Gli scienziati scoprono un segnale chiave per la produzione di sangue artificiale

Gli scienziati sono un passo più vicini alla creazione di sangue artificiale: la scoperta di un segnale chiave, CXCL12, potrebbe rendere più efficiente la produzione di globuli rossi.

Gli scienziati lavorano da decenni alla produzione artificiale di sangue. Ora, i ricercatori dell'Università di Costanza e della Queen Mary University di Londra hanno compiuto un importante passo avanti con una nuova scoperta.

In Germania, ogni giorno sono necessarie circa 15.000 unità di sangue, la maggior parte delle quali proviene da donatori. La ricerca di metodi alternativi per ottenere il sangue, inclusa la produzione artificiale di massa, è in corso da molti anni, ma è ancora lontana dalla diffusione. Il problema principale risiede nei meccanismi estremamente complessi e poco compresi attraverso i quali l'organismo produce naturalmente questo fluido vitale.

Identificazione di un segnale chiave per la formazione dei globuli rossi

La Dott.ssa Julia Gutjahr, biologa presso l'Istituto di Biologia Cellulare e Immunologia del Turgovia dell'Università di Costanza, studia i meccanismi dell'ematopoiesi. Insieme ai colleghi della Queen Mary University di Londra, ha identificato un segnale molecolare – la chemiochina CXCL12 – che innesca il processo di espulsione del nucleo dai precursori dei globuli rossi. Questo è un passaggio chiave nello sviluppo dei globuli rossi.

"La fase finale della trasformazione dell'eritroblasto in globulo rosso è l'espulsione del nucleo. Questo processo è tipico dei mammiferi e fa spazio all'emoglobina, coinvolta nel trasporto dell'ossigeno", spiega Gutjahr.

Sebbene il processo di maturazione delle cellule staminali in globuli rossi sia quasi ottimizzato, finora non era chiaro quali fattori innescassero l'espulsione del nucleo.

"Abbiamo scoperto che la chemiochina CXCL12, presente principalmente nel midollo osseo, può avviare questo processo in combinazione con una serie di altri fattori. Aggiungendo CXCL12 agli eritroblasti al momento giusto, siamo stati in grado di indurre artificialmente l'espulsione nucleare", afferma Gutjahr.

Cosa significa questo per la produzione di sangue artificiale?

Questa scoperta ha rappresentato una svolta scientifica che potrebbe migliorare significativamente l'efficienza della produzione di sangue artificiale in futuro. Tuttavia, sono ancora necessarie ulteriori ricerche.

Dal 2023 Gutjahr dirige i propri gruppi di ricerca presso l'Istituto di biologia cellulare e immunologia del Canton Turgovia e continua a studiare il ruolo di CXCL12.

"Stiamo studiando come utilizzare CXCL12 per ottimizzare la produzione artificiale di globuli rossi umani", spiega Gutjahr.

Oltre alle applicazioni pratiche nella produzione industriale di globuli rossi, i risultati dello studio forniscono nuove informazioni sui meccanismi cellulari: a differenza di altre cellule, che migrano quando stimolate da CXCL12, negli eritroblasti questo segnale viene trasportato all'interno della cellula, persino nel nucleo. Lì, accelera la maturazione cellulare e promuove l'espulsione del nucleo.

"Il nostro studio dimostra per la prima volta che i recettori delle chemiochine agiscono non solo sulla superficie cellulare, ma anche al suo interno, aprendo prospettive completamente nuove per la biologia cellulare", ha affermato il professor Antal Roth della Queen Mary University.

Ottimizzazione della produzione per un'ampia applicazione

Oggi, le cellule staminali rimangono il metodo più efficiente per produrre sangue artificiale: l'espulsione del nucleo avviene in circa l'80% delle cellule. Tuttavia, le fonti di cellule staminali sono limitate (sangue del cordone ombelicale, midollo osseo di donatori), il che rende impossibile la produzione di massa.

Gli scienziati sono recentemente riusciti a riprogrammare diversi tipi di cellule in cellule staminali e a utilizzarle per generare globuli rossi. Questo metodo fornisce una fonte pressoché illimitata di cellule, ma richiede più tempo ed è meno efficace: solo il 40% delle cellule espelle il proprio nucleo.

"Le nostre nuove scoperte sul ruolo chiave di CXCL12 ci danno la speranza che il suo utilizzo migliorerà significativamente l'efficienza della produzione di globuli rossi a partire dalle cellule riprogrammate", osserva Gutjahr.

Se la produzione di massa diventasse possibile, emergerebbe un'ampia gamma di applicazioni: produzione mirata di gruppi sanguigni rari, eliminazione della carenza di donatori di sangue e possibilità di ricreare il sangue di un paziente per trattamenti specializzati di varie malattie.

Lo studio è pubblicato sulla rivista Science Signaling.