Matrice extracellulare, una nuova frontiera nella medicina
Questa sostanza è coinvolta in una vasta gamma di processi biologici - dall'accrescimento dei tessuti alla complessità delle malattie - e agisce come una fondamentale piattaforma di comunicazione e sostegno strutturale per le cellule. Approfondirne la conoscenza è dunque fondamentale per sviluppare nuove terapie, specie nel campo delle malattie rare, grazie alle innovazioni delle nanotecnologie. Ne abbiamo parlato con Giuseppe Gigli, direttore dell’Istituto di nanotecnologia del Cnr
La matrice extracellulare agisce come il direttore d'orchestra invisibile della biologia, coordinando una sinfonia di processi che spaziano dalla crescita dei tessuti alle dinamiche delle malattie. Questo sistema avvolge e sostiene le cellule, fornendo loro un sostegno strutturale essenziale e costituisce anche una piattaforma per la comunicazione biochimica che regola la loro funzionalità. Approfondire la conoscenza di questo sistema apre la strada a nuove opportunità terapeutiche per le malattie rare, come evidenzia Giuseppe Gigli, direttore dell’Istituto di nanotecnologia (Nanotec) del Cnr: “La matrice extracellulare rappresenta un intricato sistema organizzativo dei tessuti, che riveste un ruolo fondamentale negli organismi viventi. È un complesso ambiente tridimensionale che circonda le cellule e svolge un compito cruciale nel mantenere la loro integrità strutturale e funzionale. Analizzandola a livello biochimico, emerge una vasta gamma di proteine e polisaccaridi, che si uniscono per formare un reticolo intricato e strettamente connesso alle cellule. Questa struttura non è semplicemente un insieme di componenti, ma piuttosto il fondamento su cui si basano le molteplici funzioni vitali delle cellule. Le sue funzioni sono diversificate e vanno oltre le operazioni di base delle cellule; le sue macromolecole influenzano una vasta gamma di fenomeni biologici, dalla normale morfogenesi ai processi fisiopatologici come la guarigione delle ferite e le condizioni tumorali. Questa complessa rete si estende anche ai tessuti connettivi, dove gioca un ruolo cruciale nel determinare le caratteristiche strutturali e funzionali degli organi. Anche nel sistema nervoso periferico ha un ruolo fondamentale nel determinare le proprietà fisiche del tessuto e nel conferire stabilità e supporto meccanico alle cellule, ma al tempo stesso influenza molti processi biologici essenziali come l’adesione e la migrazione cellulare, la morfogenesi tissutale, la risposta infiammatoria”. Parte integrante della matrice extracellulare sono regioni specializzate come le lamine basali, essenziali per la rigenerazione dei tessuti danneggiati. “Le lamine basali mantengono l'integrità strutturale della matrice extracellulare circostante, facilitando la migrazione delle cellule durante il processo di guarigione. Inoltre partecipano alla differenziazione cellulare, regolando la permeabilità dei tessuti e favorendo la comunicazione tra le cellule e l'ambiente extracellulare”, spiega il direttore del Cnr-Nanotec.
La presenza di difetti nei componenti della matrice extracellulare, come le lamine basali, è spesso associata a diverse malattie rare. Questa correlazione evidenzia l'importanza di approfondire lo studio e la comprensione di questa struttura, poiché ciò potrebbe aprire la strada a nuovi approcci nella gestione terapeutica di tali patologie. Esempio emblematico di queste malattie è la polineuropatia infiammatoria demielinizzante cronica (Cidp), oggetto di studi da parte di Cnr Nanotec e dell'Ospedale San Raffaele di Milano. “La Cidp è una condizione immuno-mediata che coinvolge il sistema nervoso periferico, manifestandosi con sintomi quali debolezza muscolare e alterazioni della sensibilità. Questi sintomi possono manifestarsi in modo progressivo o a scatti, rendendo la diagnosi e la gestione della malattia una sfida per i medici. L'incidenza della Cidp è bassa, con circa 3 casi ogni 100.000 persone, è quindi una malattia rara, ma significativa per coloro che ne sono affetti”, chiarisce Gigli. “Un trattamento precoce è spesso cruciale per prevenire danni permanenti e favorire il recupero, tuttavia, il 20% dei pazienti non risponde alle terapie convenzionali”. Questa comprensione approfondita delle interazioni tra matrice extracellulare, lamine basali e malattie come la Cidp è fondamentale per sviluppare nuove terapie e migliorare la qualità di vita dei pazienti. “La causa della Cidp è sconosciuta, ma si pensa che una predisposizione genetica possa essere peggiorata da particolari fattori ambientali che esercitano uno stress sulla matrice extracellulare. Studi hanno mostrato che la mancanza di una specifica proteina nelle cellule di Schwann, il distroglicano, può portare a danni alla guaina mielinica e a infiammazione. Tuttavia, la comprensione dei meccanismi che regolano l'infiammazione e la rigenerazione nei nervi periferici umani rimane limitata”, continua l’esperto.
Speranze arrivano però dalle nanotecnologie, un settore innovativo che potrebbe rivoluzionare la medicina. “L'uso di nanovettori, minuscole capsule progettate per recapitare farmaci direttamente alle cellule nervose danneggiate, rappresenta una delle frontiere più promettenti per il trattamento della Cidp. Questi nanovettori offrono numerosi vantaggi: possono raggiungere concentrazioni più elevate di farmaco nei siti danneggiati, aumentando l'efficacia del trattamento e riducendo gli effetti collaterali; proteggono il farmaco dalla degradazione, garantendo un rilascio controllato nel tempo e possono essere progettati per raggiungere specificamente le cellule bersaglio, riducendo l'esposizione di altri organi e tessuti al farmaco e migliorando la tollerabilità del trattamento”, conclude Gigli. “Le nanotecnologie non si limitano ai trattamenti: possono anche essere utilizzate per sviluppare nuovi biomarcatori per la Cidp, ossia molecole o caratteristiche misurabili che facilitano la diagnosi, la prognosi e il monitoraggio della malattia. Ad esempio, potrebbero essere impiegate per creare un test di screening basato sulla rilevazione di specifiche proteine nel sangue, il cui aumento potrebbe indicare lo sviluppo della patologia, offrendo un metodo rapido ed efficace per diagnosticarla precocemente. Grazie a sensori ad alta sensibilità e specificità, le nanotecnologie potrebbero inoltre individuare biomarcatori più precisi e tempestivi, migliorando la gestione della Cidp e la selezione delle terapie più appropriate”. Le nanotecnologie stanno dunque emergendo come una promettente frontiera nella lotta contro le malattie rare e la loro integrazione nella ricerca sulla matrice extracellulare è un passo avanti cruciale, ma quello verso soluzioni definitive per le malattie rare è un cammino ancora lungo, che richiede perciò un impegno continuo da parte delle istituzioni, delle aziende farmaceutiche e della comunità scientifica.
Fonte: Giuseppe Gigli, Istituto di nanotecnologia, giuseppe.gigli@cnr.it