Ricerca, dal gel a base di Dna al fegato creato con le staminali

• di RQuotidiano
• 3 Luglio 2013

Dal gel dinamico a base di Dna, che promette di diventare la base per la creazione di muscoli in laboratorio, fino al fegato bioartificiale a base di cellule staminali appena ideato in Giappone, la fabbrica dei ‘pezzi di ricambio’ diventa sempre più hi-tech e si arricchisce di mese in mese di nuovi successi. Gli scienziati di tutto il mondo – inclusi anche alcuni italiani – sembrano rincorrersi nella messa a punto di organi, tessuti e muscoli umani in grado di sostituire i ‘pezzi’ difettosi. Una corsa che punta a risolvere la questione della carenza degli organi da destinare ai trapianti, ma anche i pesanti problemi di rigetto, che di recente hanno portato Walter Visigalli – l’uomo che nel 2000 a Monza fu protagonista del primo trapianto di mano in Italia – a farsi amputare l’arto impiantato il 17 ottobre di 13 anni fa.

Il nuovo materiale a base di Dna bioartificiale, messo a punto dai ricercatori dell’Università della California a Santa Barbara, è descritto di recente su ‘Pnas’ (Proceedings of the National Academy of Sciences). Secondo i suoi creatori, Omar Saleh e Deborah Fygenson, si tratta di “un materiale ‘smart’, con capacità meccaniche attive”, che sono alla fin fine “molto simili a quelle di una cellula vivente”. Il gel al Dna ha le dimensioni di una cellule eucariotica e, secondo i ricercatori, avrà numerose applicazioni biomedicali. Potrebbe essere usato per costruire “muscoli artificiali, ma anche per le nanotecnologie nelle scienze della vita”.

In Texas scienziata italiana ha già creato l’intestino bio artificiale. Con il mini-tessuto di fegato ‘stampato’ in 3D, che ha fatto il giro del mondo qualche mese fa, si avvicina la produzione di organi umani biotech realizzati in laboratorio. Cuore, ma anche fegato, reni intestino e pancreas ‘costruiti’ in laboratorio con un organo animale ‘ripulito’ da tutte le sue cellule, e ‘imbottito’ con staminali del grasso del ricevente, in grado di essere trapiantati bypassando il problema del rigetto e della carenza di organi disponibili. Questa la ricerca cui si dedica Cristiana Rastellini, scienziata romana emigrata negli Stati Uniti nel 1992, dove dirige i trapianti cellulari e la ricerca sui trapianti d’organo all’Università del Texas. “Lo studio è molto promettente. Stiamo lavorando su modelli animali, ma l’idea di arrivare un giorno all’uomo sembra fattibile, anche perché la cosa è concettualmente molto semplice”, assicura la studiosa raggiunta negli Usa dall’Adnkronos Salute. “Il nostro gruppo è molto attivo nella ricerca sui trapianti, e questa è una delle aree più interessanti del momento, considerando che la creazione di organi bioartificiali potrebbe risolvere l’eterno problema della scarsità di organi da trapiantare e delle liste d’attesa”. “Il nostro approccio fa sì che gli organi bioartificiali, realizzati a partire da animali come il maiale, siano ‘costruiti’ per essere tollerati dal sistema immunitario e quindi prevenire il rigetto senza l’uso di farmaci”. Ma come funziona la ricerca? “Si prende un organo animale, che viene saponificato e privato così di tutte le sue cellule. Quella che resta è la struttura, in cui vengono pompate le staminali prelevate dal grasso del ricevente, e poi coltivate e cresciute in laboratorio”. L’organo ricostituito diviene così un ibrido tra il donatore (la struttura) e il ricevente (cellulare).

“Il più semplice probabilmente sarà il cuore”. “Il più semplice probabilmente sarà il cuore. Nel nostro gruppo – ricorda Rastellini – abbiamo realizzato per primi l’intestino bio-artificiale, utilizzando appunto una struttura di sostegno costituita da una matrice organica, da cui erano state precedentemente rimosse tutte le cellule su cui si trovano i recettori responsabili del fenomeno del rigetto”. Questa matrice decellularizzata, ripopolata da cellule staminali, “ha costituito un segmento intestinale con una struttura morfologica assolutamente simile a quella dell’intestino tenue normale”. “Oggi il nostro gruppo – aggiunge la studiosa – continua a lavorare sull’intestino artificiale con una nuova serie di strategie. In particolare stiamo costruendo l’intestino usando due tecniche diverse: derma decellularizzato e intestino decellularizzato. Nel primo caso usiamo una matrice disponibile in commercio mentre nel secondo caso prendiamo un pezzo d’intestino e lo decellulariziamo noi: le cellule vengono tolte con il processo di saponificazione. In tutti e due i casi poi o usiamo la struttura decellularizzata in vivo (nell’animale), per costruire il nuovo intestino o lo prepariamo in vitro con cellule staminali per aiutarlo a ricostituire la struttura cellulare originale”. I ricercatori utilizzano vari tipi di cellule ‘bambinè (nervose, muscolari, adipose). “Quando vediamo che in cultura le cellule hanno ripopolato il tessuto, lo trapiantiamo. In tutti e due i casi si costituisce un intestino artificiale fatto di una matrice decellularizzata che puo essere o umana o animale, e cellule staminali del ricevente, che prendiamo dal tessuto periferico, come dal grasso, per esempio. Questo – dice – permette di trapiantare un tessuto intestinale fatto artificialmente ma popolato da cellule del paziente che lo riceverà e quindi non sarà rigettato”.

Con speciale stampante creati tesstuti per test su farmaci. Altra novità della ricerca è che in vitro queste strutture vengono coltivate e cresciute in bioreattori, cioè in assenza di gravità, permettendo di costituire 3D cellular structures. “In questo – spiega – collaboriamo con la Nasa”. Ma non è tutto. Dopo gli ultimi risultati presentati su ‘Science‘ dall’Università di Oxford, al meeting di biologia sperimentale a Boston è stato descritto qualche tempo fa il lavoro di una speciale stampante 3D che ha prodotto tessuto di fegato umano bioartificiale. A ottenerlo la Organovo Holdings Inc di San Diego, azienda da anni impegnata nella ricerca in questo settore, per ottenere tessuti umani da usare nella sperimentazione di farmaci. Questi tessuti in 3D possiedono attributi centrali per la funzione del fegato, inclusa la produzione di proteine specifiche come albumina e transferrina. Il biotessuto, spesso appena 500 micron, è inoltre capace di garantire la biosintesi del colesterolo e di enzimi tipici del fegato. Per il momento l’uso prevalente di questi bio-tessuti è per test sui farmaci.

In Svezia i medici hanno “fabbricato” una vena. Sembra fantascienza, ma c’è già chi porta su di sè i frutti di questo tipo di ricerca. Una bimba di 10 anni è stata protagonista di un nuovo passo avanti sul fronte della medicina rigenerativa. L’intervento che ha fatto il giro del mondo, pubblicato su ‘Lancet‘ e condotto in Svezia, porta la firma dei medici dell’università di Goteborg e del Shalgrenska University Hospital. I dottori hanno fabbricato in laboratorio una vena con cui rimpiazzare un vaso sanguigno vitale che collega intestino e fegato, ostruito nella giovane paziente. La tecnica usata è la stessa con cui, per la prima volta al mondo, l’italiano Paolo Macchiarini (ormai ‘emigrat0’ proprio nel Paese scandinavo), ha costruito una trachea artificiale al sicuro dal rischio rigetto. Nel caso della bimba, non era stato possibile bypassare con ‘innestì di altro tipo il blocco che impediva il regolare flusso sanguigno tra intestino e fegato. I medici svedesi hanno quindi prelevato un vaso da cadavere, l’hanno ‘ripulito’ completamente del materiale cellulare del donatore, e hanno ‘foderato’ di staminali della bambina l’impalacatura così ottenuta.

Ricercatori italiani hanno creato un tessuto muscolare. Nel capitolo dei muscoli cresciuti in laboratorio e usati come pezzi di ricambio per i tessuti danneggiati a causa di traumi o malattie degenerative c’è spazio per lo studio che porta la firma dei ricercatori italiani dell’Istituto Pasteur e dell’università Sapienza di Roma, pubblicato sulla rivista ‘Scientific Reports’. Il tessuto si chiama X-Met (ex-vivo Muscle engineered tissue o tessuto muscolare ingegnerizzato ex-vivo) e “non solo rappresenta un modello ideale per studiare la biologia muscolare – avvertono gli scienziati – limitando l’utilizzo di modelli animali, ma si dimostra essere un buon ‘pezzo di ricambio ‘ per rimpiazzare il muscolo danneggiato a causa di traumi o di malattia”. “Abbiamo sostituito il muscolo responsabile della flessione delle dita degli arti inferiori del topo con X-Met generato in vitro – spiegava Antonio Musarò, autore dello studio – in assenza del muscolo l’animale non è in grado di afferrare oggetti. Al contrario, il trapianto di X-Met permette di recuperare questa capacità. In particolare, se prima del trapianto la capacità di generare forza è drasticamente ridotta, il topo trapiantato con X-Met recupera, dopo 30 giorni, circa il 40% della forza originale”. L’innovativo tessuto può quindi sostituirsi ai muscoli persi o danneggiati e ripristinare, sebbene solo parzialmente, la forza muscolare. “Nonostante l’utilizzo di X-Met – osserva Musarò – sia ancora lontano da un’applicazione clinica, questo tessuto cresciuto in laboratorio si candida come possibile strumento per la cura di malattie degenerative del muscolo”. Sono solo alcuni dei lavori in corso nella fabbri dei pezzi di ricambio del corpo umano, per un futuro di trapianti senza bisogno di donatori.