D-MANNOSIO, LE “MINI-VESCICHE” CONFERMANO IL MECCANISMO D’AZIONE

Il D-mannosio ha un meccanismo d’azione antiadesivo: si lega alle fimbrie di tipo 1 di Escherichia coli e limita l’interazione con le cellule uroteliali. Gli esperimenti su modelli tridimensionali di mini-vescica confermano questo effetto in un sistema che riproduce più fedelmente il tessuto umano.

Di D-mannosio e infezioni urinarie abbiamo parlato molto in questo portale. Brevemente, si tratta di un monosaccaride semplice, isomero del glucosio, che a seguito di assunzione orale viene rapidamente eliminato attraverso le urine. Qui esercita un’azione antiadesiva nei confronti di eventuali batteri, in particolare E. coli, saturando l’adesina FimH, posizionata all’apice delle fimbrie di tipo 1, con cui il batterio aderisce all’urotelio. I batteri legano il D-mannosio disciolto nell’urina invece di agganciarsi all’epitelio vescicale, e vengono così eliminati con la minzione prima di riuscire a colonizzare la mucosa. Questo meccanismo è anche il punto di partenza per prevenire la formazione dei serbatoi batterici intracellulari che alimentano le recidive.

La mini-vescica, uno strumento senza precedenti

Uno studio pubblicato quest’anno su Nature Communications [1] porta nuove evidenze sull’efficacia del D-mannosio grazie a un modello sperimentale innovativo.

Studiare le infezioni urinarie in laboratorio ha sempre presentato un limite fondamentale: i modelli disponibili non riuscivano a riprodurre simultaneamente tutti gli aspetti rilevanti della fisiologia vescicale. I modelli a organoidi offrono un tessuto uroteliale stratificato, ma privo di flusso urinario; i modelli “on-chip” consentono di simulare la minzione, ma mancano di una stratificazione tissutale adeguata; i modelli Transwell non riproducono lo stiramento del tessuto e gli effetti meccanici della minzione. Nessuno permette di studiare la reale interazione tra urina, urotelio e batteri in condizioni dinamiche.

La mini-vescica supera questi limiti, combinando in un unico sistema la stratificazione del tessuto, il flusso di urina e la capacità di stretching meccanico. Si tratta di un microdispositivo in polimero siliconico al cui interno viene ricavata una cavità a forma di vescica. Cellule uroteliali umane primarie vengono seminate in questa cavità e crescono per circa tre settimane fino a formare un epitelio stratificato e differenziato che replica l’architettura e la funzionalità della mucosa vescicale umana: le cellule superficiali (cellule a ombrello) esprimono le proteine tipiche dell’urotelio maturo come le uroplachine, le giunzioni strette tra le cellule formano una barriera impermeabile misurabile, e il tessuto risponde a stimoli meccanici in modo analogo a quanto avviene in vivo, appiattendosi e rinforzando le giunzioni in risposta alla distensione idraulica che simula il riempimento vescicale. Si espone poi l’urotelio a urina, vera o sintetica, e si simula la minzione attraverso lavaggi periodici del lume ogni tre ore. Questo permette di osservare, in tempo reale e per più cicli consecutivi, come i batteri si comportano sia nell’urina sia all’interno del tessuto: due compartimenti che in vivo interagiscono continuamente, ma che non erano mai stati studiati insieme in un sistema in vitro umano.

Il D-mannosio nella mini-vescica

Nello studio in questione, un ceppo clinico di E. coli uropatogeno (UPEC) è stato introdotto nella mini-vescica in urina umana standard oppure contenente D-mannosio, e il suo comportamento è stato osservato durante diversi cicli di minzione. La concentrazione di D-mannosio scelta (2 mg/ml) è clinicamente rilevante, essendo ampiamente raggiungibile a seguito dell’assunzione orale di 1 grammo del monosaccaride [2]. Come controllo aggiuntivo è stato utilizzato un batterio mutante privo di fimbrie funzionali, che ha confermato che tutti gli effetti osservati con il D-mannosio dipendevano specificamente dall’inibizione del legame FimH.

Questi gli effetti osservati.

Riduzione del carico batterico tissutale

Il modello mini-vescica è il primo sistema in vitro umano che consente di visualizzare direttamente, con imaging ad alta risoluzione, i batteri all’interno dei vari strati dell’urotelio. In assenza di D-mannosio, la popolazione batterica adesa e infiltrata nell’urotelio aumenta progressivamente nel corso dei cicli di minzione simulata; il D-mannosio riduce questa progressione in modo statisticamente significativo. Questi dati dimostrano che il D-mannosio, contrastando l’adesione alla superficie uroteliale (che è il prerequisito per qualsiasi forma di colonizzazione tissutale), contribuisce a prevenire a monte la formazione delle colonie batteriche intracellulari e dei serbatoi quiescenti: le strutture batteriche nascoste all’interno delle cellule uroteliali che sfuggono al sistema immunitario e agli antibiotici, e che rappresentano una delle principali cause di recidiva.

Riduzione del carico batterico urinario

Un dato particolarmente illuminante riguarda l’effetto del D-mannosio sulla popolazione batterica libera nell’urina. Nelle mini-vesciche di controllo, dopo ogni lavaggio la concentrazione di UPEC nell’urina si riduce di almeno dieci volte; a questo però segue una rapida fase di ricrescita in cui i batteri raggiungono di nuovo livelli di circa 10⁸ UFC/ml, in un andamento ciclico che replica fedelmente le infezioni non trattate. Nelle mini-vesciche trattate con D-mannosio, la fase di ricrescita è significativamente rallentata. Questo dimostra in modo chiaro che i batteri adesi al tessuto rappresentano un serbatoio che re-inocula l’urina dopo ogni svuotamento vescicale, e il D-mannosio, contrastando l’adesione, spezza il ciclo e contribuisce alla risoluzione dell’episodio acuto.

Protezione dell’urotelio

Nelle mini-vesciche prive di D-mannosio, l’aumento del carico batterico tissutale si associa a un incremento significativo della permeabilità della mucosa e dell’apoptosi cellulare (morte programmate). L’aggiunta di D-mannosio riduce entrambi questi fenomeni, proteggendo la barriera uroteliale dagli effetti deleteri dell’infezione.

Questo effetto, probabilmente, è in larga parte secondario alla riduzione del carico batterico tissutale. Tuttavia esistono evidenze che suggeriscono anche un’azione diretta del D-mannosio sulla fisiologia delle cellule uroteliali, indipendente dal suo ruolo anti-adesivo. Come abbiamo discusso in un articolo precedente, in un modello murino il D-mannosio si è mostrato in grado di agire sull’urotelio come agente senolitico, riattivando l’autofagia lisosomiale, attenuando la senescenza cellulare e riducendo drasticamente l’esfoliazione spontanea dell’epitelio [3].

Conclusioni

Il modello mini-vescica fornisce, ad oggi, la dimostrazione più rigorosa del meccanismo d’azione del D-mannosio nelle infezioni urinarie. Non possiamo considerarlo semplicemente un agente che facilita l’eliminazione dei batteri con le urine: il D-mannosio agisce a un livello più profondo, prevenendo la formazione di nicchie batteriche all’interno dell’urotelio. Queste strutture, pressoché inaccessibili agli antibiotici e che possono restare silenti per settimane o mesi prima di riattivarsi, sono tra le principali cause delle recidive. Impedirne la formazione è l’obiettivo più importante nella gestione delle pazienti con cistiti ricorrenti.

ATTENZIONE! Studi in vitro e in vivo dimostrano che il Lactobacillus crispatus è in grado di stimolare l’eradicazione dei batteri intracellulari. Secondo la nostra esperienza, integrarlo al D-mannosio permette di dimezzare i tempi necessari per eliminare i serbatoi già formati nell’urotelio: da 6 a 3 mesi. Ecco perché abbiamo formulato l’integratore UROGYN CRISPATUS associando D-mannosio e Lactobacillus crispatus CNCM I-5095.