Effetti di un trattamento in-vitro con vescicole extracellulari da cellule staminali mesenchimali su astrociti isolati dal midollo spinale di topi SOD1G93A modello di sclerosi laterale amiotrofica

Abstract

La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una patologia neurodegenerativa fatale che interessa la degenerazione e morte dei motoneuroni (MN), per la quale ad oggi non esistono cure efficaci. La SLA è anche definita come una patologia multi-cellulare, in quanto le cellule gliali circonstanti ai motoneuroni degenerano contribuendo a peggiorare il quadro patologico. In questo contesto, gli astrociti acquisiscono un fenotipo reattivo e rilasciano fattori tossici nei confronti dei motoneuroni. Tra i diversi approcci terapeutici proposti per la SLA destano sicuramente interesse le cellule staminali mesenchimali (MSC). In questo ambito, precedenti studi in-vivo pubblicati dal gruppo di ricerca con il quale ho svolto la mia tesi hanno dimostrato come la somministrazione di MSC in topi SOD1G93A modello di SLA , migliora l’aspettativa di sopravvivenza ed altri parametri patologici. Gli effetti benefici delle MSC molto probabilmente sono legati al rilascio di fattori paracrini dalle MSC. Tra questi fattori rilasciati sono sicuramente da annoverare le vescicole extracellulari (EVs). Nella mia tesi descrivo lo studio degli effetti delle EVs, isolate da MSC nel modulare il fenotipo reattivo e la neurotossicità di astrociti isolati dal midollo spinale di topi SLA SOD1G93A. Nel lavoro si dimostra come l’esposizione ad EVs derivate da MSC riduca l’over espressione di diversi marker di attivazione astrocitaria quali vimentina, GFAP, ed S100β. Il trattamento con EVs è stato in grado di ridurre anche l’espressione ed il conseguente rilascio di fattori neuro-infiammatori quali TNF-α, IL-1β, IL-6 e CCL2. Inoltre, l’esposizione degli astrociti SOD1G93A ad EVs derivate da MSC ha ridotto la loro tossicità nei confronti di motoneuroni spinali in co-coltura. Complessivamente i risultati raccolti dimostrano come le EVs derivate da MSC rappresentino una promettente strategia terapeutica in sostituzione al trapianto diretto delle MSC, per il trattamento della SLA.

Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal neurodegenerative disease, with no effective cure, involving the degeneration and death of motoneurons (MN). ALS is also defined as a multi-cellular pathology, as the glial cells surrounding MNs also degenerate, contributing to worsening the pathological scenario. In this context, astrocytes acquire a reactive phenotype and release toxic factors towards motoneurons. Among the different therapeutic approaches proposed for ALS, mesenchymal stem cells (MSCs) are certainly of interest. In this context, previous in-vivo studies of our research group have shown that the administration of MSC improves survival expectancy and other pathological parameters, in the SOD1G93A mouse model of ALS. The beneficial effects of MSCs are most likely related to the release of paracrine factors from MSCs including extracellular vesicles (EVs). In my thesis I describe the study of the effects of EVs, isolated from mouse MSC, in modulating the reactive phenotype and neurotoxicity of astrocytes isolated from the spinal cord of the SOD1G93A mouse model of ALS. The work demonstrates that the exposure to MSC-derived EVs reduces the over expression of different astrocytic activation markers such as vimentin, GFAP, and S100β. Treatment with EVs was also able to reduce the expression and consequent release of neuro-inflammatory factors such as TNF-α, IL-1β, IL-6 and CCL2. Furthermore, the exposure of SOD1G93A astrocytes to MSC-derived EVs reduced their toxicity towards co-cultured spinal motor neurons. Overall, the collected results demonstrate that MSC-derived EVs represent a promising therapeutic strategy to overcome the direct MSC transplantation, for the treatment of ALS.