Valutazione morfo-funzionale degli effetti della fotobiomodulazione sul muscolo scheletrico: una nuova prospettiva per la medicina rigenerativa muscolare

Il muscolo scheletrico adulto possiede una notevole capacità rigenerativa in risposta a un danno focale grazie all’attività di una popolazione di cellule staminali residenti, definite cellule satelliti (Satellite Cells, SC) in quanto localizzate alla periferia delle miofibre adulte, tra il sarcolemma e la membrana basale circostante. In condizioni fisiologiche le SC sono quiescenti, ma in seguito a un danno si attivano, proliferano e iniziano a differenziarsi ripercorrendo essenzialmente le tappe del programma differenziativo miogenico embrionale, generando nuove fibre muscolari mature, mentre una piccola parte di SC va incontro ad autorinnovamento. Tuttavia, in presenza di danni estesi o cronici, la funzionalità di tali cellule può risultare compromessa da una risposta fibrotica aberrante, con conseguente riduzione della capacità rigenerativa del tessuto. In tale contesto, l’impiego di strategie non invasive in grado di potenziare i meccanismi intrinseci di rigenerazione del tessuto muscolare e al contempo di limitare la risposta fibrotica rappresenta un approccio di grande interesse per il recupero morfo-funzionale di un muscolo danneggiato. Tra queste, la fotobiomodulazione (Photobiomodulation, PBM) emerge come una strategia promettente, essendo ben noti i suoi effetti pro-rigenerativi e antifibrotici. Tale fototrattamento consiste nell’applicazione diretta di luce a lunghezze d’onda comprese tra 600 e 1100 nm con densità di energia al target inferiori a 10 J/cm2 mediante dispositivi laser o diodi a emissione di luce (Light Emitting Diodes, LED). Tuttavia, ad oggi, gli effetti dei trattamenti di PBM sul tessuto muscolare restano controversi, non sono presenti in letteratura linee guida univoche sui parametri ottimali di trattamento e i meccanismi d’azione della PBM sul muscolo restano da chiarire. Sulla base di tali considerazioni, scopo dello studio è stato valutare gli effetti di un trattamento di PBM a luce rossa (635 ± 10 nm) a diverse densità di energia (0,4; 4; 8 J/cm2, singola esposizione, non contatto, modalità continua) su mioblasti scheletrici murini (linea C2C12) in condizioni sia proliferanti che differenzianti, in assenza e in presenza del fattore di crescita trasformante-β1 (Transforming Growth Factor-β1, TGF-β1) antimiogenico e profibrotico, al fine di mimare un microambiente danneggiato, e su miotubi differenziati (da considerarsi fibre più mature). Le cellule sono state analizzate mediante un approccio multidisciplinare con tecniche morfologiche, molecolari, biochimiche e elettrofisiologiche. I risultati hanno mostrato che: (i) la PBM non altera la vitalità cellulare né dei mioblasti né dei miotubi maturi. ii) Al contrario, la PBM - in particolare alla densità di energia di 4 J/cm2 - potenzia significativamente il differenziamento miogenico contrastando l'effetto antimiogenico del TGF-β1, come dimostrato dall’aumento del numero e delle dimensioni dei miotubi, dalla maggiore organizzazione del citoscheletro actinico in robuste fibre da stress e dall’incremento dell’espressione nucleare dei fattori di trascrizione miogenica quali MyoD e miogenina. Le analisi elettrofisiologiche hanno ulteriormente confermato l’acquisizione di un fenotipo più maturo nei campioni sottoposti a PBM, evidenziando proprietà passive di membrana e correnti ioniche tipiche di cellule funzionalmente differenziate. (iii) L’irraggiamento ha inoltre promosso il metabolismo e la biogenesi mitocondriale, come dimostrato dall’incremento del segnale di uno specifico marcatore mitocondriale, dall'incremento dell’espressione di PGC-1α e da dati ultrastrutturali che hanno rivelato un aumento del numero di mitocondri e un aumento dell'estensione della superficie delle creste mitocondriali, indicativa di una maggiore attività metabolica. (iv) È stata inoltre osservata la capacità della PBM di aumentare il rilascio di vescicole extracellulari, in linea con un fenotipo promiogenico, sia da parte dei mioblasti in corso di differenziamento che dei miotubi maturi. Questo studio fornisce evidenze a supporto di una marcata azione promiogenica della PBM a luce rossa, costituendo una solida base per futuri studi in campo di medicina rigenerativa del muscolo scheletrico.