Testare gli effetti delle sostanze chimiche senza dover ricorrere agli animali
Che provengano dal cibo che assumiamo, dall’aria che respiriamo, dai prodotti per l’igiene personale che utilizziamo o dal nostro armadietto dei medicinali, le sostanze chimiche a cui siamo esposti sono migliaia ogni giorno. Sebbene la maggior parte di queste sostanze sia perfettamente sicura nella quantità in cui si presenta, alcune sono potenzialmente dannose. Come distinguere le sostanze chimiche sicure da quelle che non lo sono? Nel passato, questa valutazione veniva per lo più effettuata mediante un processo per tentativi ed errori. In seguito, dato che le persone decisero di non voler più fungere da cavie umane, gli scienziati iniziarono a ricorrere agli animali, principalmente ratti e topi. Nell’era moderna, tuttavia, a causa di preoccupazioni etiche e di questioni di precisione scientifica (dopotutto, gli esseri umani non sono ratti che pesano 75 kg), gli scienziati hanno incominciato a cercare modi alternativi di testare la tossicità delle sostanze chimiche. Ed è qui che entra in gioco la cellula umana.
Accedere al codice del DNA
«Una cellula umana può essere prelevata dal tessuto vivente che la ospita e mantenuta in vita in condizioni di laboratorio specifiche», afferma Paul Jennings, ricercatore presso la Vrije Universiteit (VU) di Amsterdam. «Introducendo una serie specifica di istruzioni genetiche, gli scienziati possono trasformare una cellula adulta in una sua versione staminale precedente, in grado di svilupparsi in un gran numero di diverse tipologie cellulari.» Questo metodo impiega le cosiddette cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC, induced Pluripotent Stem Cell) ed è stato il fulcro del progetto in3 project, finanziato dall’UE. «Le iPSC mantengono il codice del DNA del donatore, possono essere moltiplicate in laboratorio in modo praticamente infinito e sono dotate della capacità di trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula presente nel corpo umano», spiega Jennings, che ha coordinato questo progetto sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie.
Un futuro di sostanze chimiche più sicure
Nel corso del progetto, i ricercatori hanno moltiplicato le iPSC e le hanno inviate a vari laboratori partner in tutta Europa. Avvalendosi delle proprie conoscenze specialistiche, questi laboratori hanno addestrato le cellule affinché diventassero specifiche di diverse parti del corpo, quali reni, polmoni, cervello, fegato e vasi sanguigni. Questi modelli sono successivamente stati impiegati per testare gli effetti biologici di una serie di sostanze chimiche la cui tossicità per gli esseri umani è nota. I vari dati chimici e biologici estratti dai diversi laboratori del progetto sono stati quindi combinati e analizzati con metodi e strumenti informatici. I risultati di dati integrati sono stati utilizzati per varie finalità, tra cui la comprensione del modo in cui diverse cellule del corpo vengono influenzate dalla stessa sostanza chimica. Inoltre, essi sono stati usati per approfondire come sia possibile avvalersi della combinazione di informazioni sulle strutture chimiche e sulle loro interazioni biologiche allo scopo di prevedere la tossicità di composti simili. «Questi risultati hanno dimostrato l’utilizzabilità delle iPSC in qualità di strumento per aiutarci a comprendere il modo in cui le sostanze chimiche influenzano la biologia umana», sostiene Jennings, che conclude: «I progressi tecnologici, come quelli relativi alle iPSC, congiuntamente ai continui sviluppi dei metodi computazionali, ci consentiranno di creare un futuro di sostanze chimiche più sicure senza la necessità di testarne la tossicità sugli animali.»
Parole chiave
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