Ricerca cardiocerebrovascolare: modelli sperimentali e imaging in vivo

Responsabile

Luigi Sironi
Sironi

L’attività di ricerca dell’Unità è focalizzata su due filoni.

1. Indagine dei meccanismi cellulari e molecolari che sono coinvolti nello sviluppo di patologie cardio- e cerebro-vascolari e nella ricerca di approcci farmacologici innovativi per la loro prevenzione e cura.

Particolare attenzione è rivolta ai processi degenerativi – infiammazione, ipertrofia, fibrosi e senescenza cellulare – che si istaurano in presenza di ipertensione grave o in seguito ad un insulto ischemico, sia a livello cardiaco che cerebrale, al fine di identificare i target molecolari coinvolti nella fase acuta del danno e nella fase tardiva di rimodellamento tessutale. La potenzialità terapeutica della modulazione farmacologica dei target molecolari identificati viene valutata indagando diversi outcome, che dipendono dal modello sperimentale utilizzato, quali la capacità di ridurre il volume del danno ischemico e di preservare la funzionalità d’organo.

2. Comprensione dei meccanismi molecolari e cellulari coinvolti nell'aterotrombosi, con particolare interesse al ruolo delle cellule vascolari e del sangue nei processi di formazione, progressione e risoluzione del trombo.

Gli studi sono mirati a capire come modificazioni genetiche, ambientali e comportamentali predispongono alle malattie cardiovascolari al fine di identificare e caratterizzare i meccanismi molecolari con cui i fattori di rischio convenzionali (età, storia familiare, ipertensione, dislipidemia, diabete ed obesità) e non convenzionali (stress psicosociale, depressione, infiammazione etc..) interagiscono con corretti/scorretti stili di vita (abitudini alimentari, attività fisica, fumo di sigaretta etc.) nel prevenire/promuovere l’aterotrombosi. Particolare attenzione inoltre è volta a capire il contributo della piastrina non solo nella formazione del trombo e nella crescita, sviluppo e destabilizzazione della placca aterosclerotica, ma anche il loro potenziale ruolo nella rigenerazione vascolare e miocardica.

Tutti gli studi sono condotti avvalendosi di modalità di imaging, quali la risonanza magnetica ad immagini (MRI) e l’ecocardiografia ad alta risoluzione, due tecnologie sicure e non invasive che permettono lo studio longitudinale di modelli sperimentali in vivo. L’utilizzo di queste tecniche di imaging, utilizzate anche nella pratica clinica, permette di effettuare degli studi traslazionali, che consentono di applicare in maniera più diretta le scoperte fatte negli studi di base alla clinica.

L’attività di ricerca dell’Unità si svolge presso il Dipartimento di Scienze Farmacologiche e Biomolecolari dell’Università degli Studi di Milano dove sono allocati uno scanner MRI (Bruker Avance II, 4.7T) e una piattaforma ecocardiografica VisualSonics Vevo2100.

Progetti

  • Caratterizzazione e monitoraggio del danno ischemico cardiaco con risonanza magnetica cardiaca ed ecocardiografia ad alta risoluzione

    L’Unità ha recentemente sviluppato, in piccoli roditori, un’applicazione della risonanza magnetica cardiaca che permette di ottenere un’immagine precisa di quello che succede longitudinalmente – ovvero in uno stesso soggetto nel tempo – nelle diverse regioni del miocardio in seguito ad un insulto ischemico. Questo viene effettuato attraverso un indice, il regional fractional area change, RFAC, che suddividendo il cuore in settori (figura1) assegna a ognuno di essi un valore della performance funzionale.

    Tali valori sono quindi raffigurati attraverso rappresentazione bull’s eye che servendosi di una scala di colori da verde (funzionalità normale) a rosso (funzionalità ridotta) permette di avere un’immagine precisa dello stato funzionale di ogni regione del cuore. Associando la RFAC a un’analisi dell’espressione genica, è possibile identificare processi molecolari attivi “localmente” e responsabili del rimodellamento tessutale.

    Tali informazioni sono utilizzate per definire target molecolari che possono essere modulati con approcci terapeutici mirati. L’utilizzo dell’ecocardiografia permette infine di avere un quadro funzionale completo del cuore attraverso lo studio strutturale e funzionale di atrio e auricola, che nei roditori non sono facilmente visualizzabili con le tecniche MRI.

    Sironi 1

    Figura 1


    Caratterizzazione dell’ischemia cerebrale acuta e valutazione dell’efficacia di trattamenti farmacologici tramite MRI

    L’Unità è da tempo impegnata nella definizione dei meccanismi molecolari responsabili del rimodellamento tessutale successivo ad ischemia e nella ricerca di nuovi target farmacologici. In questi studi è risultato di fondamentale importanza l’uso della MRI, una tecnica che permette di visualizzare non solo l’andamento della variazione del volume del danno e lo sviluppo di atrofia cerebrale, ma anche come l’architettura delle fibre nervose (la figura 2 riporta la disposizione spaziale delle fibre in un cervello murino sano) venga alterata e rimodellata durante le fasi post-ischemia.

    Sironi 2

    Figura 2

    Negli ultimi anni un finanziamento ottenuto assieme ad un consorzio di ricerca internazionale - di cui il Centro Cardiologico Monzino è capofila - nell’ambito dei progetti ERANET-Neuron, ha permesso di identificare il ruolo di GPR17, un recettore duale recentemente de-orfanizzato, nelle fasi di rimodellamento post-ischemia a breve e a lungo termine.

    Una nuova linea di ricerca, finanziata dalla Fondazione Cariplo e supportata dalla Fondazione IEO-CCM, riguarda lo studio dell’interazione tra GPR17 e le cellule della microglia, le “cellule spazzine” del cervello, la cui attività può essere modulata farmacologicamente con risultati, seppur ancora preliminari e che necessitano di ulteriori studi futuri, estremamente incoraggianti sulla riduzione del danno e sul recupero funzionale motorio dopo ischemia.


    Interazione gene-ambiente nella patologia cardiovascolare

    Recentemente è stato dimostrato che una variazione nella sequenza del gene umano codificante per la neurotrofina BDNF (brain-derived neurotrophic factor) denominato polimorfismo BDNF Val66Met, associato all’aumentata insorgenza di disturbi psichiatrici come la depressione, sia prevalente in pazienti con infarto miocardico acuto (Amadio P et al, Eur Heart J, 2015). Il polimorfismo BDNF Val66Met sembrerebbe predisporre contemporaneamente, almeno in un modello sperimentale, a depressione, iper-reattività piastrinica e a uno stato iper-procoagulante e pro-infiammatorio con conseguente predisposizione alla trombosi. I progetti correnti sono indirizzati a:

    • identificare i meccanismi molecolari con cui questo polimorfismo modula la trombosi/infarto coronarico, prestando particolare attenzione alle diverse popolazioni cellulari (endotelio, cellule muscolari lisce, piastrine, leucociti, megacariociti, cardiomiciti etc);
    • individuare se e come scorretti stili di vita interagiscono con polimorfismo BDNF Val66Met nel predisporre alla depressione e/o contemporaneamente all’atero-trombosi;
    • studiare l’impatto di corretti stili di vita e/o il trattamento farmacologico (con antidepressivi) sull’aterotrombosi in questo modello sperimentale;
    • definire la relazione tra altri polimorfismi genici del BDNF e i suoi livelli circolanti con la presenza o meno di un quadro depressivo in pazienti con patologia coronarica, e l’impatto di tali polimorfismi sui marcatori trombotici e nell’evoluzione della malattia cardiovascolare.


    Impatto dei neurotrasmettitori nella fisiopatologia delle piastrine e loro ruolo a livello cardiovascolare

    Le piastrine sono da sempre considerate cellule con grande similitudine ai neuroni. In comune con i neuroni le piastrine condividono la stessa origine embrionale, l’espressione di numerosi neurotrasmettitori (ammine biogene, amminoacidi e peptidi, es. serotonina, glutammato, BDNF), dei loro trasportatori e recettori, tanto da essere considerate spesso lo specchio periferico della situazione cerebrale. Tuttavia, è ancora poco conosciuto l’interazione di questi neurotrasmettitori con la piastrina nel contesto cardiovascolare.

    Una nuova linea di ricerca del laboratorio è volta a capire i meccanismi che regolano l’assorbimento di questi neurotrasmettitori dal torrente circolatorio e la loro secrezione, così come il significato/impatto fisiopatologico del loro rilascio dalla piastrina. Inoltre viene studiato l’effetto di alcuni neurotrasmettitori e delle neurotrofine, come il BDNF, sulla megacariopoiesi e sull’attivazione piastrinica.

migliori pubblicazioni negli ultimi 3 anni

    • Gelosa P, Lecca D, Fumagalli M, Wypych D, Pignieri A, Cimino M, Verderio C, Enerbäck M, Nikookhesal E, Tremoli E, Abbracchio MP, Sironi L. Microglia is a key player in the reduction of stroke damage promoted by the new antithrombotic agent ticagrelor. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism 2014; 34: 979-988.
    • Cosentino S, Castiglioni L, Colazzo F, Nobili E, Tremoli E, Rosa P, Abbracchio MP, Sironi S, Pesce M. Expression of dual Nucleotides/Cysteinyl-Leukotrienes Receptor GPR17 in early trafficking of cardiac stromal cells after myocardial infarction. Journal of Cellular and Molecular Medicine 2014; 18:1785-1796.
    • Castiglioni L, Colazzo F, Fontana L, Colombo GI, Piacentini L, Bono E, Milano G, Paleari S, Palermo A, Guerrini U, Tremoli E, Sironi L. Evaluation of left ventricle function by regional fractional area change (RFAC), in a mouse model of myocardial infarction secondary to valsartan treatment. Plos One 2015; 10(8): e0135778.
    • Amadio P, Colombo GI, Tarantino E, Gianellini S, Ieraci A, Brioschi M, Banfi C, Werba JP, Parolari A, Lee FS, Tremoli E, Barbieri SS. BDFN Val 66 Met polymorphism: a potential bridge between depression and thrombosis. Eur Heart J 2015. [Epub ahead of print].
    • Barbieri SS, Petrucci G, Tarantino E, Amadio P, Rocca B, Pesce M, Machlus KR, Ranelletti FO, Gianellini S, Weksler BB, Italiano JE, Tremoli E. Abnormal Megakaryopoiesis and Platelet Function in Cyclooxygenase-2-Deficient Mice.Thrombosis and Haemostasis. 2015;114(6):1218-29.
    • Amadio P, Baldassarre D, Tarantino E, Zacchi E, Gianellini S, Squellerio I, Amato M, Weklser BB, Tremoli E, Barbieri SS. Production of Prostaglandin E2 Induced by Cigarette Smoke Modulation Tissue Factor Expression and Activity in Endothelial cells. Faseb J 2015; 29(9):4001-10.
    • Bonacina F*, Barbieri SS*, Cutuli L, Amadio P, Doni A, Sironi M, Tartari S, Mantovani A, Bottazzi B, Garlanda C, Tremoli E, Catapano AL, Norata GD. Vascular pentraxin 3 controls arterial thrombosis by targeting collagen and fibrinogen induced platelets aggregation. Biochim Biophys Acta. 2016. [Epub ahead of print]. *equally contributed

Staff

  • Silvia Barbieri, Staff Scientist
    Paolo Gelosa, Postdoctoral Fellow
    Francesca Colazzo, Postdoctoral Fellow
    Patrizia Amadio, Research Fellow
    Leonardo Sandrini, Research Fellow
    Lucia Fontana, Research Fellow