Dopo anni di studi su come crescere, organizzare e specializzare le cellule in strutture 3D simili ai tessuti umani, gli scienziati hanno creato ciò che possiamo chiamare “organoidi”. Ma cosa sono queste strutture? Come le possiamo definire? In parole semplici, possiamo definire un organoide come la miniatura di un organo in vitro. Tuttavia dobbiamo dare anche una definizione più precisa e complessa:
- Un organoide è una coltura organotipica, ovvero una coltura cellulare o tissutale, che ha lo scopo di riprodurre la struttura e la funzione di un organo, e che quindi non va oltre ad un piccolo e semplicistico modello di un organo. Infatti gli organoidi mancano di certe caratteristiche che permettono ai veri organi di funzionare e crescere; in particolare non hanno un sistema di vasi sanguigni che alimenta i tessuti interni causando la crescita dell’organo;
- Gli organoidi non sono esatte miniature di organi umani, ma sono utili ai ricercatori per osservare come gli organi crescono all’inizio dello sviluppo umano e come certe mutazioni genetiche o infezioni possono rovinare la funzionalità dell’organo;
- Un organoide è per definizione il risultato di una tecnica di coltura tridimensionale, che cresce solitamente all’interno di una matrice extracellulare (ECM), come il Matrigel, ossia un sistema di molecole secreto di solito da cellule che fornisce supporto strutturale e biochimico alle cellule dell’organoide;
- Un organoide ha una complessa struttura multicellulare dove le cellule si auto-assemblano e si auto-organizzano in tessuti
Quindi, come possiamo creare un organoide? Le unità costitutive sono cellule staminali cioè cellule biologiche indifferenziate che possono differenziarsi in cellule specializzate o si possono dividere per produrre più cellule staminali. Esse però crescono in determinate condizioni di coltura. Questo processo le forza a differenziarsi in molteplici tipi di cellule, a seconda della fonte di cellule staminali. Per esempio, alcuni ricercatori iniziano con cellule staminali pluripotenti riprogrammate da cellule mature, che in teoria possono diventare un qualunque tipo di cellula nel corpo. Al giorno d’oggi, questi organoidi sono in grado di riprodurre la crescita di organi durante i primi mesi di vita e possono aiutare i ricercatori ad individuare difetti in quel processo.
Altri scienziati hanno effettuato ricerche basate su cellule staminali adulte, che venivano isolate da tessuti di organi umani. Gli organoidi che riproducono il fegato, lo stomaco, l’intestino e il pancreas mostrano strutture più semplici di quelle fatte con cellule staminali pluripotenti, ma possono comunque essere strumenti predittivi efficaci. Infatti possono rivelare come le differenze genetiche influenzano la funzione di un organo o come il corpo risponde ad un farmaco. Al momento l’organoide che riproduce l’intestino è usato nei laboratori per testare farmaci sperimentali. Il vantaggio di usare queste strutture in campo medico è che si possono pianificare trattamenti personalizzati, basati sullo studio di cellule prelevate da un particolare paziente.
Nonostante ciò gli organoidi esistenti hanno grandi limiti: non includono un sistema immunitario che svolge solitamente un ruolo importante nella reazione ad una farmaco o ad un agente patogeno. Un’altra grande sfida che gli scienziati dovrebbero affrontare è la “standardizzazione”, che consiste nel far differenziare tutte le cellule staminali nello stesso tipo di tessuto, perché, se lasciate senza controllo, esse produrrebbero probabilmente micro-organi misti con diversi tipi di cellule e funzionalità, e sarebbero inutili in ricerche mediche e farmacologiche
Inoltre i tessuti degli organoidi che possono essere usati per trapianti non sono ancora disponibili, ma molti ricercatori sperano che un giorno tessuti cresciuti in laboratorio potranno essere trapiantati nel corpo per far ricrescere o riparare un organo. Gli scienziati hanno già mostrato che organoidi del fegato e del colon impiantati negli organi dei topi possono sopravvivere e crescere: per questo motivo uno scienziato americano di nome Wells ha suggerito di usare tessuti creati in laboratori in neonati umani prematuri per curare danni intestinali causati da infezioni. Tuttavia, dal momento che è impossibile crescere grandi parti degli organoidi simili all’intestino in laboratorio, i ricercatori stanno considerando come far crescere un organoide all’interno dell’addome del paziente e in seguito collegarlo al tratto intestinale. Ovviamente questo progetto sarà molto complicato da portare a termine.
Nonostante tutti questi limiti, gli organoidi hanno già dato prova della loro utilità in almeno due occasioni. La prima fu durante il test di un farmaco contro una rara forma di fibrosi cistica, una malattia che porta alla formazione di muco, che può essere responsabile di congestioni e infezioni all’intestino e ai polmoni. Dei modelli personalizzati di mini-intestino cresciuti da tessuto rettale furono esposti al farmaco con una risposta positiva. La terapia, che si è dimostrata efficace, è ora usata anche con bambini. Gli organoidi sono anche utili in campo neuroscientifico: infatti, quando i ricercatori volevano sapere come il virus Zika influenzasse il cervello, usarono organoidi che imitavano lo sviluppo iniziale del cervello umano e scoprirono che il virus uccideva le cellule neurali progenitrici.
In sintesi possiamo dire che gli organoidi possono essere molto utili per studiare le malattie e gli effetti dei farmaci, ma essi mancano di alcuni fattori che sono essenziali per questi studi e numerosi ostacoli vanno superati per poterli usare in corpi umani. Speriamo che un giorno queste strutture create in laboratorio aiuteranno la medicina nel creare organi sani e salvare sempre più vite.
Sitografia:
http://www.sciencemag.org/news/2017/03/lab-grown-mini-organs-help-model-disease-test-new-drugs http://www.nature.com/ncb/journal/v18/n3/full/ncb3312.html http://dev.biologists.org/content/142/18/3113 http://stemcellassays.com/2014/11/defining-organoids http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1002149 (immagine dell’organoide-intestino)
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