LA STORIA DEGLI ORGANOIDI
L’organoide entra in scena su un bancone di laboratorio intorno ad una decina di anni fa, sotto le sembianze di un apparentemente confuso aggregato di cellule aderenti al piatto di coltura. In realtà, si trattava del primo tenativo di un intestino in miniatura a partire dalle cellule staminali che ricoprono l’epitelio intestinale.
Da allora, molti laboratori si sono dedicati allo sviluppo di organoidi, che non sono altro che tessuti multicellulari in 3D in vitro che corrispondono, in maniera semplificata, all’organo in questione.
QUALI ORGANI POSSONO ESSERE RICREATI
Ci sono organoidi di tutti i tipi, in via di sofisticazione, che mimano cervello, retina, pancreas, intestino e polmoni; e nascondono potenzialtà straordinarie per studiare la biologia umana dello sviluppo e perchè le cose a volte prendono una brutta piega e un tessuto si ammala. E sugli organoidi si possono testare farmaci sperimentali, senza avere un approccio invasivo sul paziente.
UNA FABBRICA IN MINIATURA PER STUDIARE LE MALATTIE
Immaginate la possibilità di creare un manipolo di cellule complesse che assumano la somiglianza dei tessuti di un paziente. Questa tecnologia - la capacità di far crescere organoidi - sta diventando una realtà.
Gli organoidi sono microscopiche colture di tessuto tridimensionali che crescono da cellule staminali, cellule che possono dividersi indefinitamente e produrre diversi tipi di cellule come parte della loro progenie; possono avere dimensioni variabili da inferiore alla larghezza di un capello a cinque millimetri.
Questi strumenti entusiasmanti a 3D sono uno straordinario lavoro in progress, che offre modelli sempre più sofisticati per lo studio dello sviluppo umano e delle malattie, nonché potenti strumenti emergenti per la medicina di precisione, ovvero la medicina personalizzata. Ad oggi, i ricercatori sono stati in grado di far crescere organoidi che riproducono cervello, rene, polmone, intestino, stomaco e fegato, e molti altri sono in arrivo.
Tale tecnologia offre agli scienziati una visione dettagliata di come si formano e crescono gli organi, di come avviene il loro sviluppo e di come possono ammalarsi. Una rivoluzione nel campo farmacologico, grazie alla possibilità di sperimentare potenziali farmaci direttamente su questi mini-organi.
IL LIMITE DEGLI ORGANOIDI: LA MANCANZA DI VASCOLARIZZAZIONE
Ma bisogna essere cauti. «Se da una parte, gli organoidi sono molto promettenti per lo studio dei processi patologici umani, sono tutt’altro che perfetti. La sfida deriva soprattutto dal fatto che queste colture sono, sì, più complesse rispetto ai classici modelli cellulari in vitro a cui i ricercatori sono abituati, tuttavia non sono abbastanza complesse come un organo», spiega il genetista molecolare olandese Hans Clevers, considerato un pioniere del campo. «Mancano loro ancora molti componenti ovvi del tessuto. La maggior parte degli organoidi in genere non hanno vascolarizzazione e cellule immunitarie. Ciò significa che sono limitati, ma le loro potenzialità straordinarie sono già sotto gli occhi di tutti» racconta Clevers.
SVILUPPO FARMACOLOGICO E MEDICINA PERSONALIZZATA
Nel 2009, Clevers fu il primo a sviluppare un organoide che replica la struttura delle cellule che rivestono l’intestino. A dieci anni di distanza, il laboratorio olandese si è spostato ad un piano più clinico. Ne è un esempio il progetto su fibrosi cistica, La fibrosi cistica può essere causata da più di 2000 mutazioni in un gene, che paralizzano i canali ionici che muovono il sale e l’acqua attraverso le membrane cellulari. La malattia colpisce tutti i tessuti, ma il sintomo principale è l’eccesso di muco nei polmoni e nell’intestino.
«Possiamo prevedere con l’utilizzo di mini-intestini affetti da fibrosi cistica se alcuni farmaci attualmente in prova funzioneranno per un paziente e non per un altro e se alcune combinazioni di farmaci sono più efficaci di altre. Dalla biopsia alla risposta ai farmaci, ci vogliono solo 10 giorni» racconta Clevers.
Ad esempio, ci sono più farmaci disponibili per la fibrosi cistica che funzionano solo su individui con determinate mutazioni della malattia, le più frequenti. Ma i benefici di questi farmaci a basso costo sono incerti per il quarantacinque per cento dei pazienti. Il team olandese ha, quindi, intrapreso uno sforzo a livello nazionale per esaminare ogni paziente con fibrosi cistica nei Paesi Bassi.
«Ora abbiamo una cinquantina di pazienti con mutazioni rare che altrimenti non avrebbero accesso a questi farmaci ma sono positivi al test organoideo e in realtà rispondono bene clinicamente e possono assumere il farmaco che funziona su di loro».
UTILIZZO PER LA RICERCA SUI TUMORI
La versatilità degli organoidi si sta facendo strada anche nell’ambito dei tumori. Si stanno creando organoidi dalle cellule tumorali per imitare i tumori e introdurre mutazioni specifiche in organoidi prodotti da tessuti sani, per studiare come si manifesta il cancro e prevedere come una persona risponderà a una medicina personalizzata.
Infatti, la tecnologia a 3D consente la produzione dei cosiddetti “tumouroidi”, per testare centinaia di diversi principi farmacologici in vitro ed in individuare il farmaco su misura.
IN SINTESI I VANTAGGI DEGLI ORGANOIDI
Le malattie umane difficili da modellare negli animali possono essere studiate con organoidi derivati dal paziente
Adatto a un’ampia varietà di tecniche sperimentali consolidate
Si possono generare organoidi che comprendono un’ampia gamma di tessuti
Possibilità di generare tessuto isogeno adulto per trapianto in procedure regenerative
Riduzione di esperimenti sugli animali