Valutazione della capacità di rigenerazione delle cellule satelliti del quadricipite rispetto a quella del diaframma (ECARS)

Questo studio si concentra sulla ventilazione meccanica utilizzata nell'unità di terapia intensiva per integrare la funzione ventilatoria nei pazienti. Infatti, la ventilazione meccanica può essere "paradossalmente" all'origine di complicanze che possono essere pericolose per la vita dei pazienti. Infatti, la ventilazione meccanica acquista scaricando i muscoli respiratori, può indurre atrofia di questi muscoli e un'alterazione delle loro proprietà contrattili indotta da un disturbo dello stato redox e della rigenerazione tissutale. Questa patologia muscolare è chiamata disfunzione diaframmatica indotta dalla ventilazione (DDIV).

Nei modelli animali, le molecole antiossidanti hanno mostrato un effetto benefico per limitare questa patologia, evidenziando l'importanza dello stress ossidativo nella fisiopatologia del DDIV. Tra le diverse molecole testate, l'SS-31, che è un chelante dei radicali liberi specifico dei mitocondri, ha mostrato la sua efficacia nella prevenzione del VIDD in un modello animale. Tuttavia, i dati fisiopatologici nell'uomo sono ancora necessari per proporre questa molecola in una sperimentazione terapeutica. Infatti, il mantenimento della massa muscolare e quindi la rigenerazione dei tessuti dipende dalla capacità delle cellule staminali muscolari (MuSC) o delle cellule satelliti di attivarsi e differenziarsi. L'omeostasi muscolare dipende anche dalla capacità di queste cellule di attivare geni di quiescenza al fine di mantenere un pool di cellule quiescenti che mantengono la capacità di autorinnovamento. Nel contesto di un microambiente patologico che favorisce l'eccessiva attivazione delle cellule satellite, come durante la ventilazione meccanica, i ricercatori possono postulare che ciò porterà a una perdita del pool di cellule quiescenti, inducendo così una perdita di omeostasi del tessuto muscolare responsabile di atrofia a lungo termine. Recenti studi sui topi hanno mostrato un potenziale maggiore di attivazione di queste cellule diaframmatiche quiescenti e di partecipazione al rinnovamento delle fibre muscolari danneggiate rispetto ai muscoli periferici. Questa specificità di attivazione precoce delle cellule satellite diaframmatiche potrebbe indebolirle nei confronti di un microambiente patologico indotto dalla ventilazione meccanica, alterandone la capacità rigenerativa. Ma attualmente non esistono dati negli esseri umani.

I ricercatori vogliono quindi, in questo studio, valutare la specificità del diaframma dei meccanismi fisiopatologici coinvolti nella VIDD, mediante uno studio comparativo nella stessa materia della funzione biologica delle cellule staminali satellite originate dal muscolo quadricipite e dal diaframma. Questo studio è complementare al progetto BOTAN convalidato dall'IRB di Montpellier (numero di accreditamento IRB: 198711), il 24/11/2021 con il numero 2021_IRB-MTP_08-37, che consente la raccolta di cellule satellite diaframmatiche dalla cura. Infatti, nei soggetti inclusi nello studio BOTAN, gli investigatori eseguiranno, durante lo stesso intervento chirurgico, consentendo l'accesso a una biopsia diaframmatica, una biopsia del quadricipite al fine di valutare in parallelo le capacità rigenerative delle cellule staminali del quadricipite , rispetto a quella del diaframma nello stesso paziente.

La nostra ipotesi è che lo stress meccanico e ossidativo imposto dalla ventilazione meccanica porterà a una ridotta attivazione delle cellule satelliti, all'esaurimento del pool di cellule satelliti quiescenti. La conseguenza sarà un'incapacità di rigenerazione del tessuto muscolare e, in ultima analisi, l'atrofia associata alla disfunzione contrattile del diaframma. Confrontando quindi la funzione biologica delle cellule satelliti e le loro capacità rigenerative provenienti da diaframma e quadricipite dello stesso paziente, i ricercatori potranno rispondere alla domanda se le cellule staminali diaframmatiche siano più attive nel loro rinnovamento rispetto a quelle del quadricipite e quindi più suscettibili a perdere il loro pool di cellule quiescenti, alla base dell'atrofia muscolare e del VIDD.

Questo lavoro ci consentirebbe in futuro di identificare nuovi bersagli terapeutici volti a limitare l'attivazione precoce delle cellule satelliti a riposo, dannose per il mantenimento di un pool di cellule satelliti quiescenti durante la ventilazione meccanica, al fine di limitare l'impatto del VIDD.

Inoltre, lo studio BOTAN ci consentirà di proporre un modello in vitro di VIDD da colture di cellule staminali diaframmatiche umane, che saranno sottoposte a stress meccanico simile a quello riscontrato nei pazienti ventilati. Grazie al presente studio, che consentirà di valutare la specificità dell'attivazione precoce delle cellule satelliti del quadricipite rispetto a quella del diaframma nello stesso individuo, i ricercatori potranno anche validare uno strumento in vitro che consente lo screening di cellule bioattive molecole di interesse per limitare la VIDD, senza bisogno di una biopsia del diaframma ma solo di una biopsia del quadricipite, che è molto più semplice e meno invasiva. Pertanto, questo studio è il primo studio sull'uomo a proporre questo tipo di valutazione comparativa, che consentirà di proporre nuovi strumenti minimamente invasivi nella valutazione e nell'ottimizzazione dei trattamenti farmacologici per limitare l'impatto della VIDD.