Gli organoidi stanno rapidamente diventando uno degli strumenti più all’avanguardia delle moderne scienze della vita. L’idea è di utilizzare le cellule staminali per costruire tessuti e organi in miniatura che si somigliano e si comportano esattamente come le loro controparti reali.
Finora, i metodi consolidati per produrre organoidi presentano notevoli inconvenienti: le cellule staminali si sviluppano in modo incontrollabile in tessuti circolari e chiusi che hanno una durata di vita breve, nonché dimensioni e forma non fisiologiche, che si traducono in un’inconsistenza anatomica e/o fisiologica complessiva con organi della vita reale.
Gli scienziati del gruppo guidato da Matthias Lütolf dell’Istituto di bioingegneria dell’École polytechnique fédérale di Losanna hanno trovato un modo per “guidare” le cellule staminali per formare un organoide intestinale che sembra e funziona proprio come un tessuto reale. Pubblicato su Nature, il metodo sfrutta la capacità delle cellule staminali di crescere e organizzarsi lungo uno scaffold a forma di tubo che imita la superficie del tessuto nativo, posto all’interno di un chip microfluidico.
I ricercatori dell’EPFL hanno utilizzato un laser per scolpire questa impalcatura a forma di intestino all’interno di un idrogel, un morbido mix di proteine reticolate presenti nella matrice extracellulare dell’intestino che supporta le cellule del tessuto nativo. L’idrogel, oltre ad essere il substrato su cui potrebbero crescere le cellule staminali, fornisce anche la forma o “geometria” che costruirà il tessuto intestinale finale.
Una volta seminate nell’impalcatura simile all’intestino, in poche ore, le cellule staminali si sono diffuse attraverso l’impalcatura, formando uno strato continuo di cellule con le sue caratteristiche strutture a cripta e domini simili a villi. Poi è arrivata la sorpresa: gli scienziati hanno scoperto che le cellule staminali semplicemente “sapevano” come organizzarsi per formare un minuscolo intestino funzionale.
“Sembra che la geometria dello scaffold in idrogel, con le sue cavità a forma di cripta, influenzi direttamente il comportamento delle cellule staminali in modo che vengano mantenute nelle cavità e si differenzino nelle aree esterne, proprio come nel tessuto nativo”, afferma Lütolf. Le cellule staminali non si sono solo adattate alla forma dell’impalcatura, ma hanno prodotto tutti i tipi cellulari differenziati chiave che si trovano nell’intestino reale, con alcuni tipi di cellule rari e specializzati che normalmente non si trovano negli organoidi.
I tessuti intestinali sono noti per i più alti tassi di turnover cellulare nel corpo, con conseguente accumulo di un’enorme quantità di cellule morte nel lume degli organoidi classici che crescono come sfere chiuse e richiedono una scomposizione settimanale in piccoli frammenti per mantenerli in coltura. “L’introduzione di un sistema microfluidico ci ha permesso di perfondere in modo efficiente queste mini budella e di stabilire un sistema organoide omeostatico di lunga durata in cui la nascita e la morte delle cellule sono bilanciate”, afferma Mike Nikolaev, il primo autore dell’articolo.
I ricercatori dimostrano che questi intestini in miniatura condividono molte caratteristiche funzionali con le loro controparti in vivo. Ad esempio, possono rigenerarsi dopo un massiccio danno tissutale e possono essere utilizzati per modellare processi infiammatori o interazioni ospite-microbo in un modo non precedentemente possibile con nessun altro modello di tessuto coltivato in laboratorio.
Inoltre, questo approccio è ampiamente applicabile per la crescita di tessuti in miniatura da cellule staminali derivate da altri organi come il polmone, il fegato o il pancreas e da biopsie di pazienti umani. “Il nostro lavoro mostra che l’ingegneria dei tessuti può essere utilizzata per controllare lo sviluppo degli organoidi e costruire organoidi di nuova generazione con un’elevata rilevanza fisiologica, aprendo prospettive entusiasmanti per la modellazione della malattia, la scoperta di farmaci, la diagnostica e la medicina rigenerativa”, afferma Lütolf.
