Analisi degli effetti di nanoparticelle di ceria sulla capacità rigenerativa e sulle cellule staminali di planarie esposte a stress ossidativo

Le specie reattive dell’ossigeno (ROS) come l’anione superossido e il perossido di idrogeno, sono prodotte sia in seguito al metabolismo cellulare che all’esposizione ad agenti esterni quali raggi X e UV. Lo squilibrio fra la produzione e l’eliminazione dei ROS causa lo stress ossidativo e la quantità elevata di radicali liberi accumulati esercita un’azione nociva sulle cellule del nostro organismo inducendo, ad esempio, danni al DNA e perossidazione lipidica. Il bilanciamento tra produzione e rimozione dei ROS può essere controllato dall’attività di enzimi, come superossido dismutasi, catalasi, glutatione perossidasi e da molecole antiossidanti, per esempio la vitamina C e la vitamina E. Tuttavia, gli antiossidanti non enzimatici devono essere continuamente somministrati a causa della loro breve emivita e penetrazione limitata nei tessuti. Numerosi studi hanno dimostrato che varie tipologie di nanoparticelle agiscono come agenti antiossidanti. In particolare, le nanoparticelle di ceria (nanoceria) che hanno la capacità di assorbire e rilasciare ossigeno tramite il ciclo redox Ce4+/Ce3+, mimano l’attività antiossidante di enzimi come la superossido dismutasi e la catalasi, oltre ad avere capacità autorigeneranti. Lo scopo di questo lavoro di tesi è studiare in vivo gli effetti della nanoceria sulla biologia delle cellule staminali e la rigenerazione tissutale, usando come sistema modello le planarie (Platelminti). Le planarie, infatti, sono caratterizzate da una grande capacità rigenerativa, dovuta alla presenza di un’abbondante popolazione eterogenea di cellule staminali, i neoblasti, che proliferano, si accumulano sotto la superficie della ferita producendo un blastema al livello del quale, tramite l’attivazione di complessi processi morfogenetici,si riformano le strutture corporee mancanti. In particolare, abbiamo analizzato gli effetti protettivi della nanoceria in planarie esposte a raggi X e a gravità alterata, due condizioni note causare stress ossidativo. A tale scopo, animali trattati con la nanoceria e animali di controllo sono stati esposti ai raggi X alla dose di 7 Gy, nota per selezionare in planaria una specifica sottopopolazione di cellule staminali radioresistenti e in grado di ripopolare il corpo dell’animale a partire dal terzo giorno dell’irraggiamento. Gli studi in gravità alterata simulata sonostati invece condotti esponendo le planarie trattate con nanoceria e di controllo a microgravità (30°/s) utilizzando la “Random Positioning Machine” (RPM) o ipergravità (10g) tramite l’utilizzo di una centrifuga a largo diametro (LDC). Nelle diverse classi sperimentali sono state quindi analizzate: a) la capacità rigenerativa, mediante un’analisi morfometrica del blastema; b) il destino delle diverse sottopopolazioni di cellule staminali, tramite marcatori molecolari specifici ed esperimenti di ibridazione in situ wholemount; c) il numero di cellule in mitosi con esperimenti di Western Blotting; d) la morte cellulare mediante il saggio di Tunel. In conclusione, i dati sperimentali ottenuti dimostrano un effetto protettivo della nanoceria in quanto gli animali trattati ed esposti allo stress ossidativo mostrano un maggior numero di cellule staminali, un’aumentata capacità rigenerativa e una ridotta morte cellulare rispetto agli animali non trattati ed esposti allo stress ossidativo