Analisi del potenziale delle vescicole extracellulari tra ambito terapeutico e diagnostico

Extracellular vesicles (EVs) have emerged as key mediators at the interface between therapeutics and diagnostics, due to their ability to transfer bioactive molecules and reflect the molecular state of their cells of origin. This PhD project was articulated along two complementary research lines aimed at elucidating the translational potential of EVs in regenerative medicine and oncology. Research line I – EDT-MSC-derived EVs (European Project “Biogenic Organotropic Wetsuits”) Within the European BOW Project (2019–2025), the research focused on the production and characterization of EVs derived from endometrial decidual mesenchymal stromal/stem cells (EDT-MSCs). These cells, obtained non-invasively from menstrual blood, display strong immunomodulatory and angiogenic properties together with a high EV secretion capacity. Primary EDT-MSC cultures were optimized under EV-depleted conditions to prevent xenogenic contamination. The resulting EVs were isolated, purified, and extensively characterized to ensure reproducibility and quality. The subsequent bioengineering and functionalization steps performed by other consortium partners are not included in this thesis. This research line established a standardized platform for the generation of clinically relevant EDT-MSC-derived EVs, contributing to the European effort to exploit EVs as therapeutic nanocarriers in regenerative medicine. Research line II – EVs as biomarkers in breast cancer In parallel, the study investigated circulating EVs as potential biomarkers in breast cancer. EVs were isolated from the serum of patients with HER2-positive metastatic breast cancer and analyzed for their molecular cargo, with a focus on miR-21, a well-characterized oncomiR frequently enriched in tumor-derived EVs and associated with therapy resistance. Functional validation was conducted in the HER2+ breast cancer cell line SKBR3, where inhibition of miR-21 expression resulted in a significant reduction of cell proliferation and viability, as demonstrated by proliferation and viability assays. These findings support the involvement of EV-associated miR-21-5p in tumor aggressiveness and highlight its potential as a circulating biomarker for disease monitoring. Together, these two research lines provide complementary insights into the dual translational role of EVs—as therapeutic vectors derived from regenerative cell sources and as diagnostic biomarkers in oncology. The overall findings contribute to the understanding of EVs as versatile and multifunctional platforms within the context of precision and regenerative medicine.

Le vescicole extracellulari (EVs) sono emerse come mediatori chiave all’interfaccia tra ambito terapeutico e diagnostico, grazie alla loro capacità di trasferire molecole bioattive e riflettere lo stato molecolare delle cellule di origine. Il presente progetto di dottorato si articola in due linee di ricerca complementari, finalizzate a esplorare il potenziale traslazionale delle EVs in medicina rigenerativa e oncologia. Linea di ricerca I – EVs derivate da EDT-MSCs (Progetto Europeo “Biogenic Organotropic Wetsuits”) Nell’ambito del progetto europeo BOW (2019–2025), l’attività di ricerca si è concentrata sulla produzione e caratterizzazione di EVs derivate da cellule mesenchimali stromali/staminali di tessuto deciduale endometriale (EDT-MSCs). Queste cellule, ottenute in modo non invasivo dal sangue mestruale, presentano spiccate proprietà immunomodulatorie e angiogeniche, oltre a un’elevata capacità di secrezione di EVs. Le colture primarie di EDT-MSCs sono state ottimizzate in condizioni prive di EVs esogene per prevenire contaminazioni xenogene. Le EVs prodotte sono state isolate, purificate e ampiamente caratterizzate per garantirne qualità e riproducibilità. Le successive fasi di bioingegnerizzazione e funzionalizzazione, condotte da altri partner del consorzio, non sono oggetto di questa tesi. Questa linea di ricerca ha consentito di stabilire una piattaforma standardizzata per la produzione di EVs da EDT-MSCs clinicamente rilevanti, contribuendo allo sviluppo di future applicazioni terapeutiche in medicina rigenerativa. Linea di ricerca II – EVs come biomarcatori nel carcinoma mammario Parallelamente, è stato indagato il potenziale delle EVs circolanti come biomarcatori nel carcinoma mammario. Le EVs sono state isolate dal siero di pazienti con carcinoma mammario metastatico HER2-positivo e analizzate per il loro contenuto molecolare, con particolare attenzione a miR-21, un oncomiR ampiamente descritto, frequentemente arricchito nelle EVs di origine tumorale e associato a resistenza terapeutica. La validazione funzionale è stata condotta nella linea cellulare SKBR3 (HER2+), dove l’inibizione dell’espressione di miR-21 ha determinato una significativa riduzione della proliferazione e della vitalità cellulare, come dimostrato dai saggi funzionali. Questi risultati supportano il coinvolgimento di miR-21-5p associato alle EVs nei meccanismi di aggressività tumorale e ne evidenziano il potenziale come biomarcatore circolante per il monitoraggio della malattia. Nel complesso, le due linee di ricerca offrono prospettive complementari sul duplice ruolo traslazionale delle EVs: come vettori terapeutici derivati da fonti cellulari rigenerative e come biomarcatori diagnostici in oncologia. I risultati complessivi contribuiscono ad ampliare la comprensione delle EVs come piattaforme multifunzionali in medicina rigenerativa e di precisione.