Microglia: Attori Chiave nella Salute e Malattia Retinica

Le microglia sono cellule immunitarie speciali che si trovano nel sistema nervoso centrale (CNS), che include il cervello e il midollo spinale. Queste cellule sono fondamentali per lo sviluppo e la salute dei neuroni e dei vasi sanguigni. Aiutano a mantenere connessioni normali tra le cellule nervose e garantiscono un ambiente equilibrato nel cervello. Hanno anche un ruolo chiave nella gestione delle risposte immunitarie all'interno del cervello. Tuttavia, quando si verificano malattie, le microglia possono contribuire alla progressione di varie malattie retiniche come la degenerazione maculare legata all'età, il glaucoma, la retinopatia diabetica e l'uveite.

#Microglia in salute e malattia

In condizioni normali, le microglia sono distribuite in tutto il Retina, specialmente in strati specifici. Monitorano costantemente i cambiamenti nell'ambiente circostante attraverso i loro prolungamenti. La loro presenza è importante per il funzionamento sano della retina, assicurandosi che le connessioni tra le cellule siano ben mantenute. Quando tutto funziona bene, le microglia mantengono i loro numeri stabili rinnovandosi lentamente. Tuttavia, in caso di malattia, il loro equilibrio consueto può essere disturbato, portando ad attivazione, movimento e aumento dei numeri delle microglia. Il recupero nella retina dopo un infortunio o una perturbazione coinvolge sia la moltiplicazione delle microglia esistenti che l'arrivo di nuove cellule immunitarie dall'esterno della retina.

Le ricerche hanno dimostrato che nei casi meno gravi, le microglia retiniche possono mantenere la loro popolazione attraverso divisione locale e movimento. Ma nei casi seri, dove c'è un danno significativo o un'infezione, entrano in campo cellule immunitarie aggiuntive dal flusso sanguigno per aiutare. Questa capacità di accettare nuove cellule suggerisce che sostituire le microglia danneggiate con nuove e sane potrebbe essere un'opzione di trattamento efficace. Studi su animali hanno dimostrato che prevenire l'attivazione eccessiva delle microglia può essere utile dopo infortuni retinici, sostenendo l'idea di sostituire microglia disfunzionali con quelle più sane.

#Differenze tra microglia umane e murine

La maggior parte della ricerca sulle microglia è stata condotta utilizzando modelli murini. Tuttavia, esistono differenze significative tra microglia di topo e umane in termini di genetica e funzione. Alcuni geni legati alla malattia di Alzheimer negli esseri umani non sono presenti nei topi. Inoltre, molti dei geni associati al rischio di Alzheimer mostrano meno del 70% di somiglianza tra umani e topi. I livelli di specifiche proteine e sostanze infiammatorie differiscono tra le due specie. A causa di queste differenze, i risultati degli studi sui topi potrebbero non applicarsi sempre direttamente agli esseri umani, il che evidenzia la necessità di più ricerche basate sugli umani.

#Microglia umane da cellule staminali

Per studiare meglio le microglia umane, i ricercatori hanno tentato di estrarre queste cellule dai tessuti umani. Tuttavia, sfide come la limitata disponibilità di campioni e i rapidi cambiamenti nelle microglia quando isolate hanno complicato questi sforzi. Un'alternativa che ha guadagnato popolarità è l'uso di cellule staminali pluripotenti indotte umane (iPSCs) per creare microglia in laboratorio. Questo metodo consente di generare molte cellule con background genetici noti. Queste microglia umane coltivate in laboratorio possono quindi essere utilizzate in vari studi, tra cui il Trapianto in modelli murini per osservare il loro comportamento e le loro funzioni.

In questa ricerca, è stato seguito un metodo per coltivare microglia derivate da iPSC. Il team ha analizzato quanto bene si sviluppassero studiando l'espressione genica e proteica. Hanno anche esaminato le loro risposte all'Infiammazione e la loro capacità di consumare detriti. Successivamente, hanno trapiantato queste microglia umane nelle retine di topi adulti per vedere se potessero integrarsi e funzionare correttamente.

#Caratterizzazione delle microglia umane derivate da iPSC

Per creare microglia umane, sono state utilizzate cinque diverse linee di iPSC. Il metodo per differenziare queste cellule si basava su protocolli esistenti utilizzati per le cellule microgliali murine. Il processo ha coinvolto diverse fasi, partendo dalla formazione di corpi embrionali, seguita dalla generazione di cellule progenitrici mieloidi e infine dalla maturazione delle microglia. Le microglia risultanti hanno mostrato un'alta espressione di marcatori microgliali specifici, confermando che si erano sviluppate correttamente.

Il profilo di espressione genica è stato confrontato tra le microglia appena formate e le cellule progenitrici mieloidi. L'analisi ha mostrato aumenti significativi nell'espressione di geni specifici per le microglia, insieme a geni coinvolti nell'infiammazione e nelle risposte immunitarie. Questo indicava che le microglia differenziate erano funzionali e mostravano comportamenti simili a quelle trovate nelle microglia native.

#Risposte infiammatorie e funzione fagocitica

Le microglia svolgono ruoli cruciali nell'infiammazione e nel processo di fagocitosi. Per valutare queste funzioni, le microglia derivate da hiPSC sono state testate in laboratorio con lipopolisaccaridi (LPS), che innescano infiammazione. Dopo l'esposizione all'LPS, i ricercatori hanno osservato aumenti sostanziali nei marcatori infiammatori come IL6, IL1β e TNFα, confermando che le microglia derivate da iPSC umane possono rispondere in modo efficace agli stimoli infiammatori.

Il team ha anche valutato la capacità fagocitica di queste microglia introducendo varie particelle, come E. coli e segmenti esterni dei fotorecettori. Le microglia hanno dimostrato di avere la capacità di fagocitare rapidamente queste particelle, mostrando cambiamenti nella loro struttura mentre internalizzavano i materiali.

#Trapianto di microglia nei topi

Per testare se queste microglia derivate da iPSC umane potessero funzionare in un organismo vivente, sono state trapiantate nelle retine di topi appositamente allevati privi delle proprie microglia. Prima del trapianto, le microglia retiniche native nei topi erano state significativamente ridotte utilizzando un inibitore del CSF1R. Le microglia umane sono state iniettate nello spazio appena sotto la retina.

I risultati hanno mostrato che le microglia umane trapiantate si sono integrate bene nella retina del topo e sembravano assumere la forma e l'organizzazione tipiche delle microglia native. Sono rimaste nella retina per un lungo periodo, indicando un'integrazione riuscita e la capacità di rispondere ai segnali locali.

Inoltre, le microglia trapiantate non hanno causato reazioni dannose nei topi ospiti. Hanno mostrato una distribuzione e una morfologia normali, suggerendo che potrebbero coesistere con le microglia murine native e rispondere all'infortunio in modo simile.

#Risposta all'infortunio

Per valutare gli effetti a lungo termine e la funzionalità delle microglia umane trapiantate, i ricercatori hanno indotto un danno all'epitelio pigmentato retinico (RPE) nei topi. Dopo questo infortunio, le microglia umane sono migrate dalla retina nelle aree danneggiate, proprio come avrebbero fatto le microglia native. Alcune di queste cellule si sono proliferate, indicando che potevano rispondere dinamicamente agli infortuni nell'ambiente retinico.

Le microglia umane trapiantate sono state osservate mentre internalizzavano detriti di fotorecettori dopo il danno all'RPE, dimostrando ulteriormente la loro somiglianza funzionale con le microglia retiniche native. Questa capacità di migrazione e fagocitosi è cruciale per mantenere la salute nella retina, specialmente durante un infortunio.

#Conclusione

Le microglia sono guardiane essenziali del sistema nervoso centrale, contribuendo sia alla sua manutenzione che alla risposta agli infortuni. La ricerca che sfrutta le microglia derivate da iPSC umane ha mostrato risultati promettenti nella comprensione di queste cellule e del loro potenziale per la medicina rigenerativa. La capacità di generare queste cellule in laboratorio offre un'opportunità entusiasmante per sviluppare nuovi trattamenti per le malattie retiniche, dove i metodi tradizionali hanno fallito.

Mentre i ricercatori continuano a esplorare i ruoli e le funzioni delle microglia umane, specialmente nel contesto della malattia, diventa sempre più chiaro che queste cellule detengono la chiave per comprendere e potenzialmente mitigare una serie di disturbi del sistema nervoso centrale. I progressi nell'uso delle microglia derivate da iPSC aprono la strada a terapie innovative che possono aiutare a ripristinare la salute e la funzionalità nella retina e oltre.