Dottorato in EPATO-GASTROENTEROLOGIA SPERIMENTALE E CLINICA

Titolo della tesi: MODELLI DI STRESS OSSIDATIVO PER LA MEDICINA PERSONALIZZATA DELLE PATOLOGIE CRONICHE EPATO-GASTROINTESTINALI UMANE: IL MODELLO DELLA MALATTIA DIVERTICOLARE

La patofisiologia della malattia diverticolare non è ancora del tutto nota, tuttavia recenti studi condotti su modelli ex-vivo di colon umano hanno evidenziato la presenza di stress ossidativo che interessa l’intero spessore della parete colica nonostante la sua origine resti ancora ignota. Lo scopo principale del progetto è lo studio approfondito sullo stress ossidativo nei diversi quadri clinici della malattia diverticolare che vanno dalla diverticolosi asintomatica alla malattia diverticolare complicata per chiarire il possibile ruolo patogenetico nei vari stadi di malattia e quindi identificare nuove possibile strategie terapeutiche. Nel dettaglio lo studio è stato condotto parallelamente sia in modelli ex-vivo di malattia che in-vivo per ricercare sia i biomarcatori diretti di danno ossidativo, sia biomarcatori che dimostrino la perdita di antiossidanti legati al danno. In ultimo, per rafforzare il valore traslazionale dello studio è stato predisposto un modello in-vitro con il fine di valutare il potere benefico dell’antiossidante N-acetil cisteina nella reversione del danno ossidativo. Complessivamente le analisi dei tessuti del modello ex-vivo condotte hanno evidenziato sia in campioni di diverticolosi che di malattia diverticolare complicata un incremento di fibrosi parallelamente alla perdita dell’architettura del muscolo, accompagnati dal rilievo dei marker di switch fenotipico a livello cellulare. Nei tessuti di entrambi i fenotipi della patologia è stato riscontrato l’incremento di marker ossidativi quali proteine ossidate e presenza di nitrotirosina, parallelamente alla perdita di molecole legate al mondo antiossidante come Tioredossina-1 e fattore di trascrizione nucleare eritroide-2. Queste alterazioni si accompagnano all’incremento del fattore di ipossia HIF-1a riscontrato sia nella diverticolosi che nella malattia diverticolare complicata. Le alterazioni ossidative riscontrate si confermano inoltre anche a livello sistemico nei sieri del modello in-vivo. In dettaglio, rispetto al controllo, i campioni di diverticolosi e malattia diverticolare complicata hanno evidenziato l’incremento di H2O2 parallelamente alla perdita del potere antiossidante e l’incremento di LPS circolante e zonulina. Considerando il ruolo preponderante del mitocondrio nella genesi della malattia diverticolare particolare rilevo è stato dato allo studio di questo organello. Analisi ex-vivo condotte tramite microscopia elettronica hanno evidenziato un incremento del numero di mitocondri nei campioni patologici e l’aumento di fenomeni quali frammentazione e fusione mitocondriale. Analisi della catena di trasporto degli elettroni hanno evidenziato l’alterazione del complesso proteico II e IV della catena facendo presupporre un danno di tipo funzionale confermato a livello cellulare dall’incremento della massa mitocondriale, perdita del potenziale di membrane e perdita di antiossidanti. In modo interessante l’analisi del modello in-vitro, che prevedeva l’incubazione delle cellule con N-aceti cisteina, ha mostrato dei dati positivi in merito al ripristino della funzionalità delle cellule e del contenuto di antiossidante sia nella diverticolosi che nella malattia diverticolare complicata in seguito all’incubazione con questo antiossidante. In conclusione, le informazioni ottenute da questo studio ci hanno permesso di confermare la presenza di cambiamenti morfologici nel muscolo dovuti a cambiamenti dello stato ossidativo e perdita di antiossidanti attraverso un modello ex-vivo. Si noti che tutti questi cambiamenti influenzano gradualmente sia la diverticolosi che la malattia diverticolare complessa, suggerendo per la prima volta che non si tratta di due patologie diverse, ma di due condizioni con lo stesso quadro clinico. Di fondamentale importanza traslazionale, i cambiamenti di cui sopra sono parzialmente reversibili mediante il trattamento con antiossidanti, aprendo potenzialmente nuove strade per l’uso terapeutico di queste molecole nel trattamento della MD.