INFIAMMAZIONI CRONICHE MESSA A PUNTO TERAPIA CON STIMOLAZIONE ULTRASONICA

Intervista a Francesco Iacoponi, dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, primo autore dello studio pubblicato sulla rivista APL Bioengineering

Grazie a una nuova terapia basata sulla stimolazione ultrasonica, è possibile contrastare con più efficacia patologie in cui l’infiammazione cronica riveste un ruolo rilevante.

Per provocare una risposta immunitaria nell’organismo a seguito di un’infiammazione, i primi a intervenire sono i macrofagi, le cellule del sistema immunitario che danno origine a segnali infiammatori alla base della risposta immunitaria.

Il gruppo di ricerca ha indagato i bioeffetti di una terapia non invasiva e molto sicura, costi-tuita da ultrasuoni pulsati a bassa intensità, capendo quali potessero essere i migliori pa-rametri in grado di abbassare il più possibile l’infiammazione indotta su macrofagi.

Come avviene il processo di infiammazione dei macrofagi umani e quali sono le ri-percussioni su chi ne viene colpito?

Tra tutte le cellule immunitarie coinvolte nel processo infiammatorio, i macrofagi rappre-sentano la prima linea di difesa contro le infezioni. Si trovano in tutti i tessuti del corpo e derivano da cellule precursori, chiamate monociti. In risposta a stimoli fisici o chimici, si at-tivano, si concentrano nel sito di interesse e maturano, divenendo così macrofagi dotati di attività fagocitaria a tutti gli effetti. Il controllo del livello infiammatorio rappresenta ancora oggi una criticità nella gestione di diverse malattie, come le patologie cardiovascolari, il cancro, il diabete mellito e l’osteoartrosi. Attualmente, in ambito clinico, farmaci antinfiammatori e corticosteroidi sono comunemente somministrati per ridurre l’infiammazione, ma sono spesso lontani dall’essere soddisfacenti e scatenano svariati effetti collaterali come insufficienza renale, aumento del rischio cardiovascolare e possibili infezioni secondarie.

Come agisce la nuova terapia descritta dallo studio realizzato dall’istituto di BioRo-botica della Scuola Sant’Anna?

In questo studio abbiamo esplorato una nuova terapia completamente non invasiva che si basa su un particolare regime di ultrasuoni, chiamato ultrasuono pulsato a bassa intensità. Gli ultrasuoni sono onde meccaniche, ampiamente utilizzate in ambito diagnostico, ma che possono anche indurre effetti benefici su cellule e tessuti, tra cui la guarigione di fratture ossee e la rigenerazione di tessuti molli, come cartilagine, muscoli, tendini e legamenti. Purtroppo, però, l’efficacia di queste terapie non è ancora del tutto consolidata e la conoscenza dei meccanismi alla base non è al momento ancora completamente nota. Nel nostro lavoro abbiamo esplorato e selezionato per la prima volta i parametri ottimali della stimolazione ultrasonica per ridurre il livello infiammatorio dei macrofagi, individuando inol-tre due canali di membrana meccano-responsivi che vengono coinvolti nella modulazione del rilascio di citochine da parte della cellula.

La stimolazione ultrasonica può presentare effetti collaterali? Quali sono i vantaggi terapeutici di questo trattamento rispetto alle cure impiegate finora?

La stimolazione ultrasonica pulsata a bassa intensità è una terapia totalmente non invasiva e non presenta effetti collaterali, al contrario delle terapie farmacologiche. Inoltre, se la dose è opportunamente ben controllata, l’ultrasuono è capace di raggiungere il target da trattare con elevata precisione, anche in profondità. Oltretutto, il regime pulsato e a bassa intensità impiegato nello studio, proprio per queste caratteristiche, è noto anche per la sua elevata sicurezza in quanto non induce effetti termici apprezzabili nella zona sottoposta a trattamento.

Da chi è composto il team di ricerca?

Il team di ricerca che ha pubblicato il lavoro è composto, oltre che dal sottoscritto, da Andrea Cafarelli, ricercatore di tipo A; Francesco Fontana, assegnista di ricerca presso l’Università di Bologna; Tiziano Pratellesi e Erik Dumont, rispettivamente dell’azienda ita-liana BAC Technology e dell’azienda francese Image Guided Therapy, che ci hanno fornito parte delle strumentazioni elettroniche per la piattaforma di stimolazione a ultrasuoni; Ivana Barravecchia, assegnista di ricerca; Debora Angeloni e Leo-

La stimolazione ultrasonica pulsata a bassa intensità è una terapia totalmente non invasiva e non presenta effetti collaterali, al contrario delle terapie farmacologiche. Inoltre, se la dose è opportunamente ben controllata, l’ultrasuono è capace di raggiungere il target da trattare con elevata precisione, anche in profondità.

Chi

Francesco Iacoponi è uno studente di dottorato al primo anno presso l’Istituto di BioRobo-tica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. Ha conseguito la laurea triennale e magi-strale in Ingegneria Biomedica presso l’Università di Pisa. Le sue attuali attività di ricerca riguardano la progettazione e la caratterizzazione di sistemi per la stimolazione biofisica in vitro e in vivo e l’esplorazione sistematica dei relativi effetti biologici dovuti all’interazione tra gli stimoli e il bersaglio biologico. È autore e co-autore di due pubblicazioni su giornali indicizzati. nardo Ricotti, professori associati dell’Istituto di BioRobotica.

Ci spiega di cosa si occupa il progetto ADMAIORA?

Il progetto ADMAIORA (ADvanced nanocomposite MAterIals fOr in situ treatment and ul-tRAsound-mediated management of osteoarthritis), finanziato all’interno del programma Horizon 2020 EU e coordinato dalla Scuola Superiore Sant’Anna, mira, a lungo termine, a migliorare la qualità della vita delle persone affette da osteoartrosi, tentando di rallentare il processo di degenerazione della malattia, posticipando o addirittura, se possibile, evitando interventi chirurgici per la sostituzione totale dell’articolazione. Il paradigma consiste nell’esplorazione di idrogeli nanocompositi in cui vengono incapsula-te cellule staminali da tessuto adiposo, che vengono iniettate nel sito di interesse dell’articolazione attraverso un sofisticato dispositivo artroscopico; in seguito, con stimoli fisici esterni (basati su ultrasuoni pulsati a bassa intensità), le staminali differenzieranno in condrociti maturi con lo scopo di rigenerare il difetto creato dalla degenerazione della carti-lagine a causa dell’osteoartrosi. Attualmente il progetto è in fase di sperimentazione preclinica su animale.