I mitocondri fungono da fonte di energia primaria per la maggior parte dei tipi di cellule, con la disfunzione mitocondriale che colpisce in particolare i tessuti ad alta richiesta di energia come la retina1. Le alterazioni metaboliche della retina possono innescare una crisi bioenergetica, con conseguente morte dei fotorecettori e/o delle cellule RPE2. Le terapie a base di cellule staminali mesenchimali (MSC) hanno dimostrato efficacia nel trattamento della degenerazione oculare e uno dei meccanismi precisi alla base degli effetti benefici delle MSC sui tessuti retinici può essere attribuito al trasferimento mitocondriale funzionale 3,4,5,6. Nel 2004, Rustom et al. hanno riportato per la prima volta il fenomeno del trasferimento mitocondriale attraverso una nuova interazione cellula-cellula facilitata da nanotubi a effetto tunnel (TNT)7.
Nella coltura 2D, i nanotubi a effetto tunnel (TNT) sono identificati dalle loro sottili sporgenze di membrana (20-700 nm) che vanno da decine a centinaia di nanometri di lunghezza, che sono sospese sul substrato e possono stabilire direttamente connessioni tra due o più cellule omotipiche ed eterotipiche. Queste strutture sono notevolmente arricchite in F-actina e facilitano il trasporto di merci, come i mitocondri, tra le cellule. Inoltre, i TNT possiedono aperture ad entrambe le estremità, che consentono la continuità del contenuto citoplasmatico tra le cellule interconnesse8.
È difficile rilevare il trasferimento mitocondriale mediato da TNT in vivo a causa della densa disposizione cellulare e delle difficoltà nel tracciare i mitocondri. La sperimentazione in vitro, utilizzando tecniche di co-coltura cellulare e tracciamento mitocondriale, consente l'osservazione della formazione di TNT e del trasferimento mitocondriale 8,9. Abbiamo anche osservato il fenomeno del trasferimento mitocondriale mediato da TNT mediante co-coltura di MSC e cellule epiteliali pigmentate retiniche in vitro10.
Molti studi precedenti hanno osservato solo il trasferimento mitocondriale unidirezionale dalle MSC ad altre cellule 3,4,5,6. In precedenza, abbiamo anche provato ad analizzare il trasferimento mitocondriale bidirezionale utilizzando due tipi di cellule marcate rispettivamente con mito-tracker verde e mito-tracker rosso, ma il crosstalk dei coloranti ha interferito con i risultati sperimentali. Per studiare più precisamente il trasferimento bidirezionale mitocondriale, qui, abbiamo costruito due linee cellulari con diversa fluorescenza mitocondriale utilizzando la tecnica della trasfezione lentivirale e, successivamente, abbiamo osservato e analizzato i fenomeni di formazione di TNT e trasferimento bidirezionale mitocondriale mediante co-coltura diretta in vitro.
In breve, viene descritto un protocollo passo-passo e attuabile su come tracciare i mitocondri, co-coltivare le MSC con le cellule ARPE19 e analizzare la formazione di TNT e il trasferimento mitocondriale. I risultati di questo esperimento hanno dimostrato il trasferimento mitocondriale bidirezionale mediato da TNT, che non solo ha dimostrato che il trasporto mitocondriale è un fenomeno fisiologico comune, ma ha anche mostrato la potenziale capacità terapeutica delle MSC sulle cellule retiniche.