Caratterizzazione e Valutazione dell’Attività Biologica delle Vescicole Extracellulari Derivate da Cellule Staminali Pluripotenti Indotte

Abstract

L’osteoartrite (OA) è una patologia articolare degenerativa comune, caratterizzata dalla progressiva distruzione della cartilagine e da infiammazione cronica, con conseguente dolore e disabilità. Le terapie attuali sono principalmente palliative e non modificano il decorso della malattia, rendendo urgente lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche. Le terapie basate su cellule staminali hanno mostrato potenziale rigenerativo, ma presentano rischi come immunogenicità e tumorigenesi. Questo studio analizza il potenziale rigenerativo delle piccole vescicole extracellulari (sEVs) derivate da due fonti iPSC-based: cellule stromali mesenchimali (iMSC) e condrociti (iCHO). Le sEVs sono state isolate da colture in condizioni prive di siero tramite ultracentrifugazione differenziale. La caratterizzazione ha incluso saggio BCA e analisi NTA, confermando una dimensione compresa tra 50–150 nm. Western blot e citofluorimetria hanno evidenziato i marcatori esosomiali CD9, CD63, CD81, flotillina e sintenina. In un modello in vitro 2D di OA, ottenuto stimolando condrociti umani con IL-1α, entrambe le sEVs hanno ridotto l’espressione di IL-6, IL-8 e COX-2, con effetto più marcato per le sEVs da iCHO. L’immunofluorescenza ha mostrato una ridotta traslocazione nucleare di NF-κB p65, indicando un’inibizione dell’infiammazione. Questi dati supportano l’uso delle sEVs da iPSC, in particolare da iCHO, come potenziale terapia cell-free, scalabile e sostenibile per l’OA. Studi futuri indagheranno il ruolo dei miRNA contenuti nelle sEVs per migliorarne l’efficacia terapeutica.

Osteoarthritis (OA) is a common degenerative joint disease characterized by cartilage breakdown and chronic inflammation, leading to pain and disability. Current treatments are mainly palliative and do not modify disease progression, highlighting the need for innovative therapies. Stem cell-based approaches have shown potential but face limitations such as immunogenicity and tumorigenic risks. This study investigates the regenerative potential of small extracellular vesicles (sEVs) derived from two induced pluripotent stem cell (iPSC)-based sources: mesenchymal stromal cells (iMSCs) and chondrocytes (iCHOs). sEVs were isolated from serum-free conditioned media using differential ultracentrifugation, ensuring high purity. Characterization was performed using BCA assay for protein quantification and Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) for concentration and size profiling, confirming sEV sizes of 50–150 nm. Western blotting and flow cytometry verified the presence of exosomal markers (CD9, CD63, CD81, flotillin, syntenin), confirming vesicle identity and integrity. To test functionality, a 2D in vitro OA model was developed by stimulating primary human chondrocytes with IL-1α. sEVs from both iMSCs and iCHOs reduced expression of inflammatory markers (IL-6, IL-8, COX-2), with iCHO-derived sEVs showing superior effects. Immunofluorescence confirmed reduced NF-κB p65 nuclear translocation in sEV-treated cells, indicating effective inhibition of inflammation. These findings suggest that iPSC-derived sEVs, particularly from iCHOs, hold promise as cell-free, scalable, and ethically sustainable therapeutic tools for OA and related inflammatory conditions. Future research will focus on identifying specific miRNAs within sEVs responsible for their therapeutic effects.