Organoidi, un'opportunità per dare impulso alla ricerca biomedica

Gli organoidi sono considerati il presente e il futuro della ricerca biomedica. La possibilità di avere un modello 3D di fegato o cervello potrebbe permettere infatti di capire come gli organi si formano, crescono e si ammalano. E, di seguito, passare dalla conoscenza all'azione. Ovvero: mettere a punto farmaci efficaci per risolvere il problema in questione. A fare il punto sull’avanzamento degli studi in questo campo della biologia nel corso di «Science for Peace and Health» sarà Giuseppe Testa, ordinario all’Università degli Studi di Milano e direttore del centro di neurogenomica dell’Human Technopole e del laboratorio di modelli di malattia ad alta definizione dell’istituto Europeo di Oncologia.

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CHE COSA SONO GLI ORGANOIDI?

Grazie agli organoidi, lo studio della biologia dello sviluppo è cambiato radicalmente. Meno complessi di un organo vero e proprio, questi aggregati di cellule assumono una precisa conformazione tridimensionale e finiscono con l’assomigliare a organi in miniatura. Pur essendo strutture piccole - non superano generalmente i pochi centimetri - gli organoidi possono essere formati da cellule prelevate direttamente dai pazienti. Di conseguenza, si configurano come elementi indispensabili per capire che cosa accade a un organo quando viene aggredito da una malattia come (tra le altre) il cancro. Che la messa a punto dei mini-organi in provetta - realizzati a partire da cellule staminali embrionali o da cellule riprogrammate appartenenti in origine al tessuto o all'organo che si intende ricreare - rappresenti una delle frontiere più avvincenti della ricerca lo dimostra la scelta adottata dalla rivista Science sul numero di giugno 2019. Gli organoidi hanno conquistato la celebre copertina, estrema sintesi di quattro approfondimenti contenuti all'interno per fare il punto su ricerca e prospettive.

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Science for Peace and Health

ORGANOIDI: A CHE PUNTO SIAMO? 

«Gli organoidi offrono l'opportunità di studiare in vitro sistemi biologici più complessi rispetto a una cellula o a un tessuto - spiega Testa, che è anche membro del comitato scientifico di Fondazione Umberto Veronesi -. A ciò occorre aggiungere che rendono più semplice da registrare e decodificare tutto ciò che accade in organi difficilmente accessibili: su tutti, il cervello». Non è dunque un caso che l'organo principale del sistema nervoso centrale sia tra i più riprodotti, in laboratorio. L'impossibilità di entrare a contatto con quello di una persona viva ha infatti finora rallentato la ricerca mirata a trovare soluzioni alle malattie neurodegenerative e neuropsichiatriche. Gli esperti sono invece convinti che, a partire dagli organoidi, si possano individuare le strade giuste da seguire. Poi, naturalmente, occorrerà sempre trovare conferme. Ma che questo possa essere il primo passo da compiere per non sbagliare direzione, è una considerazione unanime tra gli esperti chiamati a confrontarsi con la complessità del cervello.

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L'USO DEGLI ORGANOIDI NELLA RICERCA SUL CANCRO

Gli organoidi sono considerati potenzialmente in grado di dare risposte anche alle domande ancora insolute in ambito oncologico. Diversi gli organi ricreati in laboratorio con questo obbiettivo. Oltre al cervello, nelle diverse «banche» sono stati riprodotti organoidi anche per il seno, il testicolo, il fegato, il pancreas, l'intestino, i reni e i polmoni. Lavorare su questi modelli preclinici - dopo aver introdotto nei tessuti sani mutazioni specifiche legate a una neoplasia, per vedere in che modo danno il la alla malattia - offre l'opportunità di guardare da vicino l'evoluzione del tessuto tumorale. E, di conseguenza, di trasferire queste informazioni a chi dovrà sviluppare farmaci efficaci nei confronti delle singole forme di cancro. Per la possibilità di calibrare le risposte sulle base delle caratteristiche fisiologiche del singolo, un approccio di questo tipo è considerato più sicuro e potenzialmente efficace rispetto a uno studio in vitro, da cui oggi ha inizio la sperimentazione di un farmaco. Altro filone interessante è quello che punta a indagare le interazioni tra questi organi in provetta e l'ambiente in cui sono immmersi. Seguendo questa traccia, si potrebbe arrivare a fare luce sugli effetti tossici (tra cui quelli cancerogeni) che alcuni composti generano sull'organismo. Osservazioni che, finora, sono state soltanto ipotizzate (con una serie di studi epidemiologici) o parzialmente confermate (con gli studi in vitro).

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GLI ORGANOIDI NELLA LOTTA AL COVID-19

Nel corso del suo intervento, Testa spiegherà anche uno dei passi avanti più significativi registrati dalla ricerca sugli organoidi nell'ultimo anno. Le malattie infettive sono considerate tra quelle che potrebbero trarre i maggiori benefici da un uso più ampio degli organoidi, come dimostra il percorso seguito per dimostrare che il virus Zika fosse la causa della microcefalia nei neonati. Non sorprende dunque che, nel corso di una pandemia, la complessità di questi sistemi biologici sia al servizio della scienza anche per comprendere l'azione del Sars-CoV-2 sul nostro organismo. In uno studio appena pubblicato sulla rivista Cell Stem Cell, un gruppo di ricercatori del laboratorio di biologia molecolare dell'Università di Cambridge ha studiato l'affinità del coronavirus con le cellule cerebrali. E ha scoperto che il virus si lega alle cellule epiteliali del plesso coroideo (si occupano della produzione di fluido cerebrospinale e agiscono da «filtro» del liquor), non invece ai neuroni e alle cellule della glia. Un'evidenza che lascia intendere come il danno neurologico conseguente all'infezione da Sars-CoV-2 sia con ogni probabilità dovuto a un effetto secondario, visto il mancato coinvolgimento dei neuroni. 

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OBBIETTIVO NUOVI FARMACI

A partire dagli organoidi, dunque, si punta a trovare soluzioni per le malattie prive di una cura. Per compiere questo salto di qualità, secondo Testa, «è necessario passare da una fase artigianale, come quella in cui siamo, a quella sperimentale». Per progredire, secondo l'esperto, occorre investire molto in automazione. «Attraverso l'intelligenza artificiale, vanno integrate le conoscenze acquisite attraverso gli organoidi, con quelle derivanti dall'imaging e dallo studio di geni, proteine e metaboliti». Questo perché il lavoro attraverso questi mini-organi avviene comunque in vitro e non può essere pertanto considerato esente da limiti. Motivo per cui, nella messa a punto di un farmaco, non è al momento immaginabile l'improvvisa rinuncia alla sperimentazione animale.