Davide Raineri, Hugo Abreu, Beatrice Vilardo, Natasa Kustrimovic, Chiara Venegoni, Giuseppe Cappellano, and Annalisa Chiocchetti. Deep Flow Cytometry Unveils Distinct Immune Cell Subsets in Inducible T Cell Co-Stimulator Ligand (ICOSL)- and ICOS-Knockout Mice during Experimental Autoimmune Encephalomyelitis
Int J Mol Sci. 2024 Mar; 25(5): 2509. doi: doi.org/10.3390/ijms25052509
In questo articolo è stato studiato il ruolo del sistema ICOS/ICOSL nell’ encefalomielite autoimmune sperimentale (EAS) che è il modello animale della sclerosi multipla. I ricercatori hanno utilizzato dei topi deficienti per le molecole ICOS o ICOSL che svolgono un ruolo chiave nella regolazione della risposta immunitaria, per studiare il loro impatto sulla progressione dell’EAS. Entrambi i topi deficienti hanno sviluppato una malattia più grave e hanno mostrato un’ alterata risposta immunitaria nei linfociti della memoria ed in quelli regolatori rispetto ai topi normali, che possedevano entrambe le molecole. Inoltre, nei topi deficienti per ICOSL sono emerse nuove alterazioni in alcune popolazioni del sistema immunitario, suggerendo che altri molecole possono essere coinvolte nel sistema ICOS/ICOSL e cosi influenzare il decorso della malattia. Questi risultati promettenti pongono anche le basi per studiare ruolo di ICOS/ICOSL in altre malattie autoimmuni.
Stolfi F, Abreu H, Sinella R, Nembrini S, Centonze S, Landra V, Brasso C, Cappellano G, Rocca P and Chiocchetti A Omics approaches open new horizons in major depressive disorder: from biomarkers to precision medicine. Front. Psychiatry 15:1422939. doi: doi.org/10.3389/fpsyt.2024.1422939
Il disturbo depressivo maggiore (DDM) è un disturbo dell’umore episodico ricorrente che rappresenta la terza causa principale di disabilità a livello mondiale. Diversi fattori possono contribuire simultaneamente al suo sviluppo, complicandone cosi la diagnosi. Gli antidepressivi rappresentano il trattamento di prima linea per gli episodi depressivi maggiori da moderati a gravi. Tuttavia, non sempre i pazienti rispondono a questi farmaci e alcuni sviluppano una forma di “depressione resistente alla terapia”. Ciò è legato al fatto che esiste un ‘elevata variabilità biologica/genetica e clinica tra i pazienti. Inoltre, ad oggi non ci sono biomarcatori specifici per la diagnosi del DDM e non sono stati identificati dei bersagli terapeutici specifici, contribuendo in tal modo agli alti tassi di insuccesso delle diverse terapie. In questo contesto, la medicina di precisione o personalizzata può rappresentare un importante aiuto per il medico nell’ assegnare il trattamento più adeguato ed efficace per ogni paziente riducendone al contempo gli effetti collaterali, basandosi sullo studio delle caratteristiche (biologiche e genetiche) individuali dei pazienti e della loro interazione con i fattori ambientali (stress, fumo, dieta etc) che concorrono nello sviluppo del DDM. Questo è reso possibile oggi grazie allo sviluppo delle scienze omiche che sono discipline scientifiche che studiano vari livelli di informazioni biologiche in modo integrato. Queste scienze possono rivelare le complesse interazioni tra predisposizioni genetiche ed esposizione a fattori ambientali attraverso lo studio nelle nostre cellule di tutti i trascritti (trascrittomica), delle proteine (proteomica) e cosi via per poter identificare un profilo unico molecolare di ciascun paziente con DDM e capire così quale sarà il suo farmaco giusto.
Mazzucca CB, Scotti L, Raineri D, Cappellano G, Chiocchetti A. Design and Validation of MEDOC, a Tool to Assess the Combined Adherence to Mediterranean and Western Dietary Patterns. Nutrients. 2024; 16(11):1745. doi.org/10.3390/nu16111745
La dieta mediterranea e quella occidentale rappresentano i due modelli alimentari estremamente differenti sia per i tipi di alimenti che per le abitudini alimentari e gli effetti sulla salute. Esistono diversi strumenti epidemiologici per stimare l’adesione alla dieta mediterranea, ma mancano quelli che valutano l’adesione ad entrambe. In questo studio è stato sviluppato e validato lo strumento “MEDOC” che è un questionario di frequenza alimentare progettato per calcolare un punteggio combinato di adesione a entrambe le diete.
Barbero Mazzucca C, Scotti L, Comi C, Vecchio D, Chiocchetti A, Cappellano G. The Role of Diet in Multiple Sclerosis Onset: A Prospective Study Using UK Biobank. Nutrients. 2024; 16(11):1746. doi.org/10.3390/nu16111746
La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune debilitante che colpisce principalmente i giovani ed il suo aumento è evidente a livello globale. Sia i fattori genetici che quelli ambientali (tra cui l’alimentazione) contribuiscono alla suscettibilità di sviluppare la SM. Tuttavia, il legame tra la dieta e SM manca di evidenze solide, perché basato su risultati derivati da pochi studi su larga scala. In questo lavoro, i ricercatori hanno analizzati i dati raccolti dalla UK Biobank che è una vasta risorsa di ricerca che contiene dati sanitari dettagliati di oltre 500.000 partecipanti nel Regno Unito. Questa biobanca è un’importante risorsa per esplorare il nesso tra dieta, stile di vita e rischio di sviluppare diverse malattie, inclusa la SM. In questo studio, i ricercatori hanno confrontato le abitudini alimentari e gli stili di vita dei casi incidenti di SM in follow-up con quelle di soggetti che non hanno sviluppato la malattia, raccogliendo le informazioni derivate da un questionario di frequenza alimentare (FFQ) generale completato da tutti i partecipanti al momento dell’arruolamento nello studio.
Abreu H, Lallukka M, Miola M, Spriano S, Vernè E, Raineri D, Leigheb M, Ronga M, Cappellano G, Chiocchetti A. Human T-Cell Responses to Metallic Ion-Doped Bioactive Glasses. International Journal of Molecular Sciences. 2024; 25(8):4501. doi.org/10.3390/ijms25084501
L’immunocompatibilità dei biomateriali è una proprietà critica che determina il successo dell’integrazione di un materiale sintetico o naturale all’interno del corpo umano. Questa proprietà è fondamentale per garantire che il materiale non provochi una risposta immunitaria avversa che potrebbe compromettere la sua funzione o causare danni anche ai tessuti circostanti. In questo studio i ricercatori hanno sviluppato dei biomateriali vetrosi modificandoli aggiungendo sulla loro superficie degli ioni metallici che hanno proprietà antimicrobiche. I ricercatori hanno dimostrato che questi ioni presenti sulla superficie dei biomateriali vetrosi non creano risposte immunitarie avverse e sono immunobiocompatibili.
Vilardo, B.; De Marchi, F.; Raineri, D.; Manfredi, M.; De Giorgis, V.; Bebeti, A.; Scotti, L.; Kustrimovic, N.; Cappellano, G.; Mazzini, L.; et al. Shotgun Proteomics Links Proteoglycan-4+ Extracellular Vesicles to Cognitive Protection in Amyotrophic Lateral Sclerosis. Biomolecules 2024, 14, 727. doi.org/10.3390/biom14060727
La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è un disturbo neurodegenerativo progressivo che manca di biomarcatori noti per una diagnosi precoce ed il monitoraggio della progressione della malattia. I ricercatori hanno identificato un nuovo biomarcatore nelle vescicole extracellulari (VE) che si chiama proteoglicano-4 (PRG-4) o lubricina per la SLA. In particoalre, viene sottolineato che la lubricina è diminuita nei pazienti con SLA con funzione cognitiva compromessa. Questo studio evidenzia l’importanza delle VE come una promettente via per la scoperta di potenziali nuovi biomarcatori nella SLA. Inoltre, mette in luce il ruolo inatteso del PRG-4 in relazione allo stato cognitivo nei pazienti con SLA.
De Vitis E, Stanzione A, Romano A, Quattrini A, Gigli G, Moroni L, Gervaso F, Polini A. The Evolution of Technology-Driven In Vitro Models for Neurodegenerative Diseases. Adv Sci (Weinh). 2024 Apr;11(16):e2304989. doi: 10.1002/advs.202304989. L ‘alterazione dei circuiti neurali sia del sistema nervoso centrale che periferico è strettamente correlata all’insorgenza dei disturbi neurodegenerativi (NDD). Nonostante i significativi sforzi di ricerca, le conoscenze sui processi patologici dei NDD e lo sviluppo di farmaci efficaci sono ancora limitati a causa dell’impossibilità di accedere e riprodurre i componenti del sistema nervoso e il suo complesso microambiente. I sistemi di coltura 2D sono troppo semplicistici per rappresentare accuratamente la situazione più complessa e dinamica delle cellule in vivo e sono stati pertanto superati dai sistemi 3D. Tuttavia, entrambi i modelli presentano varie limitazioni che possono essere superate attraverso l’impiego di due tecnologie innovative: gli organi su chip e la stampa 3D. In questa revisione della letteratura sono descritti i vantaggi e le limitazioni. Infine, viene esplorata la combinazione della microfluidica e degli idrogeli come nuovo approccio sinergico per studiare i disturbi neurologici, analizzando i più recenti progressi nei modelli 3D di cervello su chip per la ricerca sulle malattie neurodegenerative.
Bisconti , B. Vilardo , G. Corallo , F. Scalera , G. Gigli , A. Chiocchetti , A. Polini and F. Gervaso. An Assist for Arthritis Studies: A 3D Cell Culture of Human Fibroblast-Like Synoviocytes by Encapsulation in a Chitosan-Based Hydrogel. Adv. Ther., 2024, 10.1002/adtp.202400166. L’Osteoartrite e l’Artrite Reumatoide (RA) sono le forme più comuni di artrite che coinvolgono la sinovia in cui i fibroblasti (FLS) svolgono un ruolo chiave nella RA, una malattia autoimmune caratterizzata da infiammazione articolare e sintomi sistemici, che colpisce l’1% della popolazione mondiale. Sebbene il danno articolare inizi dalla sinovia e prosegua coinvolgendo la cartilagine fino all’erosione ossea, numerosi modelli in vitro 3D sono stati sviluppati per la cartilagine e l’osso, mentre solo pochi studi si sono concentrati sulla componente sinoviale. In questo studio è stata sviluppata una formulazione di idrogelo adatta per coltivare in 3D i fibroblasti umani. Questo studio ha mostrato che tra le diverse formulazioni testate, un idrogelo a base di chitosano ha dato migliori risultati in termini di stabilità, crescita cellulare e morfologia.
Antonella Stanzione, Alessandro Polini, Francesca Scalera, Giuseppe Gigli, Lorenzo Moroni, Francesca Gervaso. Photo/thermo-sensitive chitosan and gelatin-based interpenetrating polymer network for mimicking muscle tissue extracellular matrix. Heliyon. Volume 10, Issue 21,2024,e39820,ISSN 2405-8440, https:/doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e39820. L’interazione dinamica tra la matrice extracellulare (ECM), la sua architettura tridimensionale e le cellule residenti gioca un ruolo cruciale nel comportamento cellulare, influenzando processi essenziali come la proliferazione, la migrazione e la differenziazione. In questo studio, è stata progettato un analogo alla matrice extracellualre una rete IPN composta da chitosano (Ch) e gelatina modificata (GelMA), per mimare l’ECM del tessuto muscolare in termini di rigidità meccanica. Il sistema è stato caratterizzato in modo approfondito, dimostrando di supportare non solo la crescita e la vitalità delle cellule muscolari inglobate nell’idrogelo, ma anche la loro differenziazione verso un fenotipo muscolare.
Bucciarelli A, Selicato N, Coricciati C, Rainer A, Capodilupo AL, Gigli G, Moroni L, Polini A, Gervaso F. Modelling methacrylated chitosan hydrogel properties through an experimental design approach: from composition to material properties. J Mater Chem B. 2024 Oct 17;12(40):10221-10240. doi: 10.1039/d4tb00670d. Gli idrogeli, materiali morbidi e simili a gel, realizzati con biopolimeri naturali stanno gradualmente sostituendo quelli sintetici nell’ingegneria dei tessuti, ovvero il campo che cerca di ricostruire o imitare tessuti umani. Questo perché i biopolimeri sono più compatibili con il corpo umano. Tuttavia, standardizzare questi materiali è una sfida, poiché la loro qualità può variare e i legami chimici che li tengono insieme non sempre sono stabili. In questo studio, è stato sviluppata una versione modificata di un biopolimero chiamato chitosano, aggiungendo dei gruppi chimici speciali (metacrilati) che permettono di formare idrogel solidi quando esposti a luce UV. Questo permette di produrre idrogeli in modo più controllato. Questa capacità di “personalizzare” la rigidità rende questi idrogel promettenti per molte applicazioni, come la creazione di supporti che imitano i tessuti biologici, con potenziali usi nella medicina rigenerativa.
Vecstaudža, J., Egle, K., Indurkar, A., Ločs, J. Micro-Computed Tomography Imaging of Acellular or Cellular Hydrogels and Organ-on-a-Chip Platforms. In: 64th International Scientific Conference of Riga Technical University “Materials Science and Applied Chemistry”: Program and Abstracts, Latvia, Riga, 6-6 October, 2023. Riga: 2023, pp.55-55. Gli organi su chip sono dispositivi miniaturizzati che simulano il funzionamento di organi umani, un’innovazione che permette di studiare tessuti e malattie in modo realistico. Per ricreare i tessuti, spesso si usano materiali chiamati idrogeli, che mimano la struttura e la consistenza del corpo umano. Tuttavia, uno dei problemi principali è che gli idrogeli non si vedono bene quando vengono analizzati con tecniche come la micro-tomografia computerizzata (micro-CT), uno strumento che utilizza raggi X per ottenere immagini tridimensionali. Per risolvere questo problema, i ricercatori studio hanno sviluppato sostanze coloranti che migliorassero la visibilità degli idrogeli. nei raggi X.
Raineri, D., De Marchi, F., Vilardo, B., Barbero Mazzucca, C., Scotti, L., Kustrimovic, N., … & Chiocchetti, A. (2024). Circulating GLAST+ EVs are increased in amyotrophic lateral sclerosis. Frontiers in Molecular Biosciences, 11, 1507498. doi: 10.3389/fmolb.2024.1507498. La sclerosi laterale amiotrofica (SLA) è una malattia neurodegenerativa che causa la progressiva perdita dei motoneuroni, portando a debolezza muscolare e paralisi. Le cause non sono ancora del tutto note, e per questo è importante individuare biomarcatori affidabili per una diagnosi precoce e per seguire l’evoluzione della malattia.
Abreu, H., Lallukka, M., Raineri, D., Leigheb, M., Ronga, M., Cappellano, G., … & Chiocchetti, A. (2024). Evaluation of the immune response of peripheral blood mononuclear cells cultured on Ti6Al4V-ELI polished or etched surfaces. Frontiers in bioengineering and biotechnology, 12, 1458091. doi: 10.3389/fbioe.2024.1458091. Gli impianti ortopedici in titanio sono molto utilizzati per la loro biocompatibilità e resistenza alla corrosione, ma le superfici troppo lisce possono ostacolare una buona integrazione con l’osso e i tessuti. Questo studio ha testato un nuovo trattamento chimico della superficie del titanio, in grado di favorire l’adesione cellulare e ridurre l’infiammazione senza alterare le proprietà meccaniche del materiale. Il trattamento, che combina acido fluoridrico e perossido di idrogeno, crea una superficie con micro e nano-strutture che stimolano la crescita ossea e l’interazione con biomolecole. I risultati mostrano che le cellule restano vitali e che il titanio trattato provoca una risposta immunitaria più equilibrata rispetto al materiale non trattato. In conclusione, questa tecnica può rendere gli impianti in titanio più compatibili e sicuri, migliorando la loro integrazione nel corpo umano.
Stolfi, F., Brasso, C., Raineri, D., Landra, V., Mazzucca, C. B., Ghazanfar, A., … & Chiocchetti, A. (2025). Deep immunophenotyping of circulating immune cells in major depressive disorder patients reveals immune correlates of clinical course and treatment response. Brain, Behavior, & Immunity-Health, 43, 100942. doi: 10.1016/j.bbih.2024.100942. La depressione maggiore è una malattia molto diffusa che può compromettere in modo profondo la vita quotidiana, le relazioni e il lavoro delle persone. Nonostante sia una delle principali cause di disabilità nel mondo, la diagnosi si basa ancora solo sull’osservazione dei sintomi clinici, perché non esistono ancora test biologici affidabili che aiutino a riconoscerla o a prevedere come un paziente risponderà alle cure. In questo studio, i ricercatori hanno analizzato il sangue di 60 persone con depressione, per capire se alcune cellule del sistema immunitario potessero essere collegate alla gravità dei sintomi o all’efficacia dei trattamenti. I risultati hanno mostrato che alcune cellule immunitarie aumentano nei pazienti con sintomi più gravi, come la perdita di piacere (anedonia) e la disperazione, mentre altre sembrano avere un effetto protettivo, riducendo ad esempio i pensieri suicidari. Queste osservazioni indicano che il sistema immunitario gioca un ruolo importante nella depressione e che, in futuro, la misurazione di particolari “firme immunologiche” potrebbe aiutare i medici a personalizzare le terapie, rendendole più efficaci per ciascun paziente.
Dell’Atti F, Abreu H, Malfa P, Raineri D, Cappellano G and Chiocchetti A (2025) Probiotic-derived extracellular vesicles: the next breakthrough in postbiotics for rheumatoid arthritis. Front. Immunol. 16:1620185. doi: 10.3389/fimmu.2025.1620185. L’artrite reumatoide (AR) è una malattia autoimmune cronica che causa infiammazione e danni alle articolazioni. Recenti studi mostrano che uno squilibrio del microbiota intestinale e orale può favorire la malattia. I probiotici e i loro derivati, chiamati postbiotici, potrebbero aiutare a controllare l’infiammazione. In particolare, le vescicole extracellulari prodotte dai probiotici trasportano molecole in grado di modulare il sistema immunitario e ridurre l’infiammazione, offrendo nuove prospettive terapeutiche per l’AR. Tuttavia, servono ulteriori studi per garantirne sicurezza ed efficacia clinica.
Nguyen TD, Abreu H, Tommasi N, Azzarone L, Di Martino RMC, Riva B, Raineri D, Pirali T, Chiocchetti A, Cappellano G. Calcium signaling dysregulation in rheumatoid arthritis: a comparative perspective with osteoarthritis. Autoimmun Rev. 2025 Aug 28;24(12):103923. doi: 10.1016/j.autrev.2025.103923.
L’artrite reumatoide e l’osteoartrite sono tra le malattie croniche più diffuse al mondo e rappresentano un grave peso sia per i pazienti sia per i sistemi sanitari. Anche se hanno cause e meccanismi diversi, recenti studi mostrano che il calcio svolge un ruolo fondamentale nello sviluppo di entrambe le patologie, influenzando numerosi processi cellulari all’interno dei tessuti articolari. Il calcio è infatti indispensabile per molte funzioni vitali delle cellule, come la crescita, la comunicazione, la contrazione muscolare, la trasmissione nervosa e la formazione del tessuto osseo e cartilagineo. Quando l’equilibrio del calcio viene alterato, questi processi si modificano, contribuendo ai danni articolari tipici delle malattie artritiche. Comprendere meglio come il calcio viene assorbito, rilasciato e regolato nelle cellule delle articolazioni potrà aiutare i ricercatori a chiarire i meccanismi alla base della malattia e a sviluppare nuove terapie mirate. Questa review analizza i principali meccanismi di segnalazione del calcio e le più recenti strategie terapeutiche che ne modulano il metabolismo, offrendo nuove possibilità per migliorare i trattamenti di artrite reumatoide e osteoartrite.
Sun, J., Wu, J., Wu, S. et al. Quantitative phase imaging through an ultra-thin lensless fiber endoscope. Light Sci Appl 11, 204 (2022). https://doi.org/10.1038/.
L’imaging a fase quantitativa (QPI) è una tecnica ottica che permette di ottenere informazioni morfologiche e biofisiche dalle cellule e dai tessuti senza l’uso di coloranti o marcatori. Tuttavia, l’applicazione di questa potente metodologia alla diagnosi patologica in vivo è ancora complessa.
Ruchi Goswami, Kyoohyun Kim, Aldo R. Boccaccini, Jochen Guck, Salvatore Girardo. Fine-tuning cell-mimicking polyacrylamide microgels: Sensitivity to microscale reaction conditions in droplet microfluidics. BioRxis doi: https://doi.org/10.1101/2025.07.24.666603
Attraverso la microfluidica a goccia è possibile creare minuscole particelle di idrogel di poliacrilammide (PAAm), dette microgel, che imitano le proprietà fisiche delle cellule. Questi materiali sono utili per studiare come le cellule reagiscono alle forze meccaniche. Lo studio mostra che le condizioni di flusso durante la produzione influenzano fortemente la dimensione e l’elasticità dei microgel, anche quando la composizione chimica è identica. Abbiamo scoperto che il trasporto del catalizzatore tra le fasi di acqua e olio modifica l’efficienza della reazione e la struttura del gel. Questi risultati evidenziano quanto sia importante controllare con precisione i parametri microfluidici per ottenere microgel con proprietà riproducibili, aprendo nuove prospettive nella ricerca biofisica e nella medicina rigenerativa.
Peralta M, Dupas A, Larnicol A, Lefebvre O, Goswami R, Stemmelen T, Molitor A, Carapito R, Girardo S, Osmani N, Goetz JG. Endothelial calcium firing mediates the extravasation of metastatic tumor cells. iScience. 2024 Dec 26;28(2):111690. doi: 10.1016/j.isci.2024.111690.
La diffusione metastatica avviene quando le cellule tumorali si staccano dal tumore primario e colonizzano altri organi. Questo studio dimostra che le cellule endoteliali, che rivestono i vasi sanguigni, partecipano attivamente a questo processo rimodellando la propria struttura per permettere alle cellule tumorali di fuoriuscire dal vaso. Utilizzando modelli di zebrafish e microscopia ad alta risoluzione, è stato dimostrato che questo rimodellamento dipende dal segnale del calcio (Ca²⁺) e dall’attività di specifici canali meccanosensibili. Bloccare questi canali riduce l’extravasazione, indicando nuove potenziali strategie terapeutiche per limitare la formazione di metastasi.
Reichel F, Goswami R, Girardo S, Guck J. High-throughput viscoelastic characterization of cells in hyperbolic microchannels. Lab Chip. 2024 Apr 30;24(9):2440-2453. doi: 10.1039/d3lc01061a.
Le proprietà viscoelastiche delle cellule rivelano informazioni sul loro stato e sulle malattie. Abbiamo sviluppato un nuovo metodo microfluidico basato su microcanali iperbolici, che consente di misurare in modo preciso e rapido la rigidità e la deformabilità di centinaia di cellule al secondo. Testato su microgel e cellule leucemiche il sistema permette di individuare variazioni nelle proprietà meccaniche cellulari, offrendo un approccio efficiente per lo studio della meccanica cellulare e la diagnosi precoce di alterazioni patologiche.
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