Otto nuovi organi riprodotti in laboratorio dai ricercatori

Il 20 Luglio i ricercatori del MRC Centre for Regenerative Medicine hanno annunciato il loro successo nella ricostruzione e ricrescita del fegato danneggiato nei topi. Questo è solo un esempio di come I ricercatori oggi stiano cercando di riprodurre queste piccole versioni di organi funzionali negli animali e in laboratorio per studiarne lo sviluppo e le malattie, testando inoltre nuove cure ed agenti terapeutici. Molti di questi organi rappresentano anche il primo passo verso la realizzazione di interi organi funzionali o parti di questi a scopo di trapianto.

Per quale ragione si dovrebbero realizzare degli organi in miniatura? Piccoli organi o parti di questi, sono utili per studiarne sia lo sviluppo e le patologie, sia per verificare la tossicità e l’efficacia di nuovi trattamenti. In alcuni casi, i mini-organi saranno capaci di sostituire gli animali a scopo di ricerca.

Tuttavia offrono anche una eccezionale spinta verso un mondo in cui è possibile crescere in laboratorio nuovi organi solidi più complessi a scopo di trapianto. Questi piccoli organi miniaturizzati – spesso più simili a proto-organi con solo alcune delle relative funzioni biologiche e fisiologiche – sono realizzati propriamente “per iniziare dal piccolo”, per verificarne la fattibilità.

Ecco di seguito gli otto organi miniaturizzati realizzati fino a questo momento.

Fegato miniaturizzato

Fegato miniaturizzato

Fegato miniaturizzato. Otto nuovi organi riprodotti in laboratorio dai ricercatori.

Cellule progenitrici epatiche trapiantate possiedono la capacità di autorinnovarsi (self renewal in giallo) e differenziare in epatociti (verde) per riparare il fegato danneggiato (Immagine: Wei-Yu Lu, MRC Centre for Regenerative Medicine, The University of Edinburgh’)

I ricercatori del Centro MRC (Centre for Regenerative Medicine) hanno utilizzato cellule staminali epatiche, chiamate cellule progenitrici epatiche, per ricostituire il fegato danneggiato in alcuni topi. Dopo aver estratto le cellule staminali epatiche da topi adulti sani, i ricercatori hanno trapiantato queste cellule in topi con insufficienza epatica.

In tre mesi le cellule sono cresciute abbastanza per ristabilire in parte la struttura e la funzione del fegato negli animali, producendo quindi risultati incoraggianti per l’uso di questa tecnica in alternativa al trapianto di fegato nell’uomo. [1]

Intestino piccolo piccolo

In uno studio del Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, I ricercatori hanno utilizzato cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) per la crescita di tessuti intestinali in laboratorio. Hanno poi connesso il tessuto realizzato al rene di un topo, fornendogli circolazione sanguigna per permetterne la maturazione in un frammento di intestino umano. Questa tecnica potrebbe fornire una modalità utile per studiare e trattare patologie gastrointestinali nell’immediato futuro [3]. Un altro lavoro riguardante “organoid intestines” è stato realizzato per la prima volta dal partner di EuroStemCell, Hans Clevers.

Reni ultra-compatti

Reni artificiali cresciuti in laboratorio sono stati trapiantati in ratti dai ricercatori del Center for Regenerative Medicine negli USA. Il team ha realizzato una sorta di supporto al nuovo rene “spogliando” un rene di ratto, e introducendolo poi in un altro ratto con le cellule dei vasi sanguigni hanno ottenuto la ricrescita del rene nuovamente funzionante. Hanno poi trapiantato l’organo in ratti, ottenendo un rene funzionante, che filtra il sangue e produce urina. [4]

Un francobollo di pelle

Un team finanziato dal MRC guidato dal King’s College London e dal San Francisco Veteran Affairs Medical Center ha crescito un frammento tridimensionale di cute in laboratorio. Utilizzando cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), hanno prodotto una fonte inesauribile di cellule cutanee, alcune delle quali sono state usate successivamente per la crescita di un piccolo francobollo di cute. La pelle prodotta in laboratorio possiede una barriera naturale che la protegge dalla disidratazione e previene l’assorbimento di agenti chimici e tossine. Questo la rende particolarmente utile per studiare un ventaglio di condizioni della pelle e per testare farmaci e prodotti cosmetici. [5]

Cellule timiche (blu scuro) con nello sfondo delle cellule di rene (rosa) (Immagine: MRC Centre for Regenerative Medicine, University of Edinburgh)

Micro timo – Otto nuovi organi riprodotti in laboratorio . Cellule timiche (blu scuro) con nello sfondo delle cellule di rene (rosa). Immagine: MRC Centre for Regenerative Medicine, University of Edinburgh

Micro timo

Il timo è un organo del Sistema immunitario che è situato appena sopra il cuore. Un altro gruppo di ricercatori al MRC Centre for Regenerative Medicine ha riprogrammato delle cellule di topo chiamate fibroblasti, generalmente deputate alla formazione di tessuto connettivo, per farle diventare cellule timiche. Dopo essere state mescolate con altri tipi di cellule timiche e trapiantate in topi, hanno dato vita a un timo di topo funzionante. [2]

…cuoricini

piccoli cuori umani in miniatura sono stati ottenuti in laboratorio utilizzando uno “scaffold” di cuore di topo. I ricercatori dell’Università di Pittsburgh hanno rimosso tutte le cellule cardiache da un cuore di topo, lasciando una sorta di supporto strutturale su cui poi hanno introdotto delle cellule cardiache umane indifferenziate. Dopo solo alcune settimane le cellule si sono moltiplicate e differenziate in un tessuto cardiaco pulsante. [6].

Stomaco in scala ridotta

Tessuto gastrico tridimensionale è stato cresciuto in vitro in un laboratorio del Cincinnati Children’s Hospital Medical Center da un team di esperti, utilizzando cellule staminali pluripotenti e condizionandole per diventare cellule gastriche. Le strutture hanno un diametro di soli tre millimetri, ma possono risultare utili come modelli per la comprensione dei meccanismi di sviluppo dello stomaco e delle patologie ad esso correlate. Sono attualmente in fase di avvio alcuni progetti che utilizzano questi piccoli organi per studiare in che modo le cellule di H. pylori causano ulcere e patologie gastriche. [7]

Sezione trasversale di un organoide cerebrale (Immagine copyright: IMBA/ Madeline A. Lancaster)

Cervello mignon – Otto nuovi organi riprodotti in laboratorio. Sezione trasversale di un organoide cerebrale (Immagine copyright: IMBA/ Madeline A. Lancaster)

Cervelli mignon

Un team di ricercatori dell’Institute of Molecular Biotechnology in Austria, in collaborazione con scienziati del MRC Human Genetics Unit dell’Università di Edinburgo, hanno realizzato “organoidi” di cervello in miniature con diverse regioni cerebrali, inclusa la corteccia e retina.

Il team ha usato cellule staminali embrionali umane e staminali pluripotenti umane indotte, rifornendole di ossigeno e nutrienti per maturare in organoidi cerebrali.

Nessuno crescerà questi cervelli mignon o parti di questi per trapiantarli, ma questo lavoro permetterà di comprendere maggiormente il cervello e le sue patologie: il team ha già realizzato organoidi cerebrali per studiare un disordine chiamato microcefalia. [8]

E infine…

Va menzionato che mentre stiamo parlando di organoidi di piccole dimensioni, il Prof Martin Birchall dell’University College di Londra ha trapiantato con successo trachee e laringi realizzate con cellule staminali in diversi pazienti. Ascoltate alcuni suoi interventi nel MRC Talks podcast dall’inverno 2014/15.

Bibliografia e letture di approfondimento

  1. Hepatic progenitor cells of biliary origin with liver repopulation capacity Nature Cell Biology (2015) doi:10.1038/nbt.3275
  2. An organized and functional thymus generated from FOXN1-reprogrammed fibroblasts Nature Cell Biology (2014) doi:10.1038/ncb3023
  3. An in vivo model of human small intestine using pluripotent stem cells Nature Medicine (2014) doi:10.1038/nm.3737
  4. Regeneration and experimental orthotopic transplantation of a bioengineered kidney Nature Medicine (2013) doi:10.1038/nm.3154
  5. 3D in vitro model of a functional epidermal permeability barrier from human embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells Stem Cell Reports (2014) doi:10.1016/j.stemcr.2014.03.009
  6. Repopulation of decellularized mouse heart with human induced pluripotent stem cell-derived cardiovascular progenitor cells Nature Communications (2013) doi:10.1038/ncomms3307
  7. Modelling human development and disease in pluripotent stem-cell-derived gastric organoids Nature (2014) doi:10.1038/nature13863
  8. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly Nature (2014) doi:10.1038/nature12517

Fonte dell’articolo: EuroStemCell