Le scoperte scientifiche nel campo medico e biologico – dallo sviluppo di vaccini e nuovi farmaci, fino alla creazione di creme, cosmetici e dispositivi medici – si basano su una fase fondamentale: la sperimentazione su cellule, tessuti e organismi viventi.
Finché si lavora con colture cellulari, le questioni etiche sono minime. Ma quando gli esperimenti coinvolgono animali o esseri umani, la situazione si complica. È giusto utilizzare animali da laboratorio per la ricerca? Oggi l’uso degli animali è rigidamente regolamentato, ma la scienza, almeno per ora, non può ancora farne completamente a meno.
Nei laboratori si utilizzano spesso linee cellulari di origine umana o animale, strumenti preziosi ma con un limite importante: non riescono a riprodurre la complessità del corpo umano. Per questo motivo per decenni si è fatto largo uso di animali da laboratorio, soprattutto roditori, come modello sperimentale. Tuttavia, per quanto geneticamente simili all’uomo, i topi non sempre riflettono accuratamente le nostre condizioni fisiologiche. Il rischio è quello di trarre conclusioni non del tutto affidabili.
Negli ultimi anni, però, la ricerca ha intrapreso una strada promettente: lo sviluppo di sistemi alternativi alla sperimentazione animale, capaci di fornire risultati più precisi e di superare le implicazioni etiche. Alla base di questa rivoluzione ci sono le cellule staminali, che hanno la capacità di trasformarsi in diversi tipi di cellule e di rigenerare i tessuti.
Per capire meglio il potenziale di queste nuove tecnologie, prendiamo come esempio il tratto respiratorio.
Il nostro sistema respiratorio è un mosaico di cellule specializzate. È infatti composto da:
- cellule ciliate, che grazie alle loro ciglia muovono meccanicamente le particelle e i patogeni;
- cellule caliciformi mucipare (o “goblet cells”), che producono il muco, creando una barriera difensiva contro gli agenti esterni;
- cellule nervose, che coordinano riflessi come lo starnuto;
- cellule endoteliali, che formano le pareti dei capillari sanguigni;
- e cellule immunitarie, pronte a intervenire in caso di infezione.
Riprodurre in laboratorio un sistema così complesso non è semplice, ma la scienza ha compiuto passi da gigante.
Uno dei modelli più diffusi è il sistema ad interfaccia aria-liquido (ALI), ottenuto a partire da cellule epiteliali umane derivate da biopsie. Queste cellule possono differenziarsi in cellule ciliate e mucipare, formando un tessuto pseudo-stratificato molto simile all’epitelio respiratorio. Questo modello permette di studiare i virus respiratori, valutare la tossicità di sostanze inalate o analizzare le differenze nei tessuti di fumatori e di persone con mutazioni genetiche. Alcuni virus o sostanze, ad esempio, possono bloccare completamente il movimento delle ciglia e portare alla morte cellulare.
Un ulteriore passo avanti è rappresentato dagli organoidi polmonari, strutture tridimensionali ottenute da cellule staminali che, grazie a specifici terreni di coltura, si organizzano spontaneamente in mini-tessuti. A differenza dei modelli ALI, gli organoidi hanno una struttura 3D che imita in modo più fedele l’architettura del polmone umano.
Infine, i sistemi più sofisticati oggi disponibili sono i cosiddetti “lung-on-chip”. In questi dispositivi, materiali di diversa composizione supportano le varie componenti cellulari del tessuto respiratorio: epitelio, endotelio e cellule immunitarie. Il terreno di coltura è fatto circolare da una pompa, simulando la circolazione sanguigna. Questo consente di osservare fenomeni dinamici, come il reclutamento delle cellule immunitarie in risposta a un’infezione o a un’infiammazione.
Modelli simili vengono oggi sviluppati non solo per il polmone, ma anche per cervello, fegato, ghiandole salivari e molti altri organi. Si tratta di una vera e propria nuova era per la ricerca biomedica, in cui la sperimentazione può diventare più precisa e specializzata, eticamente sostenibile e vicina alla complessità del nostro organismo.
ATTIVITÀ DA SVOLGERE IN CLASSE
Riconosci il tessuto respiratorio, i sistemi ALI, gli organoidi e i lung-on-chip in base alle figure proposte. Scarica qui la nostra proposta.