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La ricerca rivela come il diabete in gravidanza colpisce il cuore del bambino

Le cellule del cuore umano cresciute da cellule staminali mostrano fibre muscolari meno robuste (verde) in condizioni di alto glucosio (a sinistra) rispetto a condizioni di glucosio ridotte (a destra). Credit: UCLA Broad Stem Cell Research Center / eLife

I ricercatori del Centro Eli e Edythe Broad di Medicina Rigenerativa e Ricerca sulle Cellule Staminali presso l’UCLA hanno scoperto come gli alti livelli di glucosio, causati dal diabete o da altri fattori, impediscano alle cellule del cuore di maturare normalmente. I loro risultati aiutano a spiegare perché i bambini nati da donne con diabete hanno maggiori probabilità di sviluppare una cardiopatia congenita.

Lo studio, condotto da Atsushi “Austin” Nakano, professore associato dell’UCLA di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo e membro del Broad Stem Cell Research Center, è stato pubblicato oggi sulla rivista eLife.
Quando il cuore in via di sviluppo le cellule sono esposte ad alti livelli di glucosio , i ricercatori hanno scoperto, che le cellule producono più mattoni del DNA del solito, questo porta le cellule a continuare a sviluppare piuttosto che maturare.

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“I livelli elevati di zucchero nel sangue non sono solo insalubri per gli adulti, sono malsani per lo sviluppo dei feti”, ha detto Nakano. “Capire il meccanismo attraverso il quale i livelli elevati di zucchero nel sangue causano la malattia nel feto può alla fine portare a nuove terapie”.
Anche se la genetica gioca un ruolo importante nello sviluppo delle cardiopatie congenite, il principale fattore di rischio non genetico per la malattia è una madre che ha il diabete durante la gravidanza. I bambini nati da donne con alti livelli di glucosio nel sangue durante la gravidanza hanno da due a cinque volte in più di probabilità di sviluppare il disturbo rispetto ad altri bambini. Tuttavia, i ricercatori non sono mai stati in grado di definire l’effetto preciso del glucosio sul feto in via di sviluppo.
Nakano e i suoi colleghi hanno usato cellule staminali embrionali umane per far crescere cellule muscolari cardiache o cardiomiociti, in laboratorio e quindi esposte a diversi livelli di glucosio. Le cellule esposte a piccole quantità di glucosio maturavano normalmente. Ma i cardiomiociti che erano stati mescolati con alti livelli di glucosio maturavano tardi o non riuscivano a maturare del tutto, e invece generavano più cellule immature .
I ricercatori hanno scoperto che, quando esposti a glucosio extra, i cardiomiociti attivano eccessivamente la via del fosfato pentoso, un processo cellulare che, tra le altre cose, genera nucleotidi, i blocchi costitutivi del DNA. Nelle cellule con alti livelli di glucosio, la via del fosfato pentoso ha prodotto più nucleotidi del solito. Gli scienziati hanno dimostrato che l’eccesso di elementi costitutivi impedisce alle cellule di maturare.

“In genere si ritiene che una maggiore nutrizione sia migliore per le cellule, ma qui vediamo esattamente l’opposto”, ha detto Nakano. “Devolvendo il glucosio al punto giusto nello sviluppo, possiamo limitare la proliferazione delle cellule, che li convince a maturare e rende il muscolo cardiaco più forte.”
Il gruppo di Nakano ha osservato la stessa cosa al lavoro sui topi gravidi affetti da diabete: le cellule cardiache dei feti si sono divise rapidamente ma sono cresciute lentamente.
Nakano ha detto che la scoperta potrebbe portare a metodi migliori per la produzione di cardiomiociti da cellule staminali. Oggi, la maggior parte dei protocolli per la generazione di cardiomiociti in laboratorio porta a cellule immature, ma il targeting della via del fosfato pentoso potrebbe aiutare a generare cellule più mature per rigenerare le cellule del cuore o per scopi di ricerca.

Le cardiopatie congenite colpiscono quasi 1 su 100 bambini nati, rendendolo il difetto di nascita più comune. La gravità dei sintomi che causa varia, da un muscolo cardiaco leggermente indebolito e senza sintomi a gravi deformazioni cardiache che richiedono un intervento chirurgico.
La via del fosfato pentoso come bersaglio per la maturazione cardiaca è coperta da una domanda di brevetto provvisoria presentata dal gruppo di sviluppo tecnologico dell’UCLA per conto della University of California Regents, con Austin Nakano e Haruko Nakano, un ricercatore assistente dell’UCLA, come inventori.



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