Negli ultimi anni, la biomedicina ha fatto un enorme passo avanti con lo sviluppo degli organoidi umani, strutture tridimensionali coltivate a partire da cellule staminali che replicano le funzioni e la struttura salienti degli organi umani. Gli organoidi stanno rapidamente emergendo come un’alternativa avanzata e già oggi offrono immense potenzialità per sostituire l’uso di modelli animali nella ricerca biomedica. Grazie alla loro capacità di imitare fedelmente i tessuti umani, gli organoidi permettono di ottenere risultati più rilevanti per la fisiologia umana, migliorando la ricerca scientifica e accelerando lo sviluppo di nuove terapie.
Organoidi: Cosa sono e come funzionano
Gli organoidi sono piccoli modelli tridimensionali coltivati in vitro a partire da cellule staminali, che si differenziano in diversi tipi di cellule specializzate, riproducendo in laboratorio la struttura e le funzioni essenziali degli organi umani. A differenza delle colture cellulari tradizionali bidimensionali, che crescono su piastre piatte, gli organoidi crescono in tre dimensioni, permettendo alle cellule di organizzarsi in modo simile agli organi reali in versione miniaturizzata.
Questa capacità di riprodurre fedelmente gli aspetti salienti degli organi umani consente di utilizzare gli organoidi per studiare malattie, testare farmaci e sviluppare nuove terapie in un contesto più realistico rispetto ai modelli in vitro tradizionali ed ai modelli animali. Già oggi, gli organoidi stanno dimostrando di poter migliorare la ricerca biomedica e di ridurre la dipendenza dai test sugli animali.
Applicazioni degli organoidi nella ricerca
1. Ricerca sul cancro
Gli organoidi tumorali, o tumoroidi, rappresentano una delle applicazioni più avanzate degli organoidi nella ricerca sul cancro. Questi tumoroidi vengono sviluppati a partire dalle cellule tumorali di un paziente e riproducono fedelmente la complessità del tumore e del suo microambiente.
I tumoroidi permettono di testare in vitro vari trattamenti farmacologici per identificare la terapia più efficace per un singolo paziente. Questo approccio personalizzato migliora l’efficacia delle terapie e riduce gli effetti collaterali, senza la necessità di ricorrere a test sugli animali. Gli organoidi tumorali sono già stati utilizzati, ad esempio, nello studio del cancro del colon e del cancro al polmone, con risultati molto promettenti.
2. Tossicologia e scoperta di farmaci
Gli organoidi sono ampiamente utilizzati per testare la sicurezza e l’efficacia dei farmaci, specialmente per quanto riguarda la tossicità epatica e renale. Gli organoidi epatici, ad esempio, sono impiegati per valutare come i farmaci vengono metabolizzati nel fegato e per identificare potenziali effetti collaterali tossici. Allo stesso modo, gli organoidi renali e intestinali vengono utilizzati per studiare come i farmaci vengono processati nel sistema renale e digestivo.
Questi organoidi offrono un modello più accurato rispetto ai modelli animali per prevedere come un farmaco influirà sul corpo umano. Questo consente di migliorare il processo di sviluppo dei farmaci, riducendo la necessità di test sugli animali nelle fasi precliniche.
3. Modellazione delle malattie genetiche
Gli organoidi sono anche utilizzati per studiare malattie genetiche rare e complesse. Ad esempio, gli organoidi cerebrali derivanti da pazienti con mutazioni specifiche possono essere impiegati per studiare patologie neurodegenerative come il morbo di Alzheimer e il Parkinson, fornendo una piattaforma tridimensionale che replica la struttura del cervello umano. Questo permette ai ricercatori di osservare direttamente i meccanismi patologici e di testare terapie sperimentali in un contesto che rispecchia meglio la realtà rispetto ai modelli animali.
Questo tipo di modellazione sta già oggi migliorando la comprensione di molte malattie genetiche e offrendo nuove opportunità per sviluppare terapie mirate.
4. Studio delle infezioni
Gli organoidi sono utilizzati anche per studiare come virus, batteri e altri patogeni interagiscono con i tessuti umani. Durante la pandemia di COVID-19, ad esempio, organoidi polmonari e intestinali sono stati utilizzati per studiare come il virus SARS-CoV-2 infetta le cellule umane. Questi modelli tridimensionali hanno permesso di comprendere meglio il comportamento del virus e di accelerare lo sviluppo di trattamenti antivirali e vaccini.
Gli organoidi offrono un sistema più accurato rispetto ai modelli animali per studiare le dinamiche delle infezioni, riducendo la necessità di utilizzare animali nei test di laboratorio.
L’uso delle cellule iPS nella creazione di organoidi
Un’innovazione fondamentale nel campo degli organoidi è l’utilizzo delle cellule staminali pluripotenti indotte (iPS). Le iPS vengono ricavate da cellule adulte, come quelle della pelle, che vengono riprogrammate per tornare a uno stato pluripotente, ovvero con la capacità di differenziarsi in qualsiasi tipo di cellula del corpo umano. Questa tecnologia permette di creare organoidi personalizzati, derivati dalle cellule di un singolo paziente, fornendo un modello estremamente preciso per lo studio delle malattie e per lo sviluppo di terapie personalizzate.
Le cellule iPS offrono un’enorme flessibilità e possono essere ottenute da fonti non invasive, come cellule della pelle, urine o saliva:
- Cellule del derma della pelle: I fibroblasti della pelle possono essere prelevati tramite una piccola biopsia superficiale e riprogrammati per diventare iPS.
- Urine: Le cellule epiteliali presenti nelle urine possono essere facilmente raccolte e utilizzate per creare iPS senza ricorrere a procedure invasive.
- Saliva: Anche le cellule della mucosa orale, prelevabili tramite un semplice tampone buccale, possono essere riprogrammate in iPS.
Queste fonti non invasive rendono le iPS una risorsa accessibile per la creazione di organoidi personalizzati, che riproducono con precisione le caratteristiche biologiche di ciascun paziente. Questo permette di studiare malattie specifiche e di sviluppare trattamenti su misura, migliorando la precisione delle terapie e riducendo la dipendenza dai modelli animali.