Non è sempre semplice trovare argomenti stimolanti e nuovi per coinvolgere gli studenti. Per affrontare contenuti di anatomia, di istologia, di colture cellulari e nuovi traguardi delle biotecnologie tecnologiche, gli organoidi sono un ottimo punto di partenza sia per introdurre la lezione, sia per concluderla, ma anche per assegnare qualche attività specifica.
Cosa sono gli organoidi?
Gli organoidi sono modelli in vitro derivati da cellule staminali che riproducono diversi aspetti della struttura molto complessa di alcuni organi. Queste colture cellulari tridimensionali possono essere impiegate in diversi ambiti, per esempio per studiare come funziona un organo e vedere come reagisce a determinati stimoli, oppure come si sviluppa una specifica patologia. Gli organoidi sono impiegati inoltre nel settore farmacologico e rappresentano un modello di coltivazione cellulare e tissutale che diventerà sempre più diffuso. Gli organoidi, in un certo senso, sono il primo step per arrivare a coltivare in vitro un tessuto o un organo da trapiantare.
Una struttura articolata
Gli organoidi sono in sintesi microtessuti multicellulari tridimensionali (3D), ossia composti da tutte quelle tipologie cellulari che strutturano un organo vero e proprio. Sono derivati da cellule staminali, che opportunamente coltivate con selezionati agenti di crescita, si differenziano auto-assemblandosi. Gli organoidi, grazie alle attuali tecniche di coltura e monitoraggio, possono essere differenziati in un’ampia varietà di tipi di tessuti, tra cui fegato, polmone, cervello, rene, stomaco e intestino.
Un esempio di applicazione pratica
Nell’ambito della ricerca farmacologica, rispetto ai modelli di cellule 2D tradizionali, dove vengono testate nuove molecole che potrebbero diventare agenti terapeutici, gli organoidi riescono in parte a riprodurre alcuni eventi fisiologici degli organi che mimano in miniatura, in particolare sono più simili al comportamento dell’organo vero e proprio per quanto riguarda la comunicazione cellula-cellula, le interazioni della matrice cellulare-extracellulare (ECM) e i vincoli fisici peculiari dei singoli tessuti.
L’organoide in sé e per sé riproduce alcuni aspetti della funzionalità di diversi tessuti che interagiscono tra di loro, non tutti però: per esempio l’organoide non essendo dotato di sistema circolatorio, non può mimare gli effetti della circolazione e neanche la risposta del sistema immunitario.
Simulatori di patologie
Nonostante i limiti gli organoidi si propongono come ottimi simulatori di patologie, per esempio nell’ambito neurologico
Con l’aumento dell’età media della popolazione, ma anche a causa del crescente stress nella vita personale, la neurodegenerazione e le malattie psichiatriche sono diventate un importante problema sanitario a livello globale. Tuttavia, mancano ad oggi ancora modelli affidabili di questa grande varietà di malattie, che possano essere impiegati per testare potenziali agenti terapeutici. Per esempio, non sono ancora chiare le prime avvisaglie cliniche di patologie in preoccupante aumento come il morbo di Alzheimer (AD) e il morbo di Parkinson: per questo tipo di patologie gli organoidi potrebbero essere utili per studiare molecole protettive.
Tumoroidi
Gli organoidi che riproducono in forma 3D i tumori sono chiamati tumoroidi. Queste strutture sono molto utili per studiare lo sviluppo di un tumore e anche la risposta ad alcuni trattamenti farmacologici. I tumoroidi sono colture cellulari che derivano da pazienti dopo biopsia o procedure chirurgiche che possono essere espanse in laboratorio su larga scala. Queste colture possono essere ampliate per produrre un elevato numero di organoidi che mantengono le caratteristiche molecolari del tumore originario, così da poter valutare l’efficacia di un farmaco ma anche gli effetti tossici del farmaco stesso.
Un passo in avanti: Organ on Chip
Per studiare in vitro il comportamento di organi e tessuti, l’evoluzione di una particolare patologia, la risposta a d un farmaco, affiancano gli organoidi, gli Organ-on-Chip. Questi sono dei dispositivi microfluidici di colture cellulare che replicano la complessità, le strutture e le funzioni degli organi umani. Rispetto agli organoidi che crescono in terreni di coltura, questi dispositivi, della dimensione più o meno di una chiavetta USB, sono realizzati usando solitamente un polimero flessibile e trasparente.
Nei chip sono seminate non solo le cellule dell’organo che si vuole riprodurre ma anche cellule dei vasi sanguigni. In questo modo si ottiene un modello vivente e tridimensionale di un organo umano, grazie al quale è possibile approfondire i meccanismi fisiologici e patologici e testare nuovi farmaci.
Attualmente con la tecnologia Organ-on-Chip sono stati modellizzati l’intestino, i polmoni, il fegato, i muscoli, le articolazioni, la pelle, il pancreas, il rene, il midollo osseo, il cuore. La nuova frontiera è rappresentata dal mettere insieme diversi modelli di organi per ottenere un Body-on-Chips: questo permetterebbe di studiare l’effetto dei farmaci contemporaneamente su molteplici sistemi di organi e condurre studi di biodinamica sui farmaci da testare
Attività
1) Cerca una foto di un organoide specifico e prova a descrivere la struttura di questo organoide (per esempio sistema nervoso centrale o fegato)
2) Cerca il modello di un Organ on Chips e prova a descriverne le sue parti
3) Fai un esempio di alcuni risultati scientifici ottenuti grazie agli organoidi