Ruolo delle cellule staminali cardiache nello scompenso cardiaco

Durante i primi anni del mio Dottorato, ho studiato il ruolo delle cellule progenitrici cardiache (CPC) di ratto in un modello di cardiomiopatia dilatativa indotta da doxorubicina (DOXO), mentre, nell’ultimo periodo ho valutato la correlazione tra scompenso cardiaco e senescenza delle human Multipotent Adult Stem Cell (MASC). La DOXO è utilizzata nella cura dei tumori solidi ed ematopoietici. Il suo impiego è fortemente limitato dall’alta incidenza di complicanze cardiovascolari, che possono evolvere, verso lo scompenso cardiaco. A tutt’oggi, l’unico approccio valido per l’insufficienza cardiaca resta il trapianto d’organo. Non vi sono studi che hanno focalizzato l’attenzione sugli effetti della DOXO sulle CPC, cellule clonogeniche, multipotenti, responsabili dell’omeostasi cardiaca e localizzate nel cuore adulto. Il ruolo di tale popolazione cellulare, nella risposta miocardica a differenti stimoli patologici, è stata documentata sia nell’uomo che in modelli animali, suggerendo che le CPC possano rappresentare un potenziale target fisiopatologico nelle patologie cardiache. Tuttavia, non è noto se un danno precoce a carico del compartimento staminale cardiaco incida sulla progressione della cardiotossicità indotta da DOXO. Ho avanzato, quindi, l’ipotesi che il danno da DOXO possa essere in primis legata al suo effetto sul compartimento endogeno di CPC.
Per cui il primo obiettivo del mio studio è stato determinare se le CPC potessero rappresentare un target cellulare per la DOXO. A tale scopo ho effettuato una serie di esperimenti in vitro in cui CPC clonogeniche di ratto sono state trattate con tre diverse concentrazioni di DOXO, 0,1 0,5 ed 1µM, a tre tempi differenti, 12, 24 e 48h.
Ho valutato i seguenti parametri: vitalità cellulare, apoptosi, proliferazione cellulare, indice mitotico e livelli di espressione di mediatori del ciclo cellulare.
Per meglio investigare i meccanismi molecolari responsabili della inibizione della proliferazione delle CPC in seguito a trattamento con DOXO, ho valutato l’espressione di alcuni mediatori molecolari coinvolti nella regolazione del ciclo cellulare ed in particolare nella progressione del ciclo dalla fase G1 alla fase S quali la ciclina D1, la ciclina kinasi-dipendente 4 (cdk4), la proteina del retinoblastoma (Rb) e la sua forma fosforilata (pRb). Dai risultati ottenuti, è evidente come il trattamento delle CPC con DOXO determini una riduzione della vitalità cellulare, una riduzione della loro capacità proliferativa a cui segue il blocco del ciclo cellulare ed un aumento della morte per apoptosi.
Inoltre, ho verificato se in vivo l’effetto cardiotossico della DOXO possa essere attribuito al depauperamento del pool residente di CPC con conseguente incapacità di tali cellule di far fronte al danno miocardico.
Ratti Fisher 344 sono stati divisi in due gruppi; il primo gruppo ha ricevuto sei iniezioni intraperitoneali di DOXO, nell’arco di due settimane, ciascuna di 2.5mg/kg, per una dose cumulativa di 15 mg/kg, mentre il gruppo controllo ha ricevuto sei iniezioni di un eguale volume di soluzione salina. La valutazione della funzionalità cardiaca è stata effettuata a tre e sei settimane dopo l’ultima somministrazione di DOXO dopo di ché gli animali sono stati sacrificati. L’analisi istologica delle sezioni ottenute dai cuore di ratti trattati con DOXO, insieme con l’analisi del pool endogeno di CPC hanno confermato quanto già osservato in vitro. In conclusione, l’effetto cardiotossico della DOXO è prima di tutto dovuto ad un effetto negativo sul compartimento di CPC, che pertanto non solo si riducono numericamente, ma sono anche incapaci di mantenere l’omeostasi cardiaca e consentire quindi il regolare turnover cellulare.
Nell’ultimo periodo del mio Dottorato, invece, ho comparato le caratteristiche di staminalità e senescenza delle MASC umane, isolate da atri di cuori espiantati di pazienti con insufficienza cardiaca terminale (R-MASC) e donatori non patologici (D-MASC), individuando eventuali differenze biologiche e funzionali esistenti tra le due popolazioni.
Sia le D-MASC che le R-MASC esprimono fattori di trascrizione quali Nanog e Oct4 e numerosi antigeni caratteristici delle cellule staminali mesenchimali. Ho eseguito saggi di differenziamento in senso miocitario ed endoteliale, dai quali è risultata una maggiore capacità di differenziare delle D-MASC, sia dal punto di vista quantitativo che qualitativo. In fine, la crescita cellulare, numero massimo di raddoppiamenti e la capacità di migrazione sono più marcate nelle D-MASC che nelle R-MASC ad indicare che un’alterazione intrinseca alle cellule staminali residenti potrebbe essere la causa principale della cardiopatia che determina lo sviluppo dello scompenso cardiaco.