STUDIO DEL DIFETTO ANGIOGENICO E DEL METABOLISMO DI CELLULE STROMALI MESENCHIMALI DERIVANTI DA PAZIENTI AFFETTI DA SINDROME DI SHWACHMAN-DIAMOND E NUOVE STRATEGIE TERAPEUTICHE

Background La sindrome di Shwachman-Diamond (SDS) è una malattia rara caratterizzata da insufficienza midollare. Biopsie midollari di pazienti SDS mostrano la presenza di vasi tortuosi con lumi collassati, segno di un difetto nel processo angiogenico. Localizzate intorno ai vasi, le cellule stromali mesenchimali (MSC) sono degli elementi chiave nel supporto dell’angiogenesi midollare. Il nostro gruppo ha dimostrato come MSC derivanti da midollo osseo (BM) di pazienti SDS abbiano un difetto angiogenico in vitro e in vivo. Recenti studi hanno inoltre dimostrato come un’angiogenesi patologica sia spesso accompagnata da alterazioni metaboliche e che possa essere corretta dall’uso di antiossidanti. Materiali e metodi MSC derivanti da pazienti SDS o da controlli sani (HD) sono state stimolate per 48h con DMEM ± DMSO (0.05%)/N-Acetilcisteina (NAC) (1mM). La capacità angiogenica delle MSC è stata valutata tramite saggio d’angiogenesi in vitro su Matrigel. Sono state inoltre eseguite analisi metaboliche. La fosforilazione ossidativa (Oxphos) è stata analizzata tramite ossimetria e test di sintesi dell’ATP. Inoltre, il rapporto ATP/AMP, il livello di malondialdeide (MDA), l'attività del complesso IV e della lattato deidrogenasi (LDH) sono stati valutati mediante analisi spettrofotometriche. Obiettivi Lo scopo di questo studio è quello di caratterizzare il metabolismo delle SDS-MSC e indagare l’uso di antiossidanti come strategia terapeutica per ripristinare l’incapacità angiogenica delle SDS-MSC. Risultati preliminari Abbiamo analizzato la fosforilazione ossidativa, in particolare le vie dei complessi I-III-IV e II-III-IV. Osserviamo che le SDS-MSC consumano il 60% in meno dell’ossigeno e sintetizzano il 60% in meno di ATP rispetto alle HD-MSC (p=0.002, n=6). Tale difetto mitocondriale è dovuto in particolare ad una riduzione del 61% dell’attività del Complesso IV (p=0.002, n=6). Inoltre, il rapporto ATP/AMP intracellulare è significativamente inferiore negli SDS rispetto agli HD (media=1.1, intervallo=0.8-1.6 vs media=3.6, intervallo=3.1-4.0; p=0.002, n=6) e correla ad un aumento dell'attività della lattato deidrogenasi (LDH) (media=0,4mU/mg, intervallo=0,4-0,6mU/mg vs media=0,3mU/mg, intervallo=0,27-0,32mU/mg; p=0.002, n=6). Infine, abbiamo anche dimostrato che la quantità di ROS nelle SDS-MSC è superiore del 27% rispetto agli HD (n=5) e che il livello di perossidazione lipidica è il doppio rispetto ai controlli (p=0.002, n=6). Abbiamo quindi stimolato le MSC per 48h con 0.05% di dimetilsolfossido (DMSO), molecola che a basse concentrazioni agisce come antiossidante riducendo in particolare i livelli di perossidazione lipidica. Sorprendentemente, le SDS-MSC stimolate recuperano significativamente la capacità di formare strutture simil-capillari su Matrigel (n=7). In aggiunta, la reversione angiogenica delle SDS-MSC è accompagnata da un ripristino metabolico (n=6). Le SDS-MSC stimolate aumentano infatti il consumo di ossigeno e la sintesi di ATP in entrambe le vie mitocondriali, oltre che ripristinare l'attività del Complesso IV. Inoltre, il DMSO riporta il rapporto ATP/AMP e l’attività della LDH al livello dei controlli e riduce significativamente lo stress ossidativo delle SDS-MSC. Al fine di confermare che l’effetto del DMSO sia dovuto specificatamente alle sue proprietà antiossidanti, abbiamo trattato le SDS-MSC per 48h con NAC (n=5), noto antiossidante. Le SDS-MSC ripristinano il proprio difetto metabolico e recuperano il potenziale angiogenico in modo paragonabile al trattamento con il DMSO. In conclusione, abbiamo quindi dimostrato come l’alterato metabolismo potrebbe essere alla base del difetto angiogenico osservato nelle SDS-MSC. Inoltre, l’uso di antiossidanti è in grado di ripristinare il quadro metabolico e l’incapacità angiogenica delle SDS-MSC, aprendo così la strada a nuove strategie terapeutiche.