Danno da ischemia/riperfusione

Modello di trapianto renale nel suino: ruolo protettivo della biliverdina (BV) e del monossido di carbonio (CO) nel danno da ischemia\riperfusione

Trapianto e donatori marginali
La limitata disponibilità d’organi condiziona ancora oggi la possibilità di trapianto per molti pazienti in lista d’attesa. Sviluppare quindi strategie e tecnologie innovative che potrebbero consentire il recupero d’organi considerati “marginali” per trapianto, è una prospettiva indubbiamente interessante ma da valutare con attenzione. E pur considerando che il concetto di “marginalità”, è una definizione in continua evoluzione, sono certamente marginali gli organi prelevati da soggetti a cuore fermo (non heart-beating donor) e organi esposti a danni ischemici. Al fine di recuperare all’uso clinico organi marginali, il precondizionamento con alcune sostanze si è dimostrato efficace per la riduzione del danno da ischemia/riperfusione.

Eme Ossigenasi 1 (HO-1)
Ruolo protettivo è stato attribuito all’eme ossigenasi 1 (HO-1), un enzima inducibile, ubiquitariamente espresso, che catalizza l’ossidazione dell’eme a biliverdina (BV), con rilascio di ferro (II) e monossido di carbonio (CO), prodotti con proprietà antiossidanti ed antinfiammatorie. L’espressione genica di HO-1 è indotta da stimoli associati a stress ossidativo ed infiammazione, ed i prodotti del catabolismo dell’Eme sono i reali attori del meccanismo di protezione cellulare.

Modelli preclinici di danno da ischemia/riperfusione
Gli effetti protettivi dei prodotti di degradazione dell’eme sono stati dimostrati presso il Centro di Biotecnologie, per la prima volta, in animali di grossa taglia, realizzando due modelli preclinici di danno da ischemia-riperfusione.

Modello cardiaco
In un modello di bypass cardiopolmonare gli animali sono stati precondizionati con CO per via inalatoria. I cuori sono stati poi perfusi ed arrestati con soluzione cardioplegica Celsior saturata con CO, in condizioni di ipotermia profonda. Il battito cardiaco è stato ripristinato mediante defibrillazione elettrica ed i maiali sono stati osservati per le successive 12 ore. Il trattamento con CO ha migliorato la performance clinica e lo stato energetico dell’organo, e ridotto l’edema e l’apoptosi, favorendo la ripresa dell’organo.

Modello epatico
Questi risultati sono stati confermati in un modello di fegato suino conservato in Celsior a 4°C per 18 ore (ischemia fredda) ed in seguito riperfuso attraverso un circuito di perfusione extracorporeo collegato ad un maiale “reservoir”. I risultati ottenuti in questo secondo modello sperimentale hanno consentito di affermare che il pre-condizionamento con CO e BV, induce un miglioramento della funzionalità epatica, una riduzione del danno epatico, dell’apoptosi, dell’acidosi intracellulare e del rilascio di citochine pro-infiammatorie.

Modello di trapianto renale nel suino
Per confermare il ruolo protettivo del CO e della BV evidenziato nei precedenti studi, abbiamo sviluppato, in collaborazione con il Centro Nazionale Trapianti e la Harvard Medical School Beth Israel Deaconess Medical Center di Boston, un modello suino di allotrapianto renale. Il modello prevede l’espianto di entrambi i reni in seguito ad un danno ischemico prolungato e la successiva preservazione di questi per 24 ore in Celsior a 4°C. I reni sono poi trapiantati in maiali allogenici, precedentemente sottoposti a nefrectomia bilaterale. Gli animali trapiantati sono osservati per 7 giorni durante i quali viene valutata la funzionalità renale (creatinina, BUN, sodio, potassio e proteine totali). Quotidianamente è effettuata una valutazione delle condizioni fisiche dell’animale e sono somministrati farmaci ad attività antidolorifica, immunosoppressiva ed antibiotica. Una prima fase del progetto ha previsto la standardizzazione delle procedure chirurgiche, cliniche e farmacologiche, per lo sviluppo del modello e la definizione del tempo d’ischemia. Attualmente stiamo valutando gli effetti protettivi del trattamento, sia del donatore che del ricevente, con monossido di carbonio e/o biliverdina, sul danno da ischemia/riperfusione in termini di funzionalità renale.

Prospettive future
Studio dei meccanismi molecolari e biochimici, alla base del danno da ischemia/riperfusione e dell’effetto degli agenti precondizionanti sui livelli d’espressione dei geni coinvolti in tale processo.
Valutazione della possibilità di effettuare un trial clinico attraverso uno studio di fattibilità, mediante l’impiego delle sostanze testate nel donatore cadavere.

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