L’ultimo orizzonte terapeutico: il secretoma

Se siete arrivati fino a qui a leggere, vuol dire che il mondo dell’ortobiologia può davvero affascinarvi. Come vedete, le cellule possono fare cose meravigliose. Ma se ci fosse qualche cosa d’altro oltre le cellule, altro oltre il semplice uso delle cellule veicolate nei siti di lesione? Se ci fosse la possibilità di capire e parlare come parlano le cellule? e così dirigere e condizionare positivamente i processi riparativi dei tessuti interagendo direttamente con le cellule che compongono i tessuti con un linguaggio che loro possano capire, o meglio con una “musica” che possa condizionare il loro comportamento tanto quanto le canzoni e la musica hanno influito positivamente nella nostra vita, dandoci emozioni, energia, commozione e passione.

Sì, perché la musica e le canzoni, fatte di parole e note, da sempre accompagnano la nostra vita e parlano al nostro cuore. Ma esiste una musica fatta di note e parole con cui le cellule si parlano e con cui le cellule mesenchimali possono dirigere e condizionare positivamente i processi riparativi.
Questo linguaggio musicale fatto di note e parole si chiama “secretoma”. Le note e le parole che compongono le canzoni del secretoma sono fatte di molecole bioattive come i fattori di crescita, molecole che richiamano altre cellule e molecole come i microRNA (miRNA) che sono filamenti di RNA che possono legarsi al citoplasma e al nucleo delle cellule condizionando la produzione di specifici geni che dirigono il differenziamento cellulare, cioè il modo in cui le cellule si comportano ed evolvono verso un certo tipo di fenotipo come l’osso, la cartilagine o il tendine.
Le “canzoni” del secretoma, che contengono tutte queste molecole, sono sacchettini che le cellule mesenchimali secernono nel micro ambiente in cui si trovano, e i sacchettini si attaccano alle membrane delle cellule bersaglio, e lì riversano il loro contenuto, e da lì, una volta che il contenuto è stato “internalizzato” da una cellula, quella cellula non sarà mai più la stessa, come noi, quando sentiamo un certo tipo di musica che ci cambia profondamente e parla al nostro cuore [1]

Siamo di fronte a un orizzonte terapeutico nuovo in cui, invece di veicolare nei siti di lesione un gruppo di cellule isolate da midollo osseo o tessuto adiposo, noi possiamo iniettare nel sito di riparazione direttamente i sacchettini che contengono tutte le molecole che possono agire positivamente sul sito di riparazione, senza bisogno di seminare direttamente cellule, quindi in un modo volendo più semplice e sicuramente meno problematico da un punto di vista etico, e con un enorme potenziale terapeutico. Sì, perché noi possiamo coltivare le cellule mesenchimali in laboratorio e lì in piastre di coltura, sottoporre queste cellule mesenchimali a modifiche e stimoli in modo che producano un secretoma specifico verso una certa patologia, ad esempio, per curare una lesione cartilaginea, un secretoma ricco di molecole condrogeniche e di miRNA ad azione condrogenica. E come sappiamo nei laboratori abbiamo moltissimi modi per stimolare le cellule a produrre certe sostanze e ad impacchettarle nei sacchettini che costituiscono le canzoni del secretoma. Possiamo usare meccanismi quali la transfezione genica delle cellule, iniettando in queste cellule mesenchimali geni che stimolino la produzione di molecole condrogeniche, ad esempio. E questo processo di transfettare le cellule è molto delicato, ed è davvero difficile, da un punto di vista etico, poter immaginare di iniettare in un paziente una cellula transfettata con un certo tipo di gene. Ma qui l’orizzonte è diverso, siamo nel mondo del secretoma, e noi non inietteremo cellule modificate, ma solo il prodotto di queste cellule. Infatti è possibile dopo averle coltivate e modificate, prendere le cellule mesenchimali e sottoporle a ultra centrifuga in modo da spaccare le membrane cellulari, distruggere l’esterno delle cellule e raccogliere tutti i sacchettini di molecole del secretoma che abbiamo selezionato. Così in laboratorio, al termine di questo processo, noi abbiamo fiale che contengono sacchetti di molecole potentissime. E con questi sacchetti (“specifici” per la cura di una determinata patologia come la lesione cartilaginea o la lesione tendinea o la lesione ossea) possiamo andare dal nostro paziente e procedere con l’iniezione diretta di questi sacchetti nel sito di lesione, e le cellule del sito di lesione saranno condizionate positivamente a produrre un tessuto di riparazione per superare la malattia.

La grande intuizione su cui si basa tutto questo origina dai lavori di Arnold Caplan (2), uno dei “padri” delle cellule staminali nella storia della biologia, che a un certo punto dei suoi studi si è reso conto che l’azione delle cellule mesenchimali, quando venivano iniettate in vivo in un sito di lesione, non era tanto quello di differenziarsi in cellule specifiche, quanto secernere molecole bioattive che stimolavano il tessuto residente e le cellule residenti a compiere il processo riparativo. In pratica la cellula mesenchimale prelevata ad esempio dal midollo osseo nel sito di lesione non tanto si differenziava in osso o cartilagine, ma stimolava le cellule ossee e cartilaginee a riparare la lesione attraverso sostanze bioattive veicolate in questi sacchettini che costituiscono il secretoma.
Nello specifico, i sacchettini si chiamano esosomi quando sono molto piccoli (50-150 nm) e micro vescicole quando sono più grossi (100-1000nm) e il processo riparativo tramite secretoma può essere rappresentato in modo più completo con questo disegno:

Un esempio di tutto questo? Ecco il racconto di uno dei primi studi in cui la potenza del secretoma è stata presentata a un congresso e poi in un articolo scientifico. Siamo nel 2017 e il laboratorio di Stella Cosenza a Montpellier in Francia [3] ha ideato un modello preclinico di artrosi nel topo iniettando un enzima (collagenasi) che distrugge la cartilagine articolare del ginocchio. Dopodiché, hanno iniettato nelle ginocchia di alcuni topi cellule mesenchimali da midollo osseo, una sorgente sicura di riparazione, già sperimentata in altri studi, mentre in altri topi hanno iniettato solo gli esosomi prelevati dalle cellule mesenchimali in coltura. La partita si giocava sul campo dell’artrosi tra due squadre, cellule contro esosomi, cioè le cellule contro la loro musica. La cosa più straordinaria è che le cellule hanno ottenuto una grandissima riparazione, ma la partita si è conclusa con un grande pareggio perché l’iniezione degli esosomi ha ottenuto risultati strabilianti. E da qui tantissimi studi scientifici che rappresentano le avventure di gruppi di ricerca che utilizzano il secretoma per riparare lesioni di cartilagine, tendine, osso, ma anche in ambito extra ortopedico, in applicazioni per le malattie neurologiche degenerative e gli esiti degli ictus. E non solo in laboratorio in modelli preclinici, ma la letteratura scientifica inizia a raccontarci gli studi sull’uomo in cui questo approccio è stato utilizzato con successo.

La storia dell’ortobiologia continua e sicuramente il secretoma rappresenta uno dei futuri protagonisti. E la “musica del secretoma” ci accompagnerà per tantissimi anni per guarire le nostre malattie. D’altronde, come ha detto Bruce Springsteen: “You can change someone’s life in three minutes with the right song” (Springsteen B, the Guardian, October 30th, 2016).

Bibliografia
   1) Marmotti A, Coco M, Mangiavini L, de Girolamo L, Bellato E, Ragni E, Taverna D and Castoldi F (2025). Introduction to the Concept of the Secretome in Orthopaedics. In: Gobbi, A., Nakamura, N., Lane, J.G., Dallo, I. (eds) Regenerative Medicine in Sports and Orthopaedics. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-84693-9_12
   2) Caplan AI, Correa D. The MSC: an injury drugstore. Cell Stem Cell. 2011 Jul 8;9(1):11-5. doi: 10.1016/j.stem.2011.06.008. PMID: 21726829; PMCID: PMC3144500.
   3) Cosenza S, Ruiz M, Toupet K, Jorgensen C, Noël D. Mesenchymal stem cells derived exosomes and microparticles protect cartilage and bone from degradation in osteoarthritis. Sci Rep. 2017 Nov 24;7(1):16214. doi: 10.1038/s41598-017-15376-8. PMID: 29176667; PMCID: PMC5701135.

AUTORI:
Antonio Marmotti: Dipartimento di Ortopedia e Traumatologia e Centro di Biotecnologie Molecolari “Guido Tarone”, Università di Torino

Martina Coco: Dipartimento di Ortopedia e Traumatologia e Centro di Biotecnologie Molecolari “Guido Tarone”, Università di Torino

COMITATO SCIENZE DI BASE SIAGASCOT (Berardo Di Matteo - Presidente; Paola De Luca - Vicepresidente; Laura de Girolamo; Giuseppe Anzillotti, Alessandra Berton, Arianna Carnevale, Carola Cavallo, Davide Cucchi, Silvana De Giorgi, Riccardo Giorgino, Laura Mangiavini, Alessandra Menon, Alessandra Nannini, Nicolò Rossi, Gianluca Vadalà, Francesca Veronesi)