Nanovescicole vegetali: i grandi vettori della salute

Le nanovescicole derivate dalle piante – grazie soprattutto alla struttura lipidica che ne protegge il contenuto dagli agenti esterni – sono nanotrasportatori naturali per qualsiasi composto bioattivo. La ricerca scientifica ha dimostrato che le nanovescicole derivanti dalle piante hanno un grande potenziale in medicina, lì dove sia necessario agire sulla regolazione di processi biologici fondamentali per il corretto funzionamento metabolico. In particolare, sono state riscontrate rilevanti potenzialità rispetto alla risposta immunitaria, nello sviluppo e nella rigenerazione dei tessuti e nella supplementazione naturale di tutti i bioattivi di cui l’organismo ha assoluta necessità.

Possibile la scalabilità industriale

Noi di Exo Lab Italia abbiamo caratterizzato i bioattivi presenti nelle nanovescicole da frutta e vegetali e i risultati hanno dimostrato che queste, non solo contengono una varietà di biomolecole di estrema importanza per la salute umana, ma le stesse sono organizzate in una nanostruttura che rappresenta il maggior elemento di resilienza della pianta ( “nano-fito complesso”). Inoltre, le nanovescicole da frutta e vegetali hanno un enorme vantaggio rispetto alle nanovescicole umane (esosomi): pur avendo struttura e funzioni simili sono ottenibili in quantità scalabili industrialmente.

Il ruolo delle Evs nella omeostasi dinamica

Negli ultimi decenni le vescicole extracellulari – Evs (nanovescicole vegetali, umane e animali) sono state studiate estensivamente e rappresentano un’area di ricerca tra le più innovative e promettenti in ambito biomedico. Uno degli aspetti più interessanti che riguardano le Evs è il loro ruolo nel mantenere una continua connessione tra cellule, organi e apparati, anche in organismi complessi come quello umano. Infatti, già sappiamo che, una volta rilasciate all’esterno di una cellula, contenuta in un organo o compartimento, le Evs entrano nel torrente sanguigno, raggiungendo siti distanti e apparentemente disconnessi da quello di partenza. Sulla base di questi dati è stata formulata l’ipotesi, in parte già dimostrata che, attraverso le Evs, gli organismi viventi mantengono un continuo dialogo all’interno degli stessi apparati e con apparati distanti, che è di vitale importanza per il mantenimento della cosiddetta omeostasi dinamica.

Un efficace sistema di trasporto ma non solo

Le Evs rappresentano, da una parte un sistema di trasporto per molecole endogene di vario tipo (proteine, lipidi, acidi nucleici), dall’altra un serbatoio per una serie di biomarcatori di malattia. A questo proposito, alcuni studi clinici hanno dimostrato, utilizzando tecniche diverse, che nel plasma dei pazienti con tumore, il numero e le dimensioni delle Evs variano a seconda dello stato di malattia. Nell’ultimo decennio, oltre al metodo basato su test ELISA dopo immunocattura degli esosomi, è stato introdotto l’uso della Nanosight Tracking Analysis (NTA) e di una analisi citofluorimetrica (Nanoscale Flow cytometry). Queste analisi sono state usate in studi precedenti del nostro gruppo di ricerca con risultati concordanti. Attraverso queste metodologie si è potuto dimostrare che le Evs di origine umana (esosomi) sono presenti in vari liquidi biologici e in varie condizioni morbose. L’uso delle Evs umane come elemento diagnostico/prognostico è ormai considerato il futuro della ricerca in medicina.

Rischi abbattuti

Altro discorso è l’utilizzo delle Evs umane in terapia e nel trasporto di farmaci che fa riferimento in gran parte a studi pre-clinici e questo è dovuto ad alcune ragioni. La prima è il limite della produzione in larga scala (industriale) di Evs umane da cellule normali. Anche le cell factories non potranno mai assicurare la produzione industriale di Evs umane. Un’altra ragione è che le Evs umane rappresentano un meccanismo attraverso il quale il nostro corpo si libera di sostanze tossiche o potenzialmente pericolose. Queste comprendono molecole rilasciate dai tumori, acidi nucleici e agenti trasmissibili. Per tutte queste ragioni l’utilizzo di Evs vegetali purificate da piante coltivate biologicamente appare privo di pericoli.

A sostegno della biodisponibilità

Di fatto le Evs umane e le Evs vegetali hanno alcuni aspetti in comune come le dimensioni e la struttura molecolare. La differenza sostanziale riguarda la capacità delle Evs vegetali di trasportare bioattivi necessari a vari processi metabolici del nostro organismo e i nostri risultati hanno dimostrato che tali bioattivi hanno una piena funzionalità, in termini di attività enzimatica/biologica. Questo è di grande importanza in ambito nutraceutico dove la gran parte degli integratori presenti in commercio hanno limiti legati al basso livello di biodisponibilità, dovuti all’alta instabilità, alla termo e fotosensibilità e all’ossidazione, che spesso intervengono ancora prima dell’assunzione.

Perché preferire l’agricoltura biologica

Come accennato, le Evs vegetali proteggono i bioattivi contenuti dall’attacco degli agenti esterni, attraverso la membrana lipidica. Oggi noi conosciamo il contenuto in termini di bioattivi delle nanovescicole da frutta e vegetali. Inoltre, sappiamo che esistono differenze sostanziali, sia quantitative che qualitative, tra le nanovescicole ottenute da frutta e vegetali provenienti da agricoltura biologica e quelle prodotte da agricoltura intensiva.

In particolare, le Evs da agricoltura biologica mostrano un numero maggiore e una superiore capacità antiossidante. Si può partire quindi da un nuovo acronimo PDNVs, (plant derived nanovesicles), ma ancora più importante è il fatto che le PDNVs contengono quantità variabili di acido ascorbico, glutatione, superossido dismutasi-1 (SOD-1) e catalasi. Tutti questi bioattivi hanno un ruolo fondamentale in molte funzioni del nostro organismo: formazione di collagene, assorbimento di ferro, molti processi metabolici cellulari e non ultima la regolazione della risposta immunitaria.

Tutti i vantaggi dimostrati

Noi abbiamo focalizzato la nostra attività sulle PDNVs da agricoltura biologica di cui vogliamo sottolineare i vantaggi dimostrati: 1 – sono nanovescicole offerte dalla natura stessa per sfruttarne le loro funzioni di comunicazione intercellulare, intraspecie ed interspecie; 2 – la loro membrana lipidica protegge i bioattivi contenuti dalle aggressioni esterne; 3 – posseggono un meccanismo naturale che consente un facile uptake da parte delle cellule con cui vengono in contatto, attraverso la fusione membrana-membrana, meccanismo che sfruttano per passare barriere fino ad oggi considerate dei sacrari, come il sistema nervoso centrale e la placenta; 4 – sono tollerate dal sistema immunitario in quanto normalmente assunte attraverso gli alimenti; 5 – attraverso le metodiche da noi usate sono quantificabili e quindi scalabili ed utilizzabili per uso industriale; 6 – non ultimo il fatto che provenendo da agricoltura che non usa pesticidi, non contengono sostanze tossiche. Per tutte queste ragioni le nanovescicole da frutta e vegetali possono essere usate come dermocosmetici, agenti terapeutici e trasportatori di farmaci, ma sopra ogni cosa si stanno guadagnando un ruolo chiave nel futuro della supplementazione e dell’integrazione.

Differenze tra nanovescicole e liposomi

Il gruppo delle particelle e delle vescicole di dimensioni nanometriche a oggi comprende:

• vescicole extracellulari naturali, di origine umana, animale o vegetale;
• vescicole artificiali che si possono formare nei processi di preparazione o estrazione;
• particelle artificiali/sintetiche prevalentemente di origine lipidica, dette anche liposomi.

Fra queste l’interesse si sta focalizzando sulle nanovescicole derivate dalle piante proprio per la loro origine interamente naturale. Abbiamo già accennato al loro contenuto in termini di bioattivi interamente biodisponibili e alla capacità delle nanovescicole di proteggerli da agenti esterni tramite la loro membrana lipidica. L’innocuità delle nanovescicole vegetali è testimoniata principalmente dal fatto che sono purificate da alimenti che sono in gran parte già presenti nella nostra dieta. Di grande interesse è il fatto che le Evs derivate da frutta e vegetali possono facilmente entrare nelle cellule di mammifero e di fatto rappresentano il mezzo di regolazione genica tra specie diverse (plant-animal cross-kingdom gene regulation). Per esempio è stato dimostrato che i piccoli RNA delle piante vengono “impacchettati” all’interno delle Evs di origine vegetale e che all’interno delle nanovescicole possono sopravvivere a lungo nella forma attiva anche una volta ingerite, così da poter modulare i processi vitali della cellula che li sta ospitando, attraverso un “crosstalk genetico”.

Le prospettive del drug delivery

Un capitolo a parte deve essere dedicato al possibile impiego delle EVs derivate da frutta e vegetali nel trasporto di farmaci (Drug-Delivery). Si sa infatti che, le nanovescicole umane (esosomi) sono in grado di farlo. Quello su cui si è mossa la ricerca farmacologica negli ultimi 30 anni è stata la realizzazione di “zattere” artificiali che migliorassero l’efficacia di farmaci già conosciuti, diminuendone gli effetti collaterali. L’idea era ed è quella di inglobare le molecole terapeutiche durante il processo di sintesi di “zattere lipidiche”, dette liposomi, che di fatto sono gli unici dispositivi medici creati per il trasporto farmacologico testati clinicamente. Ad oggi i liposomi sono stati disegnati per incapsulare sia molecole idrofiliche, come siRNA, RNA and DNA (utilizzando vescicole con un nucleo acquoso) sia molecole idrofobiche, come proteine, peptidi fenolici e anticorpi terapeutici, usando liposomi costituiti da lipidi impacchettati. Le tecniche utilizzate per ottenere i liposomi sono diverse: dall’estrusione dalle membrane cellulari, alla sonicazione, alla micro-emulsione, ai rispettivi cicli di congelamento e scongelamento (freezing-thawing). Con queste tecniche si sono ottenute formulazioni basate su liposomi con una serie di chemioterapici e antibiotici (amfotericina-B, verteporfina, citarabina, solfato di morfina e daunorubbicina), ma molto più di recente per i vaccini Sars-Cov-2 (Pfizer e Moderna).

La chimica non serve

È stata dimostrata la piena capacità delle nanovescicole umane di trasportare molecole terapeutiche di varia natura, senza la necessità di usare sostanze di chimiche per modificare la membrana lipidica delle nanovescicole, essendo esse stesse dei trasportatori naturali. Di fatto le nanovescicole sono in grado di trasportare naturalmente vari bioattivi e anticorpi terapeutici. Per analogia appare quindi del tutto ragionevole che la stessa cosa siano in grado di farla le nanovescicole derivanti da frutta e vegetali, che hanno struttura e proprietà del tutto simili a quelle umane. Infatti, esistono chiare evidenze scientifiche che le nanovesicole derivanti da piante siano in grado di trasportare naturalmente molecole chimiche.