cambridge Stem Cell Institute dell’Università di Cambridge) e il Dr. Michael Allison (Cambridge University Hospitals NHS Foundation Trust) hanno rivolto la loro attenzione alla ricerca su questa importante sfida sanitaria.
“Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che si sa relativamente poco sui meccanismi che si verificano durante la progressione della malattia negli esseri umani. Questo perché studiare una malattia che può richiedere decenni per svilupparsi completamente è molto impegnativo. La tecnologia necessaria per studi longitudinali estesi è diventata disponibile solo di recente “, dice Vallier.
Gli scienziati hanno raccolto piccoli pezzi di fegato (biopsia) da pazienti sottoposti a test diagnostici nel servizio MASLD dell’ospedale di Addenbrooke e hanno eseguito analisi di singole cellule per identificare i meccanismi sottostanti. Queste biopsie sono state raccolte da un gran numero di pazienti in diversi stadi della malattia consentendo per la prima volta di mappare la progressione della MASLD negli esseri umani.
I ricercatori hanno scoperto un meccanismo interessante: il danno epatico cronico danneggia gravemente l’architettura del fegato, in particolare l’organizzazione dell’albero biliare, che rappresenta una rete di condotti che drenano il fegato dalle tossine. Questa riorganizzazione è associata ad un processo di rigenerazione chiamato transdifferenziazione.
“Sapevamo che la progressione della malattia poteva indurre la proliferazione dei colangiociti, che sono il principale tipo di cellula che compone l’albero biliare. Tuttavia, non ci aspettavamo che questa proliferazione fosse organizzata e portasse alla produzione di una rete così complessa che interferisce fortemente con l’architettura del fegato”, riferisce Vallier.
“Ora, ovviamente, volevamo sapere se questo processo fosse un segno che il fegato stava cercando di ripararsi o che la lesione stava progredendo. Per questo, abbiamo eseguito analisi dettagliate su singole cellule e abbiamo osservato che i colangiociti sembrano transdifferenziarsi in epatociti , il principale tipo di cellula funzionale del fegato, l’organo cerca quindi disperatamente di sostituire le cellule funzionali che muoiono durante la malattia”, spiega Vallier.
La domanda interessante era scoprire i potenziali meccanismi dietro questo processo rigenerativo: potremmo identificare i fattori candidati che controllano la rigenerazione? Vallier afferma: “Siamo stati molto fortunati a lavorare in stretta collaborazione con il gruppo Core Bioinformatics guidato dalla Dott.ssa Irina Mohorianu. Insieme abbiamo potuto identificare un elenco di fattori che vengono regolati durante la transdifferenziazione tra colangiociti ed epatociti.
“Questi fattori sono stati poi convalidati nei tessuti raccolti da altri pazienti. Di particolare interesse, abbiamo scoperto che la segnalazione dell’insulina potrebbe svolgere un ruolo importante, fornendo così un percorso interessante per il futuro sviluppo terapeutico.”
Nella fase successiva, gli scienziati hanno utilizzato organoidi colangiociti derivati da pazienti affetti da MASLD progressiva. Questi mini organi possono essere coltivati quasi indefinitamente in vitro mantenendo le funzioni rilevanti per modellare la malattia.
Di particolare interesse è il fatto che gli scienziati dimostrano che gli organoidi dei colangiociti possono anche transdifferenziarsi in cellule simili agli epatociti in vitro. Questo processo potrebbe essere bloccato o promosso rispettivamente inibendo o aumentando la via di segnalazione dell’insulina.
Inoltre, erano presenti in vitro ulteriori fattori identificati nei pazienti, confermando la rilevanza degli organoidi per studiare i meccanismi rigenerativi in una capsula.
“Abbiamo così potuto dimostrare che i meccanismi molecolari che si verificano negli esseri umani durante un periodo di tempo prolungato possono essere studiati in vitro”, afferma Vallier.
I risultati hanno anche suggerito un aspetto più preoccupante riguardante la rigenerazione degli organi.
Infatti, la maggior parte degli eventi di transdifferenziazione si verificano durante l’ultima fase della malattia, quando il fegato è estremamente danneggiato. Questo processo rigenerativo è associato alla progressione della malattia e non sembra essere indotto direttamente dalla lesione.
Inoltre, le malattie epatiche allo stadio terminale sono fortemente associate al cancro al fegato mentre diversi fattori che sembrano guidare la transdifferenziazione in vivo e in vitro sono altamente espressi anche nei tumori al fegato. Pertanto, gli scienziati sospettano che il cancro possa avere origine da processi rigenerativi andati male.
Infatti, lesioni croniche e microambiente malato potrebbero indurre un grande stress sulle cellule che diventerebbero poi “plastiche” e quindi capaci di transdifferenziarsi. Tuttavia, questa acquisizione di plasticità potrebbe diventare anomala se si spinge troppo oltre.
Questo studio dimostra che gli organi umani possono rigenerarsi anche dopo malattie prolungate e lesioni ripetute. Tuttavia, questo processo è rischioso e può andare storto. Il controllo dell’acquisizione della plasticità cellulare è fondamentale.
Questi risultati provocano un cambiamento significativo nelle nostre conoscenze di base riguardanti la fisiopatologia delle malattie epatiche croniche . Ciò include la scoperta di nuovi percorsi che controllano l’equilibrio tra progressione della malattia e riparazione dei tessuti e l’identificazione di nuovi biomarcatori per la diagnostica e la prognosi.
“Siamo ovviamente entusiasti di questi risultati”, riferisce Vallier, “perché crediamo di aver trovato un modo per sviluppare nuove terapie che non si concentrino solo sulla limitazione della progressione della malattia ma mireranno invece a promuovere la riparazione dei tessuti.
“Sappiamo che abbiamo bisogno di più lavoro prima che queste conoscenze abbiano un impatto sulla clinica, ma questo è un primo passo essenziale. Ora possiamo concentrarci sullo sviluppo di nuove terapie, compresi approcci basati sulle cellule, che alla fine possono aiutare i pazienti. E questa è il nostro obiettivo.”
Individuate le cellule che aiutano il fegato a guarire
Gli scienziati hanno scoperto per la prima volta un tipo di cellula responsabile della riparazione del tessuto epatico danneggiato.
Lo studio , che mostra come queste nuove cellule migrano verso il sito del danno, fornisce nuove informazioni sul modo in cui il fegato guarisce se stesso. I risultati sono pubblicati sulla rivista Nature .
Gli esperti affermano che i risultati potrebbero stimolare lo sviluppo di nuove terapie che sfruttano la capacità unica del fegato di rigenerarsi in seguito a un danno.
Durante l’insufficienza epatica acuta, questa capacità di riparare e rigenerarsi è spesso sopraffatta, con i pazienti che necessitano di un trapianto di fegato d’emergenza per ripristinare la funzionalità epatica.
Gli scienziati dell’Università di Edimburgo hanno studiato il tessuto epatico umano di pazienti con insufficienza epatica acuta per individuare segni di proliferazione e rigenerazione cellulare in seguito alla rapida perdita della funzionalità epatica.
Hanno scoperto che una percentuale significativa di cellule conservava la capacità di moltiplicarsi. Tuttavia, nel fegato dei pazienti erano ancora presenti aree danneggiate sostanziali, suggerendo che processi diversi dalla proliferazione cellulare sono fondamentali durante la rigenerazione.
Il team di ricerca ha profilato i geni all’interno di ogni cellula epatica sia nel tessuto epatico umano sano che in quello in rigenerazione per comprendere meglio il processo di rigenerazione. Lo hanno fatto utilizzando una tecnica all’avanguardia chiamata sequenziamento dell’RNA a cellula singola.
I risultati hanno scoperto una popolazione precedentemente non rilevata di cellule epatiche in grado di guarire le ferite che emergono durante la rigenerazione del fegato umano per favorirne il recupero.
Lavorando con gli scienziati dell’Università di Glasgow presso il Cancer Research UK Scotland Institute, il team ha utilizzato speciali tecniche di imaging nei topi per osservare le cellule che guariscono le ferite in azione.
Durante la rigenerazione del fegato, le cosiddette cellule leader compaiono ai margini del tessuto sano, trascinando insieme il tessuto per chiudere la ferita, in modo simile a come la pelle guarisce dopo un taglio.
L’imaging ha inoltre rivelato che la popolazione di cellule epatiche in via di guarigione appare prima che inizi la proliferazione cellulare.
L’infezione diffusa è una delle principali preoccupazioni in seguito all’insufficienza epatica acuta . I batteri dell’intestino possono fuoriuscire nel fegato quando il fegato è danneggiato. Ciò può portare alla sepsi se il fegato non è in grado di eliminare l’infezione.
Il fegato può dare priorità alla guarigione delle ferite prima che alla proliferazione cellulare per ripristinare la barriera intestino-fegato e prevenire la diffusione dei batteri, dicono gli esperti.
“Le tecnologie all’avanguardia ci hanno permesso di studiare per la prima volta la rigenerazione del fegato umano in alta definizione, facilitando l’identificazione di un tipo di cellula fondamentale per la riparazione del fegato. Ci auguriamo che i nostri risultati accelerino la scoperta di nuovi trattamenti tanto necessari per i pazienti con malattie del fegato “, afferma il professor Neil Henderson, Centro per la ricerca sull’infiammazione, Università di Edimburgo.
