L’Innovazione con Cellule Staminali e Intelligenza Artificiale
Una nuova tecnica basata sull’intelligenza artificiale (AI) e sull’uso di cellule staminali umane potrebbe rivoluzionare i test di tossicità dei composti chimici, riducendo drasticamente l’utilizzo di animali nei test. Questo approccio innovativo potrebbe consentire di eseguire valutazioni personalizzate per composti pericolosi, aprendo la strada a una valutazione della tossicità più etica ed efficace.
La Minaccia delle sostanze chimiche persistenti e la Ricerca di Soluzioni
I composti artificiali noti come PFAS (sostanze per- e polifluoroalchiliche), utilizzati in prodotti di uso quotidiano come pentole antiaderenti e imballaggi alimentari, sono noti per la loro resistenza nell’ambiente. Queste sostanze sono ora presenti ovunque: nell’acqua che beviamo, nel cibo che consumiamo e persino nell’aria che respiriamo. Studi hanno collegato l’esposizione a queste sostanze a gravi problemi di salute, come i tumori.
L’Iniziativa di Hideko Sone: StemPanTox
Hideko Sone, tossicologa dell’Università di Yokohama, in Giappone, ha sviluppato un sistema che utilizza cellule staminali umane e l’intelligenza artificiale per prevedere la tossicità di nuovi composti prima che vengano prodotti in massa. Il sistema, denominato StemPanTox, si propone di migliorare le metodologie attuali per la valutazione della tossicità, mirando a testare una vasta gamma di sostanze che includono farmaci, ingredienti per alimenti funzionali e oltre 400 tipi di plastica.
Previsioni con AI e Test su Cellule Staminali
L’interesse per metodi avanzati di valutazione della tossicità è in crescita a livello globale. L’Environmental Protection Agency (EPA) degli Stati Uniti ha già annunciato l’intenzione di eliminare gradualmente i test sugli animali, che presentano diversi limiti. Differenze di tossicità tra le specie possono portare a sottostimare i rischi per l’uomo: ad esempio, Sone ha osservato che le cellule umane sono più sensibili al metilmercurio, una sostanza altamente tossica, rispetto alle cellule di topo.
L’approccio di Sone prevede di osservare come cambia l’espressione genica nelle cellule staminali umane in risposta a diverse sostanze tossiche, ottenendo così risultati più accurati rispetto ai test sugli animali. Il team ha esposto cellule staminali embrionali a sostanze che influenzano il sistema nervoso, il cuore, il fegato e i reni, utilizzando l’AI per mappare le reti genetiche associate alla tossicità.
Verso Test di Tossicità Personalizzati
Un’innovazione promettente introdotta dal team di Sone è l’uso di cellule staminali pluripotenti indotte (IPS) per sviluppare test personalizzati, in grado di tenere conto delle differenze genetiche tra le persone. Le cellule staminali pluripotenti indotte (o iPS cells in inglese) sono cellule create in laboratorio a partire da cellule adulte, come quelle della pelle o del sangue, che vengono “riprogrammate” per tornare a uno stato simile a quello embrionale. In questo stato, hanno la capacità di trasformarsi in quasi tutti i tipi di cellule del corpo (da cui il termine “pluripotenti”), come cellule del cuore, del fegato, dei nervi, e così via.
Questa scoperta permette agli scienziati di creare cellule specializzate per studi medici senza dover utilizzare cellule staminali embrionali. Questo sviluppo potrebbe non solo ridurre il tasso di fallimento dei test ma anche promuovere un approccio più accurato ed efficace alla valutazione della tossicità.
Espansione dei Test e Applicazioni Future
Sone intende aumentare il numero di composti testati entro la fine del 2024 e aspira a utilizzare questa tecnologia per supportare lo sviluppo di farmaci. Attraverso organoidi — strutture cellulari che simulano le funzioni di un organo — il team sta sviluppando un metodo per testare gli effetti e la tossicità dei farmaci, contribuendo a ridurre i costi e i tempi dei test clinici.
Impatti Politici e Nuove Linee Guida
Le innovazioni come StemPanTox potrebbero influenzare profondamente le politiche sui test di tossicità. Sone spera di aggiornare le Linee Guida OECD per i Test dei Chimici, lavorando con enti come il Centro Giapponese per la Validazione di Metodi Alternativi, al fine di promuovere metodi di test che riducano, affinino o sostituiscano l’uso di animali.
Uno Sguardo al Futuro: L’Interazione dei Composti
Guardando avanti, Sone sostiene che è necessario andare oltre il test di singoli composti e iniziare a studiare le interazioni di più sostanze presenti nell’ambiente. Con l’uso di metodi computazionali, si sta facendo un passo fondamentale verso la comprensione degli effetti combinati di queste sostanze.
Conclusione
La ricerca di Sone rappresenta un esempio all’avanguardia per un futuro in cui la tossicità dei composti può essere valutata in modo etico ed efficace. Se sostenuti da normative adeguate e dalla collaborazione tra industria, governo e mondo accademico, strumenti come StemPanTox potrebbero ridisegnare i criteri di sicurezza chimica a livello globale.
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