Un team internazionale di ricercatori, guidati dal Massachusetts Institute of Technology (Mit), ha sviluppato un modello su chip della milza per simulare la sua funzione di filtro del sangue e capire quando e perché l’organo “si ottura” nei pazienti con anemia falciforme, una malattia rara in cui i globuli rossi, per via di una mutazione genetica, assumono una caratteristica forma a falce e che ha pesanti ripercussioni sulla qualità della vita. Ecco come hanno fatto e cosa hanno scoperto.
Come funziona la milza
Ogni giorno la nostra milza filtra milioni di globuli rossi del sangue. Il sangue scorre attraverso la milza, costretto a passare nelle fessure interendoteliali formate dagli spazi tra le pareti dei vasi sanguigni dell’organo. Sono intercapedini strettissime, anche per un globulo rosso, che dunque per attraversarle deve essere sufficientemente flessibile. I globuli rossi vecchi (la vita media è di 120 giorni), danneggiati, quelli particolarmente rigidi rimangono intrappolati e vengono presto fagocitati dai macrofagi (le cellule immunitarie che fungono da spazzini dell’organismo) per essere eliminati.
Anemia falciforme e sequestro splenico
Nella maggior parte della popolazione questo processo avviene senza intoppi e ogni giorno viene eliminato circa l’1% delle cellule rosse del sangue. Non è sempre così, però, per le persone - milioni nel mondo - che sono affette da anemia falciforme (o drepanocitosi). A causa di una mutazione genetica sull’emoglobina (la proteina che lega ossigeno e anidride carbonica), i globuli rossi di una persona drepanocitica possono assumere una forma anomala: in condizioni di basso ossigeno, anziché mantenere la forma a disco biconcavo, diventano “a falce”. Questa forma li rende più rigidi, fragili e facilmente aggregabili - caratteristiche che determinano i tipici dolori e l’anemia della malattia, e che può causare il cosiddetto sequestro splenico acuto. In poche parole, a una persona con anemia falciforme si può “bloccare” la milza per via dei troppi globuli rossi danneggiati che non riesco a passare attraverso il filtro dell’organo e non riescono a essere smaltiti abbastanza in fretta dai macrofagi. Questa condizione non è frequente (si presenta nel 5% circa dei pazienti, di solito nei bambini), ma è molto dolorosa e può diventare molto grave, fino a mettere in pericolo la vita del paziente. Il trattamento prevede trasfusioni di sangue per tamponare la crisi emolitica e può richiedere l’asportazione chirurgica della milza ingrossata.
Milza su chip
Per capire meglio il fenomeno del sequestro splenico e identificare con precisione le condizioni che lo causano, i ricercatori guidati dall’Mit hanno creato un dispositivo microfluidico su due chip: uno che riproduce le fessure interendoteliali della milza (il filtro) e uno che imita l’azione dei macrofagi.
Hanno quindi fatto diversi esperimenti utilizzando globuli rossi di persone sane e globuli rossi di persone con l’anemia falciforme a diverse pressioni parziali di ossigeno. Hanno così osservato che quando l’ossigeno è basso (2%) le cellule a forma di falce ostruiscono completamente il filtro, ma se l’ossigeno viene aumentato il blocco si risolve. Già al 5% di ossigeno, malgrado ci sia un certo intasamento, la situazione è molto migliore.
La percentuale di ossigeno influenza anche l’azione dei macrofagi. Quando i livelli di ossigeno sono bassi i globuli rossi a falce hanno più probabilità di essere catturati e fagocitati dai macrofagi. Tuttavia in queste condizioni le cellule immunitarie non riescono a smaltirli abbastanza in fretta, sia per la quantità sia perché sono difficili da scomporre. Circa la metà dei globuli falciformi - riferiscono i ricercatori - mantiene la forma anomala anche dopo essere stato assorbito dai macrofagi, rallentando il processo di digestione.
Secondo gli scienziati questo spiegherebbe in parte perché con le trasfusioni, che portano sangue ricco di ossigeno alla milza, i pazienti con un sequestro splenico acuto stanno meglio.
Il modello di milza su chip, adesso, verrà utilizzato anche per studiare come i farmaci usati per il trattamento dell’anemia falciforme influenzano il comportamento dei globuli rossi. La speranza è che un giorno la milza su chip possa servire per monitorare le condizioni di ogni paziente e aiutare i medici a prendere decisioni sulle misure da adottare in ogni specifica situazione.
