Organi in miniatura: a che cosa servono?

Cervelli, fegati, stomaci, cuori, intestini … in miniatura. Negli ultimi anni le cronache hanno spesso raccontato della creazione, in vari laboratori del mondo, di organi in versioni miniaturizzate: organoidi, come si chiamo in gergo scientifico, o mini-organi, come sono stati spesso definiti.

Ma che cosa sono? E a cosa servono? Potrebbe davvero una di queste strutture generate in provetta rimpiazzare un organo malato? Allo stato dell’arte della ricerca in questo campo ha appena dedicato una monografia speciale la rivista Development, a sua volta ripresa da Science.

Auto-assemblaggio. I primi miniorgani in 3D sono stati creati una decina di anni fa. Il punto di partenza, a seconda dei casi, sono state cellule staminali embrionali pluripotenti, quelle da cui nell’embrione si svilupperanno tutti i tessuti dell’organismo, oppure, cellule staminali adulte, che conservano ancora la capacità di differenziarsi qualora vengano sottoposte a particolari stimoli.

Tra i primi organoidi a comparire sono state delle strutture che autonomamente, in provetta, con iniziale sorpresa dei ricercatori, si sono auto-assemblate a costituire strutture che somigliavano alla corteccia cerebrale. Le hanno realizzate nel 2008 dei ricercatori in Giappone, a partire da cellule staminali embrionali di topo e umane.

Nel corso degli ultimi anni e in vari altri laboratori si è riusciti a dar vita ad altre strutture tridimensionali che somigliano a tessuto intestinale, di fegato, rene, prostata, stomaco, pancreas, ghiandole mammarie e salivarie. Perfino a una versione rudimentale di un organo di straordinaria complessità come l’occhio. Per farlo si stimolavano le cellule con diverse sostanze chimiche, somministrate con una tempistica precisa e si utilizzava una matrice intorno a cui le cellule stesse potevano organizzarsi.

Versioni di base. La definizione di mini-organi non deve però trarre in inganno: si tratta in realtà di agglomerati di cellule che ricordano un organo, ma che non sono ancora in alcun modo funzionali, innanzitutto mancando di un sistema di vasi sanguigni che possa nutrirli e farli crescere fino alle dimensioni normali. Sono però considerati un passo avanti notevole rispetto alle semplici culture di cellule in due dimensioni, e si sono rivelati utili anche nella pratica per diversi scopi.

Da Zika alla fibrosi cistica. Recentemente, per esempio, per studiare come il virus Zika trasmesso dalle zanzare agisce sul cervello del feto, provocando danni ormai dimostrati come la microcefalia, sono stati utilizzati proprio mini-cervelli in coltura: si è visto che il virus entra nelle cellule progenitrici dei neuroni e le danneggia irreparabilmente.

In altri casi, gli organoidi si sono rivelati utili per testare l’efficacia di farmaci.

Nel laboratorio guidato Hans Clevers all’Università di Utrecht in Olanda, per esempio, sono stati realizzati organoidi di tessuto intestinale a partire da cellule staminali di pazienti affetti da fibrosi cistica: su questi modelli di mini-intestini personalizzati, è stato verificato se un nuovo farmaco molto costoso, ma efficace solo in alcune forme della malattia, funzionasse per ogni singolo paziente. Alcuni hanno già ricevuto la terapia proprio sulla base di questi test con modelli di intestino creati a partire dalle loro cellule.

Lo stesso potrebbe essere fatto in futuro nel caso di farmaci anticancro. In alcuni laboratori si stanno sviluppando banche di organoidi creati a partire da cellule estratte da tumori del colon e del pancreas. In entrambi i casi, questi mini-organi potrebbero essere usati per stabilire quale farmaco funziona meglio contro un certo tipo di tumore.

Come crescono gli organi. Infine, un altro settore in cui gli organoidi potrebbero essere di grande utilità è lo studio di come si formano gli organi, e di come durante lo sviluppo si possono generare le malformazioni. Finora, per la difficoltà di studiare da un punto di vista scientifico tutto il processo nell’embrione umano, i ricercatori hanno quasi sempre utilizzato modelli animali. I mini-organi non farebbero altro che ricapitolare dal vivo tutto il percorso dello sviluppo dell’organo, che i ricercatori potrebbero studiare e seguire in tempo reale.