Un Modello di Sistema Immunitario Umano Coltivato in Laboratorio Svela Risposte Indebolite nei Pazienti Oncologici
Un team di ricercatori del Georgia Institute of Technology ha sviluppato modelli in miniatura del sistema immunitario umano, creati in laboratorio, per comprendere meglio perché alcuni pazienti oncologici facciano fatica a combattere le infezioni. Questi modelli innovativi, basati su organoidi e chiamati “organoidi immunitari” umani, replicano l’ambiente in cui le cellule immunitarie imparano a riconoscere e attaccare gli agenti nocivi e a rispondere ai vaccini.
Questi organoidi rappresentano uno strumento rivoluzionario per studiare il funzionamento del sistema immunitario in condizioni oncologiche e non solo. Potrebbero accelerare lo sviluppo di vaccini, prevedere con maggiore precisione la risposta ai trattamenti e persino ridurre i tempi necessari per i trial clinici.
Come funzionano gli organoidi immunitari?
“Grazie ai nostri idrogel sintetici, abbiamo creato un ambiente avanzato per gli organoidi immunitari umani, che ci consente di modellare la produzione di anticorpi da zero, in modo più preciso e per un periodo più lungo,” spiega Ankur Singh, professore presso il George W. Woodruff School of Mechanical Engineering di Georgia Tech e il Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering.
“Per la prima volta, possiamo ricreare e mantenere complessi processi immunologici in un gel sintetico usando sangue umano e monitorare efficacemente le risposte delle cellule B” aggiunge Singh. “Questo rappresenta un cambio di paradigma per comprendere e trattare le vulnerabilità immunitarie nei pazienti con linfoma che hanno subito trattamenti oncologici, e potenzialmente anche per altre patologie.”
Il team ha progettato organoidi che imitano il tessuto delle tonsille e dei linfonodi umani, fondamentali per studiare le risposte immunitarie. I risultati, pubblicati sulla rivista scientifica Nature Materials, segnalano un’importante svolta verso modelli in vitro complessi che rappresentano più accuratamente l’immunologia umana.
Superare i limiti dei modelli animali
I ricercatori hanno affrontato una questione cruciale nella scienza biomedica: la difficoltà di tradurre i risultati preclinici ottenuti con modelli animali in esiti clinici efficaci per l’uomo.
“Anche se possono essere utili negli studi di tipo meccanicistico, spesso i modelli animali non rispecchiano fedelmente la complessità dell’immunologia umana, né le risposte ai trattamenti,” spiega Monica (Zhe) Zhong, dottoranda in Bioingegneria e prima autrice dello studio. “Abbiamo progettato un nuovo modello che riproduce con fedeltà la complessità biologica del sistema immunitario umano, a livello molecolare, cellulare, tissutale e sistemico.”
Cosa hanno scoperto i ricercatori?
Gli organoidi permettono alle cellule immunitarie, prelevate da sangue umano e tonsille, di maturare e produrre anticorpi in un ambiente controllato. Questo processo simula quanto avviene nel corpo umano e consente di studiare la risposta immunitaria in dettaglio.
Testando cellule provenienti da donatori sani e da pazienti con linfoma, i ricercatori hanno scoperto che le cellule immunitarie dei sopravvissuti al linfoma trattati con specifiche immunoterapie non si organizzano in “zone” funzionali, come avviene in una risposta immunitaria normale. Questa mancanza di organizzazione potrebbe spiegare alcune delle difficoltà che i sopravvissuti al cancro affrontano nel combattere le infezioni.
Un cambiamento tecnologico promettente
Questa ricerca apre nuove prospettive non solo per lo studio delle malattie infettive e dei tumori, ma anche per migliorare la qualità della vita dei pazienti oncologici. “I pazienti con linfoma trattati con terapie mirate come quelle contro il CD20 sono spesso più vulnerabili alle infezioni, anche anni dopo il trattamento,” spiega Jean Koff, co-autore dello studio e professore associato presso l’Emory University. “Capire l’impatto a lungo termine sulle risposte immunitarie è essenziale per migliorare la sicurezza e la qualità della vita di questi pazienti.”
Un altro aspetto fondamentale della tecnologia è la sua scalabilità : un singolo ricercatore può produrre centinaia di organoidi in una sola sessione, aumentando significativamente il potenziale per test terapeutici su ampia scala. Inoltre, i ricercatori stanno già esplorando nuove applicazioni, come lo sviluppo di terapie cellulari e modelli per studiare il sistema immunitario negli anziani.
“Alla fine, questa tecnologia ha un impatto diretto sui pazienti oncologici e sui sopravvissuti al cancro, che spesso affrontano risposte immunitarie indebolite,” conclude Singh. “Questo progresso potrebbe portare a nuovi modi per rafforzare le difese immunitarie, aiutando i pazienti vulnerabili a restare in salute e a recuperare meglio.”
Supporto e prospettive future
Il lavoro è stato inizialmente finanziato dal programma Wellcome Leap HOPE e ha recentemente ricevuto un ulteriore finanziamento di 7,5 milioni di dollari dal National Institute of Allergy and Infectious Diseases.
Fonti
Zhong, Z., Quiñones-Pérez, M., Dai, Z. et al. Human immune organoids to decode B cell response in healthy donors and patients with lymphoma. Nat. Mater. (2024). https://doi.org/10.1038/s41563-024-02037-1
