Regolazione della crescita delle cellule di Schwann mediante campo elettrico pulsato a nanosecondi per la rigenerazione dei nervi periferici in vitro

Ogni anno, milioni di persone sono colpite da lesioni nervose che coinvolgono sia il sistema nervoso periferico (SNP) che il sistema nervoso centrale (SNC)¹. Gli studi hanno dimostrato che la capacità di riparazione assonale del SNC è piuttosto limitata dopo lesioni nervose, mentre il PNS mostra una maggiore capacità a causa della significativa plasticità delle SC². Ciononostante, il raggiungimento della rigenerazione completa dopo lesioni dei nervi periferici rimane arduo e continua a rappresentare una sfida significativa per la salute umana ^3,4. Al giorno d’oggi, gli autotrapianti sono rimasti un trattamento comune nonostante gli svantaggi della morbilità del sito donatore e della disponibilità limitata⁵. Questa situazione ha spinto i ricercatori a esplorare terapie alternative, tra cui i materiali⁶, i fattori molecolari⁷ e la stimolazione elettrica (ES). Come fattore che promuove la crescita assonale e la rigenerazione nervosa⁸, la scelta di un metodo appropriato di ES e l’esplorazione della relazione tra ES e SC diventano essenziali.

Le SC sono le principali cellule gliali del SNP e svolgono un ruolo cruciale nella rigenerazione del PNS ^9,10. A seguito di lesioni dei nervi periferici, le SC subiscono una rapida attivazione, un’ampia riprogrammazione² e la transizione da uno stato di formazione della mielina a una morfologia di supporto alla crescita per condurre la rigenerazione del nervo². Una consistente proliferazione di SC si verifica all’estremità distale del nervo danneggiato, mentre le SC del moncone distale subiscono proliferazione e allungamento per formare la banda di Bungner, che sono necessarie per guidare gli assoni a crescere verso l’organo bersaglio¹¹. Inoltre, le SC dei monconi nervosi prossimali e distali migrano nel ponte nervoso per formare cordoni SC che promuovono la rigenerazione degli assoni¹². Inoltre, studi precedenti hanno dimostrato che la sintesi e la secrezione di fattori rilevanti correlati alle SC cambiano nei casi di rigenerazione dei nervi periferici, inclusi i fattori trascrizionali¹³, i fattori neurotrofici¹⁴ e i regolatori della mielinizzazione¹³. Sulla base di questi, la promozione della proliferazione, della migrazione, della sintesi e della secrezione di fattori rilevanti per migliorare la rigenerazione dei nervi periferici 15 è stata ampiamente studiata per migliorare la rigenerazione dei nervi periferici¹⁵.

Studi precedenti hanno dimostrato la possibilità di utilizzare l’ES per la rigenerazione nervosa¹. Una spiegazione ampiamente accettata è che l’ES può indurre la depolarizzazione delle membrane cellulari, alterare il potenziale di membrana e influenzare le funzioni delle proteine di membrana modificando le distribuzioni di carica su queste biomolecole¹. Tuttavia, la PEF intensa ampiamente applicata può causare dolore intenso, contrazioni muscolari involontarie e fibrillazione cardiaca⁸. Aumenta anche l’attività della creatinchinasi (CK), diminuisce la forza muscolare e induce lo sviluppo di indolenzimento muscolare a insorgenza ritardata (DOMS)¹⁶. nsPEF è una tecnica emergente che stimola i soggetti del test con campi elettrici ad alta tensione entro una durata di impulso di nanosecondi e viene gradualmente utilizzata nella ricerca a livello cellulare^17,18. Studi precedenti hanno riportato che il possibile razionale della nsPEF che promuove la proliferazione cellulare e l’attività degli organelli è la formazione di nanopori di membrana e l’attivazione dei canali ionici, che porta ad un aumento della concentrazione citoplasmatica di Ca^{2+ 19}. nsPEF utilizza la tecnologia di alimentazione a impulsi per caricare la membrana cellulare, producendo impulsi caratterizzati da breve durata, tempo di salita rapido, alta potenza e bassa densità di energia²⁰. Queste caratteristiche suggeriscono che la nsPEF potrebbe essere una modalità preferita con effetti collaterali di stimolazione minimi⁸. Inoltre, nsPEF offre vantaggi come procedure minimamente invasive, reversibilità, adattabilità e non distruttività dei tessuti neurali rispetto agli interventi chirurgici. Una delle principali direzioni di ricerca di nsPEF in campo biomedico è la sua applicazione per l’ablazione del tessuto tumorale utilizzando la stimolazione del campo elettrico ad alta energia 21,22,23. Alcuni risultati della ricerca indicano che il 12-nsPEF può stimolare i nervi periferici senza causare danni²⁴. Tuttavia, al momento, ci sono prove limitate riguardo l’applicazione di nsPEF nel campo della rigenerazione nervosa. Inoltre, stimolare le SC utilizzando nsPEF è un tentativo pionieristico, che contribuisce a ulteriori ricerche cliniche e in vivo. Questo studio esplora se la stimolazione nsPEF delle SC può promuovere la rigenerazione nervosa e fornire una base affidabile per successive ricerche approfondite e sistematiche.