Gli studi sugli animali con capacità rigenerative forniscono spunti per le future strategie di rigenerazione degli arti umani. / Regenerative Animals Inform Future Human Limb Regrowth Strategies
Gli studi sugli animali con capacità rigenerative forniscono spunti per le future strategie di rigenerazione degli arti umani. / Regenerative Animals Inform Future Human Limb Regrowth Strategies
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Studiando un gene comune a tre specie molto diverse tra loro - salamandre, topi e pesci zebra - gli scienziati hanno scoperto il potenziale per una nuova terapia genica volta a rigenerare gli arti negli esseri umani, secondo una nuova ricerca pubblicata questa settimana.
"Questa importante ricerca ha riunito tre laboratori, che lavorano su tre organismi diversi per confrontare la rigenerazione", ha affermato Josh Currie, professore assistente di biologia alla Wake Forest University, il cui laboratorio studia l'axolotl messicano, una salamandra. "Ci ha dimostrato che esistono programmi genetici universali ed unificanti che guidano la rigenerazione in tipi di organismi molto diversi, come salamandre, pesci zebra e topi."
La ricerca, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, ha coinvolto David A. Brown, un chirurgo plastico che studia la rigenerazione delle dita nei topi presso la Duke University, e Kenneth D. Poss, che studia la rigenerazione delle pinne nei pesci zebra presso l'Università del Wisconsin-Madison.
Ogni anno, in tutto il mondo, si verificano oltre un milione di amputazioni degli arti a causa di malattie vascolari come il diabete, traumi, tumori od infezioni, secondo le statistiche annuali del Global Burden of Disease. Si prevede che questo numero aumenterà con l'invecchiamento della popolazione e l'incremento delle diagnosi di diabete.
Questa sfida incombente ha spinto Brown, Currie e Poss a cercare una cura che andasse oltre le protesi, qualcosa che potesse sostituire i sensi complessi e le capacità motorie di un arto reale.
Potrebbero aver trovato l'inizio di una soluzione nei cosiddetti geni SP, che gli scienziati hanno scoperto essere vitali per la rigenerazione degli arti e presenti nel topo, nel pesce zebra e nell'axolotl.
La terapia compensa la mancanza del gene
Gli scienziati hanno scelto di studiare questi tre animali per ragioni specifiche:
L'axolotl eccelle nella rigenerazione, essendo in grado di far ricrescere arti completi, code (compreso il midollo spinale), parti del cuore, del cervello, del fegato, dei polmoni e della mascella.
Il pesce zebra offre uno dei migliori modelli per la rigenerazione degli arti, poiché le sue pinne caudali ricrescono rapidamente e hanno una capacità di rigenerazione illimitata. Il pesce zebra è inoltre in grado di rigenerare cuore, midollo spinale, cervello, retine, reni e pancreas.
I topi rappresentano mammiferi simili agli esseri umani e sono già in grado di rigenerare la punta delle dita. Anche gli esseri umani possono rigenerare la punta delle dita quando una lesione preserva il letto ungueale. Ciò consente la rigenerazione di carne, pelle ed ossa.
Currie ha affermato che, una volta appurato che l'epidermide, o pelle, in fase di rigenerazione di tutte e tre le specie esprimeva i geni SP6 e SP8, gli scienziati si sono dedicati a testare la funzione ed il funzionamento di questi geni.
Tim Curtis Jr., dottorando in biologia, ha contribuito alla ricerca nel laboratorio Currie, con l'assistenza della studentessa Elena Singer-Freeman, borsista Goldwater e laureata in biochimica e biologia molecolare alla Wake Forest University nel 2025.
Emulare le capacità dei geni della salamandra
Nelle salamandre, la proteina SP8 svolge un ruolo fondamentale nella rigenerazione degli arti. Utilizzando la tecnologia di editing genetico CRISPR, il laboratorio di Currie ha rimosso SP8 dal genoma dell'axolotl. Senza SP8, l'axolotl non è stato in grado di rigenerare correttamente le ossa degli arti; un risultato simile si è verificato con le dita dei topi prive di SP6 e SP8.
Avendo a disposizione queste informazioni, il laboratorio di Brown ha utilizzato un potenziatore della rigenerazione tissutale presente nel pesce zebra per sviluppare una terapia genica virale.
Questa terapia ha somministrato una molecola secreta chiamata FGF8, un gene che di solito viene attivato da SP8, per favorire la ricrescita ossea delle dita e ripristinare parzialmente gli effetti rigenerativi dei geni SP mancanti nei topi.
Gli arti umani non possiedono questo tipo di potere rigenerativo, ma potrebbero averlo un giorno, grazie a una terapia che emuli le capacità dei geni SP.
"Possiamo usare questo come una sorta di prova di principio che ci permetterebbe di sviluppare terapie in grado di sostituire questo tipo di epidermide rigenerativa nella ricrescita dei tessuti umani", ha spiegato Currie.
Costruire le basi per le terapie umane
Sebbene saranno necessarie molte altre ricerche per trasferire i risultati ottenuti sui topi agli arti umani, Currie ha definito questo studio fondamentale nella ricerca di terapie per rigenerare gli arti dopo lesioni o malattie.
"Gli scienziati stanno esplorando diverse soluzioni per la sostituzione degli arti, tra cui impalcature bioingegnerizzate e terapie con cellule staminali", ha spiegato Currie. "L'approccio di terapia genica utilizzato in questo studio rappresenta una nuova strada che può integrare e potenzialmente potenziare quella che sarà sicuramente una soluzione multidisciplinare per rigenerare un giorno gli arti umani."
Ha affermato che la decisione di collaborare tra scienziati che studiano animali così diversi ha fatto la differenza in questa ricerca.
"Spesso gli scienziati lavorano in compartimenti stagni: ci occupiamo solo di axolotl, o solo di topi, o solo di pesci", ha affermato Currie. "Un aspetto davvero eccezionale di questa ricerca è che lavoriamo su tutti questi diversi organismi. Questo è un risultato straordinario, e spero che vedremo sempre più spesso questo tipo di approccio sul campo."
ENGLISH
A new gene therapy approach may help regrow limbs by drawing on lessons from axolotls, zebrafish, and mice.
Investigating a common gene in three very different species - salamanders, mice and zebrafish - scientists have discovered the potential for a novel gene therapy aimed at eventually regrowing limbs in humans, according to new research published this week.
“This significant research brought together three labs, working across three organisms to compare regeneration,” said Wake Forest Assistant Professor of Biology Josh Currie, whose lab studies the Mexican axolotl, a salamander. “It showed us that there are universal, unifying genetic programs that are driving regeneration in very different types of organisms, salamanders, zebrafish and mice.”
The research, with results appearing in the Proceedings of the National Academy of Sciences, included David A. Brown, a plastic surgeon who studies digit regeneration in mice at Duke University, and Kenneth D. Poss, who studies fin regeneration in zebrafish at the University of Wisconsin-Madison.
Each year, around the world, more than 1 million limb amputations occur because of vascular diseases such as diabetes, traumatic injuries, cancer or infections, according to annual Global Burden of Disease statistics. The number is expected to rise with the aging population and the increase in diabetes diagnoses.
That looming challenge has inspired Brown, Currie and Poss to search for a treatment beyond prosthetics, for something that could replace the complex senses and motor skills of an actual limb.
They might have found the start of a solution in something called SP genes, which the scientists discovered are vital for limb regeneration and shared by the mouse, zebrafish and axolotl.
Therapy makes up for missing gene
The scientists chose to study these three animals for specific reasons:
The axolotl excels at regeneration, with the ability to regrow complete limbs; tails, including the spinal cord; parts of the heart, brain, liver, lungs and jaw.
Zebrafish offer one of the best models for appendage regeneration because their tail fins regrow rapidly and have unlimited capacity for regrowth. The zebrafish also can regenerate its heart, spinal cord, brain, retinas, kidneys and pancreas.
Mice represent mammals like humans, and they already can regenerate the tips of their digits. Humans, too, can regrow their fingertips when an injury preserves the nailbed. That allows regrowth of flesh, skin and bone.
Currie said that once the scientists determined the regenerating epidermis, or skin, of all three species expressed the SP genes SP6 and SP8, they set out to test what the genes do and how they work.
Biology Ph.D. student Tim Curtis Jr. contributed to the research in the Currie lab, with assistance from undergraduate researcher Elena Singer-Freeman, a Goldwater Scholar and 2025 Wake Forest biochemistry and molecular biology graduate.
Emulating the abilities of salamander genes
In salamanders, SP8 does the work in regenerating limbs. Using CRISPR gene-editing technology, Currie’s lab removed SP8 from the axolotl genome. Without SP8, the axolotl could not properly regenerate the limb bones; a similar result occurred with the mouse digits missing SP6 and SP8.
With that information in hand, Brown’s lab used a tissue regeneration enhancer found in zebrafish to develop a viral gene therapy.
That therapy delivered a secreted molecule called FGF8, a gene that is usually turned on by SP8, to encourage digit bone regrowth and partially restore the regenerative effects of the missing SP genes in mice.
Human limbs don’t have that kind of regenerative power - but might someday, with a therapy that emulates the abilities of SP genes.
“We can use this as a kind of proof of principle that we might be able to deliver therapies to substitute for this regenerative style of epidermis in regrowing tissue in humans,” Currie explained.
Building the foundation for human therapies
Although it will require much more research to take the findings from mouse digits to human limbs, Currie called this study foundational in the search for therapies to regrow limbs after injury or disease.
“Scientists are pursuing many solutions for replacing limbs, including bioengineered scaffolds and stem cell therapies,” Currie explained. “The gene-therapy approach in this study is a new avenue that can complement and potentially augment what will surely be a multi-disciplinary solution to one day regenerate human limbs.”
He said the decision to collaborate among scientists studying such different animals made all the difference in this research.
“Many times, scientists work in their silos: we’re just working in axolotl, or we’re just working in mouse, or just working in fish,” Currie said. “A real standout feature of this research is that we work across all these different organisms. That is really powerful, and it’s something that I hope we’ll see more of in the field.”
Da:
https://www.technologynetworks.com/tn/news/regenerative-animals-inform-future-human-limb-regrowth-strategies-411823
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