Dottorato in MEDICINA MOLECOLARE

Titolo della tesi: “Effetti biologici e meccanismi molecolari indotti dagli ultrasuoni a bassa intensità su cheratinociti e melanoma umano”

Abstract Over the last few years, low intensity ultrasounds (US) have been widely used as therapeutic tool. The widespread use of US in different fields drove researchers to study the related bioeffects, the more significant range from membrane poration (sonoporation) to the triggering of cytotoxic and inflammatory processes. Currently, a univocal experimental methodology accepted to investigate and quantitively describe the biological risk with proper indicator is still lacking. As well known, keratinocytes are the main cell type of the skin and one of the most exposed cells to environmental factors, providing a first line of defence barrier for the host and also actively participating in immune response. Herein, we investigated whether mechanical energy transported by low intensity 1 MHz US, which are widely used in the biological and therapeutic field, could generate a mechanical stress able to induce the release of inflammatory cytokine IL-6 in human keratinocyte cell line, HaCaT. Our results point out that US promotes the overexpression and secretion of IL-6, associated with the activation of Nuclear Factor-κB (NF-κB). Moreover, we observed alterations in cell morphology and membrane permeability together with a reduced cell viability dependent on exposure parameters. In this framework, we investigated the biological effects of US in human melanoma SK-MEL-5 and SK-MEL-28 cell lines, with different p53 expression. Preliminary data showed an increase in mRNA levels of IL-6 in SK-MEL-28 cells accompanied by a G2/M arrest more evident in SK-MEL-5, suggest that p53 could modulate the different effects induced by US. These results can open the avenue for further investigating the molecular mechanisms related to US exposure. Riassunto Negli ultimi anni gli Ultrasuoni (US) a bassa intensità sono stati largamente utilizzati come strumento terapeutico. Il loro vasto utilizzo in diversi campi ha così guidato i ricercatori a studiare i relativi bioeffetti da essi indotti, tra i più significativi abbiamo la porazione (sonoporazione) della membrana, l’attivazione di processi citotossici e infiammatori. Attualmente una metodologia sperimentale univoca accetta per studiare e descrivere quantitativamente il rischio biologico è ancora mancante. Come noto, i cheratinociti sono il principale tipo cellulare della pelle e i più esposti a fattori ambientali, fornendo la prima linea di barriera difensiva nell’ospite e partecipando inoltre attivamente alla risposta immunitaria. Abbiamo così studiato se l’energia meccanica trasportata dagli US a bassa intensità alla frequenza di 1 MHz potesse generare uno stress meccanico in grado di indurre il rilascio della citochina infiammatoria IL-6 nella linea cellulare di cheratinociti umani HaCaT. I nostri risultati evidenziano come gli US siano in grado di indurre overespressione e secrezione di IL-6, associata all’attivazione del fattore nucleare -κB (NF-κB). Inoltre, sono state osservate alterazione nella morfologia e permeabilità di membrana insieme a una ridotta vitalità cellulare in funzione dei parametri di esposizione. In tale contesto, sono stati indagati i bioeffetti degli US sulle linee di melanoma umano SK-MEL-5 e SK-MEL-28, le quali presentano una diversa espressione di p53. Preliminarmente, tali dati hanno mostrato un aumento dei livelli di mRNA di IL-6 esclusivamente nelle cellule SK-MEL-28 accompagnato da un arresto del ciclo cellulare in G2/M più evidente nelle SK-MEL-5, suggerendo un potenziale ruolo di p53 nel modulare i differenti effetti indotti dagli US. Questi risultati possono pertanto aprire la strada per studiare ulteriormente i meccanismi molecolari legati all’esposizione agli US.