Biologia

Vescicole extracellulari: i messaggeri nascosti della comunicazione cellulare

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By Clelia Manna

Revisionato dal Medical Board

Questo articolo esplora la natura delle vescicole extracellulari, considerate oggi tra i messaggeri nascosti più efficienti nella comunicazione intercellulare. L’articolo offre uno sguardo su un argomento sempre più emergente nella comunità scientifica italiana ed estera. 

Indice

Introduzione

Le vescicole extracellulari sono strutture membranose che si distaccano dalle cellule, fondamentali per la comunicazione tra le stesse. Ad oggi, le vescicole extracellulari sono sempre più studiate: recenti studi le hanno identificate come uno dei meccanismi attraverso cui la comunicazione tra cellule può avvenire anche a grandi distanze, senza necessità di un contatto fisico. Inoltre, questo tipo di comunicazione può avvenire anche tra tipi cellulari estremamente diversi, come cellule batteriche e cellule umane, fornendo per la prima volta una possibile spiegazione ad alcuni fenomeni finora poco chiari, come il famoso asse intestino-cervello. Infine, studi degli ultimi anni le ritengono responsabili per la modulazione del microambiente tumorale. 
Riconoscerne l’importanza, studiarle e persino comprendere come sfruttarle al meglio rappresentano un innovativo approccio nella ricerca scientifica.

La struttura ed il contenuto delle vescicole extracellulari ne spiegano la funzione

Esistono diverse tipologie di vescicole extracellulari, che possono essere distinte in base alla loro origine e alle loro caratteristiche. Infatti, quasi tutti i tipi di cellule sono in grado di produrre queste vescicole, dai batteri del microbiota ai batteri patogeni, dalle cellule del nostro organismo alle cellule tumorali. Le loro dimensioni variano dalle poche decine di nanometri delle vescicole extracellulari batteriche alle centinaia di nanometri di alcune cellule eucariotiche. Ad accomunarle è una struttura di base: una membrana esterna che racchiude diverse macromolecole dall’importante significato biologico, come proteine, DNA ed RNA. E’ proprio la loro struttura a determinare la funzione: all’esterno della membrana sono presenti delle molecole in grado di indirizzare le vescicole verso una specifica cellula destinataria, mentre le macromolecole agiscono da messaggeri influenzando la produzione di altre molecole o modificando l’espressione genica. 

Asse intestino-cervello: una nuova possibile spiegazione

Un recente studio dell’Università di Ghent ha messo in correlazione il microbiota intestinale e la malattia neurodegenerativa dell’Alzheimer. Da tempo è nota l’esistenza dell’asse intestino-cervello, ovvero una comunicazione tra il tratto gastro-intestinale ed il sistema nervoso centrale. Tuttavia, molti dei meccanismi attraverso i quali avviene questa comunicazione sono stati per lungo tempo ignoti. Oggi, si ritiene che le vescicole extracellulari prodotte dal microbiota intestinale siano coinvolte in questa comunicazione. Nello studio, sono stati confrontati topi predisposti geneticamente allo sviluppo dell’Alzheimer in presenza o in assenza dei batteri del microbiota intestinale. E’ stato così scoperto che i topi sprovvisti del microbiota intestinale presentavano una diminuzione delle placche amiloidi tipiche della malattia, oltre che una maggiore efficienza della microglia ed un mantenimento dell’integrità delle sinapsi neuronali. Tuttavia, se sottoposti alle vescicole cellulari batteriche isolate dal microbiota intestinali, le condizioni ritornano pari ai soggetti presentanti il microbiota. 

Questi dati suggeriscono che le vescicole batteriche prodotte dal microbiota possano raggiungere il sistema nervoso centrale e contribuire alla modulazione della risposta immunitaria. Il risvolto clinico è potenzialmente molto interessante: comprendere e modulare la produzione di queste vescicole potrebbe, in futuro, contribuire a strategie volte a ridurre la neuroinfiammazione e la progressione della malattia di Alzheimer. 

Le vescicole extracellulari influenzano l’ambiente intorno al tumore e ne determinano la risposta ai farmaci

Il microambiente tumorale è una complessa rete biologica composta da cellule tumorali e diverse altre cellule, tra cui cellule immunitarie. Durante le prime fasi di formazione del tumore, il microambiente tumorale ha un ruolo di protezione contro il tumore stesso. Tuttavia, negli stadi successivi, il microambiente circostante collabora alla progressione tumorale. Questa riprogrammazione funzionale può essere favorita e modulata dalle vescicole extracellulari prodotte dalle cellule tumorali: esse sono in grado di favorire la metastatizzazione e la vascolarizzazione del tumore, rendendolo più aggressivo e difficile da trattare, e allo stesso tempo indeboliscono la risposta immunitaria dell’organismo. Inoltre, le vescicole extracellulari sono spesso coinvolte nei meccanismi di resistenza ai farmaci somministrati (chemio- o immunoterapia), favorendone l’espulsione direttamente o attraverso meccanismi indiretti.

Non solo un nemico: applicazioni biotecnologiche delle vescicole extracellulari

Sono molti gli articoli scientifici che illustrano i possibili usi delle vescicole extracellulari e i vantaggi che possiamo trarne. 

In primis, essendo dei meccanismi di trasporto, esse possono essere utilizzate come vettori per consegnare molecole terapeutiche a specifiche cellule bersaglio, irraggiungibili con meccanismi tradizionali (si pensi alla barriera emato-cefalica). Ad esempio, al loro interno possono essere caricati RNA interferenti per silenziare geni, molecole anti-tumorali o antibiotici. 

Le OMVs (Outer Membrane Vesicles), una particolare tipologia di vescicole extracellulari batteriche, sono state utilizzate con successo come vaccini contro il batterio dal quale sono state purificate: esse presentano alcune delle caratteristiche antigeniche del batterio di origine, senza essere in grado di causare un’infezione. Similmente, alcune vescicole extracellulari tumorali possono essere utilizzate come vaccini antitumorali.

Grazie alla loro capacità di stimolare la risposta immunitaria, le vescicole extracellulari rappresentano interessanti candidate per essere utilizzate come coadiuvanti immunologici e nell’immunoterapia del cancro, specialmente in forme ingegnerizzate.

Inoltre, vescicole extracellulari secrete da cellule mesenchimali sono state utilizzate per indurre la rigenerazione cellulare e limitare danni da patologie pregresse, quali ischemie, infarti o insufficienza renale acuta.

Infine, le vescicole extracellulari sono ampiamente utilizzate nella diagnostica come biomarcatori: esse vengono isolate da campioni ottenuti mediante biopsie liquide minimamente invasive ed analizzando il loro contenuto è possibile ottenere diagnosi precoci, monitorare la progressione di malattie neurodegenerative o l’andamento di alcuni trattamenti farmacologici.

Conclusioni

In conclusione, le vescicole extracellulari sono state per lungo tempo poco considerate, perché valutate poco importanti o per difficoltà pratiche nella loro analisi. Tuttavia, le conoscenze ottenute fino ad oggi sono sorprendenti: sappiamo che sono un sofisticato mezzo di comunicazione tra le cellule, anche molto distanti tra loro e appartenenti a regni diversi. Sebbene tante scoperte siano relative alla loro pericolosità, moltissime sono le possibili applicazioni biotecnologiche, in ricerca ed in clinica.
Se molto è cambiato negli ultimi anni, è probabile che altrettanto interessanti saranno le scoperte future: la ricerca continuerà a fornire nuovi strumenti per comprendere e sfruttare queste straordinarie strutture, con l’obiettivo di migliorare la salute e la qualità della vita.

Domande frequenti

Cosa sono le vescicole extracellulari?
Sono piccole strutture delimitate da una membrana, rilasciate dalle cellule, che possono trasportare molecole biologicamente attive e contribuire alla comunicazione tra cellule.

Che cosa trasportano le vescicole extracellulari?
Possono contenere diverse biomolecole, tra cui proteine, lipidi, DNA e RNA. Il loro contenuto può variare in funzione della cellula di origine e delle condizioni ambientali.

Le vescicole extracellulari sono presenti anche nei batteri?
 Sì. I batteri possono produrre diverse tipologie di vescicole extracellulari. Nei batteri Gram-negativi, tra le più studiate ci sono le OMV, o Outer Membrane Vesicles.

Le vescicole extracellulari sono sempre dannose?
No. Possono contribuire a processi patologici, ma svolgono anche funzioni fisiologiche e possono essere sfruttate per applicazioni terapeutiche, vaccinali e diagnostiche.

Fonti

Crediti fotografici

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