Mini organi in piastra
Gli organoidi sono strutture tridimensionali di cellule adulte che simulano il tessuto di origine nell’organizzazione e nella funzione di base. Essi derivano da cellule staminali tessuto-specifiche, una piccola sottopopolazione di cellule che risiede all’interno di ciascun organo ed è in grado di rigenerarlo durante la vita. Gli attuali sistemi di screening farmacologico in vitro impiegano linee cellulari derivate da tumori, cellule primarie o animali, ma nessuno di questi metodi rappresenta la soluzione ideale. Per risolvere tale problema, gli scienziati del progetto TOXANOID, finanziato dall’UE, hanno proposto di sviluppare organoidi per l’intestino tenue e per il fegato che possano essere utilizzati per finalità di screening farmacologico. Si tratta del primo contributo finanziario Proof of Concept, stanziato dal CER, per il ricercatore Hans Clevers, derivante dal suo progetto STEMCELLMARK, che aveva identificato un marker molecolare per cellule staminali tissutali in più organi. «Sulla base delle nostre scoperte precedenti, siamo stati in grado di far crescere ed espandere organoidi epiteliali da singole cellule staminali che esprimevano il marker Lgr5», spiega il dott. Helmuth Gehart, membro chiave del team nel progetto. Sfruttare i benefici degli organoidi Gli organoidi hanno una serie di vantaggi rispetto ai sistemi in vitro esistenti. Analogamente alle linee cellulari, sono altamente espandibili e rappresentano quindi una risorsa essenzialmente illimitata. È importante sottolineare che, a differenza delle linee cellulari, essi riflettono il tessuto sano e contengono gli enzimi necessari per metabolizzare i composti farmacologici. Inoltre, superano la scarsità, la variabilità da lotto a lotto e le sfide della coltura in vitro associata a cellule primarie. Gli organoidi aiutano anche a superare le problematiche etiche sollevate per la sperimentazione animale e la loro origine umana evita risultati falsi positivi o negativi dovuti a differenze di specie. Collettivamente, questi attributi rendono gli organoidi adatti per analisi standardizzate quali quelle richieste per testare la sicurezza e l’efficacia dei composti farmaceutici. «Gli organoidi assomigliano alle cellule primarie in forma e funzione, simulando quindi l’organo di origine. Naturalmente, esiste un ampio spettro di applicazioni per questi organi in miniatura, che vanno dalla modellizzazione della malattia, lo sviluppo di farmaci e la medicina rigenerativa fino ai test di sicurezza di nuovi trattamenti», continua il dott. Gehart. Il gruppo di ricerca ha sviluppato con successo sistemi organoidi per determinati organi tra cui intestino tenue, colon e fegato. Nonostante differenze nelle condizioni di coltura, tutti condividono alti tassi di proliferazione e la capacità di formare le varie cellule epiteliali dell’organo genitore. Durante lo studio, gli scienziati hanno dimostrato la fattibilità dell’uso di saggi basati su organoidi per studiare la tossicità dei farmaci nell’intestino e nel fegato. Gli organoidi hanno superato le linee cellulari, quali le cellule HepG2, e si sono comportati in modo comparabile alle cellule primarie, dimostrando la capacità di metabolizzare i farmaci in un dosaggio in vitro semplice ed economico. I ricercatori hanno dovuto superare alcune sfide associate alla natura tridimensionale degli organoidi. A tale proposito, hanno generato un nuovo saggio che è stato testato utilizzando composti tossici e non tossici noti e ha fornito risultati altamente riproducibili. Il futuro degli organoidi Complessivamente, lo studio TOXANOID ha dimostrato che la loro tecnologia può superare gli attuali sistemi in vitro e sostituire una parte significativa degli studi di tossicologia basati sugli animali. Inoltre, gli organoidi contribuiscono a comprendere in quale modo i tessuti assorbono e degradano i composti farmaceuticamente attivi. «Alimentati dai risultati di TOXANOID, stiamo attualmente lavorando a un altro progetto del CER, ORGANOID, che prevede di fare ulteriori passi avanti con i nostri mini-visceri coltivati», sottolinea il dott. Gehart. Questo progetto mira a determinare gli effetti del microbioma e del sistema immunitario sull’intestino, sezionando le loro interazioni in tessuti sani e malati. Infine, i ricercatori prevedono di concentrarsi su farmaci che sono stati erroneamente identificati dai test di tossicità convenzionali in passato e di promuovere la loro tecnologia per lo sviluppo di farmaci. Per raggiungere questo obiettivo, stanno lavorando a stretto contatto con partner industriali al fine di ampliare le applicazioni di organoidi per malattie genetiche rare quali la fibrosi cistica e per la medicina personalizzata.
Parole chiave
TOXANOID, organoidi, cellule staminali, screening farmacologico