Il trapianto di mitocondri inverte l'invecchiamento cardiaco correggendo il malfunzionamento dei processi di pulizia cellulare

La malattia cardiovascolare aumenta rapidamente con l'età e le terapie attuali rallentano la progressione solo in modo modesto, senza riparare il declino di fondo delle cellule del muscolo cardiaco. I cardiomiociti dipendono da mitocondri sani, e la mitofagia, lo smaltimento selettivo dei mitocondri danneggiati, è un sistema centrale di controllo di qualità. Quando questo sistema si blocca, i mitocondri disfunzionali si accumulano, la produzione di energia cala e lo stress ossidativo aumenta. I fattori molecolari alla base di questo fallimento nel cuore che invecchia sono stati definiti in modo insufficiente, e questo studio verifica se la sostituzione dei mitocondri possa porvi rimedio.

I ricercatori hanno usato topi maschi C57BL/6J (di 6–8 settimane) suddivisi in tre gruppi: controlli giovani, un gruppo con invecchiamento cardiaco indotto da doxorubicina e un gruppo di animali invecchiati sottoposti a trapianto mitocondriale. La doxorubicina è stata somministrata a 2,5 mg/kg ogni 3 giorni per sei dosi (15 mg/kg cumulativi). I mitocondri isolati da cellule staminali mesenchimali del midollo osseo di topo sono stati poi iniettati nella vena caudale a 0,5 mg/kg ogni 2 giorni per sei dosi (3 mg/kg cumulativi). Esperimenti paralleli hanno utilizzato cardiomiociti HL-1 trattati con doxorubicina 1,28 μM per 12 ore, poi con 7,5 μg/mL di mitocondri per 12 ore.

Il modello di invecchiamento ha riprodotto le principali caratteristiche dell'invecchiamento cardiaco. L'ecocardiografia (n = 8 per gruppo) ha mostrato una riduzione della frazione di accorciamento e della frazione di eiezione e un volume telesistolico più elevato, mentre il volume telediastolico era invariato. I marcatori di senescenza SA-β-Gal, APOE e p16 erano tutti elevati sia nel tessuto cardiaco sia nelle cellule HL-1, e il sequenziamento dell'RNA ha mostrato un arricchimento delle vie associate all'invecchiamento.

La mitofagia risultava bloccata, piuttosto che semplicemente iperattiva. La microscopia elettronica ha mostrato più mitofagosomi nei cuori invecchiati, e sia LC3B-II sia p62 aumentavano, il che indica una degradazione compromessa. La clorochina, un inibitore lisosomiale, ha aumentato la colocalizzazione di LC3B con i mitocondri nelle cellule giovani ma non in quelle invecchiate, indicando che la fase degradativa era già satura. Le cellule invecchiate mostravano inoltre mitocondri frammentati e arrotondati e un livello più alto di superossido mitocondriale (MitoSOX).

Il trapianto di mitocondri derivati da cellule staminali ha migliorato la funzione cardiaca, con recupero della frazione di accorciamento e della frazione di eiezione rispetto ai topi invecchiati non trattati. Dal punto di vista meccanicistico, gli autori riportano che HIF-3α, di solito considerato un repressore trascrizionale, è anomalmente elevato nei cardiomiociti senescenti e induce direttamente un eccesso di BNIP3, che causa la congestione. Il trapianto ha migliorato l'ATP intracellulare, ridotto l'iperattivazione di HIF-3α-BNIP3, ripristinato un normale flusso mitofagico e invertito le caratteristiche di senescenza. Il lavoro di supporto comprendeva esperimenti di ChIP, di sovraespressione e con siRNA, analisi proteomiche e dataset di singola cellula del cuore umano.

Valgono importanti cautele. La tossicità della doxorubicina approssima soltanto l'invecchiamento naturale, sono stati usati solo topi maschi e la numerosità dei gruppi era ridotta per diversi test. La somministrazione tramite ripetute iniezioni endovenose, la durata del beneficio e la sicurezza nell'uomo non sono state verificate, quindi si tratta di una prova di principio meccanicistica e non di una terapia pronta all'uso.