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Il digiuno aumenta la capacità rigenerativa delle cellule staminali

Mentre le persone invecchiano, le loro cellule staminali intestinali iniziano a perdere la loro capacità di rigenerarsi. Queste cellule staminali sono la fonte di tutte le nuove cellule intestinali, quindi tale declino può rendere più difficile il recupero da infezioni gastrointestinali o altre condizioni che colpiscono l’intestino.

Questa perdita di funzionalità delle cellule staminali legata all’età può essere invertita con un digiuno di 24 ore, secondo un nuovo studio condotto dai biologi del MIT. I ricercatori hanno scoperto che il digiuno migliora notevolmente la capacità di rigenerazione delle cellule staminali , sia nei topi giovani che in quelli anziani.

Nei topi a digiuno, le cellule iniziano a scindere gli acidi grassi anziché il glucosio, un cambiamento che stimola le cellule staminali a diventare più rigenerative. I ricercatori hanno scoperto che potrebbero anche aumentare la rigenerazione con una molecola che attiva lo stesso interruttore metabolico. Un tale intervento potrebbe potenzialmente aiutare le persone anziane che si stanno riprendendo da infezioni gastrointestinali o da pazienti oncologici sottoposti a chemioterapia, dicono i ricercatori.

“Il digiuno ha molti effetti a livello intestinale , tra cui l’aumento della rigenerazione e potenziali usi in qualsiasi tipo di disturbo che colpisce l’intestino, come infezioni o tumori”, dice Omer Yilmaz, professore associato di biologia del MIT, membro di il Koch Institute for Integrative Cancer Research e uno degli autori senior dello studio. “Comprendere il modo in cui il digiuno migliora la salute generale, compreso il ruolo delle cellule staminali adulte nella rigenerazione intestinale, nella riparazione e nell’invecchiamento, è un interesse fondamentale del mio laboratorio”.

David Sabatini, un professore di biologia del MIT e membro del Whitehead Institute for Biomedical Research, è anche un autore senior del documento, che appare nel numero 3 di Cell Stem Cell.

“Questo studio ha dimostrato che il digiuno induce un interruttore metabolico nelle cellule staminali intestinali, dall’utilizzare i carboidrati a bruciare i grassi”, dice Sabatini. “È interessante notare come il passaggio di queste cellule all’ossidazione degli acidi grassi abbia potenziato significativamente la loro funzione: il targeting farmacologico di questa via può fornire un’opportunità terapeutica per migliorare l’omeostasi tissutale nelle patologie associate all’età”.

Gli autori principali della carta sono del Whitehead Institute Maria Mihaylova e del Koch Institute Chia-Wei Cheng.

Aumentare la rigenerazione

Per molti decenni, gli scienziati hanno scoperto che l’apporto calorico ridotto è associato a una maggiore longevità nell’uomo e in altri organismi. Yilmaz ed i suoi colleghi erano interessati ad esplorare come il digiuno eserciti i suoi effetti a livello molecolare, in particolare nell’intestino.

Le cellule staminali intestinali sono responsabili del mantenimento del rivestimento dell’intestino, che si rinnova in genere ogni cinque giorni. Quando si verifica un infortunio o un’infezione, le cellule staminali sono la chiave per riparare qualsiasi danno. Mentre le persone invecchiano, le capacità rigenerative di queste cellule staminali intestinali diminuiscono, quindi occorre più tempo per recuperarlo.

“Le cellule staminali intestinali fanno il lavoro pesante dell’intestino e danno origine a più cellule staminali e a tutti i vari tipi cellulari differenziati dell’intestino.In particolare, durante l’invecchiamento, la funzione staminale intestinale diminuisce, il che compromette la capacità dell’organo di ripararsi da solo dopo il danno “, dice Yilmaz. “In questa linea di indagine, ci siamo concentrati sulla comprensione di come un digiuno di 24 ore esalta la funzione delle cellule staminali intestinali giovani e meno giovani”.

Dopo che i topi hanno digiunato per 24 ore, i ricercatori hanno rimosso le cellule staminali intestinali e le hanno coltivate in un piatto di coltura, consentendo loro di determinare se le cellule possono dare origine a “mini-intestini” noti come organoidi.

I ricercatori hanno scoperto che le cellule staminali dei topi a digiuno raddoppiavano la loro capacità rigenerativa.

“Era molto ovvio che il digiuno avesse questo effetto davvero immenso sulla capacità delle cripte intestinali di formare più organoidi, che sono guidate dalle cellule staminali”, dice Mihaylova. “Questo è stato qualcosa che abbiamo visto sia nei topi giovani che nei topi anziani, e volevamo davvero capire i meccanismi molecolari alla base di questo.”

Interruttore metabolico

Ulteriori studi, incluso il sequenziamento dell’RNA messaggero delle cellule staminali dei topi che digiunavano, hanno rivelato che il digiuno induce le cellule a passare dal loro normale metabolismo, che brucia carboidrati come gli zuccheri, a metabolizzare gli acidi grassi. Questo passaggio avviene attraverso l’attivazione di fattori di trascrizione chiamati PPAR, che attivano molti geni coinvolti nel metabolizzare gli acidi grassi.

I ricercatori hanno scoperto che se hanno disattivato questo percorso, il digiuno non può aumentare la rigenerazione. Ora pianificano di studiare come questo interruttore metabolico provochi le cellule staminali per migliorare le loro capacità rigenerative.

Hanno anche scoperto che potevano riprodurre gli effetti benefici del digiuno trattando i topi con una molecola che imita gli effetti dei PPAR. “Anche questo è stato molto sorprendente”, dice Cheng. “Attivare una sola via metabolica è sufficiente per invertire certi fenotipi dell’età.”

I risultati suggeriscono che il trattamento farmacologico potrebbe stimolare la rigenerazione senza richiedere ai pazienti di digiunare, il che è difficile per la maggior parte delle persone. Un gruppo che potrebbe trarre beneficio da tale trattamento è costituito da pazienti affetti da cancro sottoposti a chemioterapia, che spesso danneggia le cellule intestinali. Potrebbe anche giovare agli anziani che soffrono di infezioni intestinali o altri disturbi gastrointestinali che possono danneggiare il rivestimento dell’intestino.

I ricercatori hanno in programma di esplorare la potenziale efficacia di tali trattamenti, e sperano anche di studiare se il digiuno influisce sulle abilità rigenerative nelle cellule staminali in altri tipi di tessuto.

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