Gli ormoni tiroidei sono fondamentali per l’equilibrio del metabolismo e ugualmente per la crescita e lo sviluppo cognitivo del bambino. Alterazioni dell’asse ipotalamo-ipofisi-tiroide possono avere severe ripercussioni sull’organismo ed è per questo che negli ultimi anni l’attenzione si è concentrata proprio sugli effetti che le sostanze chimiche esercitano a questo livello.
Nel 2018 EFSA ed ECHA hanno fissato le linee guida per la ricerca dei possibili interferenti endocrini nell’ambito dei fitofarmaci, facendo dei test sui roditori il gold standard. Se è vero che tra umani e roditori vi sono analogie di funzionamento nell’attività tiroidea, quanto osservato nei roditori non si è rivelato altrettanto attendibile in campo umano, soprattutto per quanto concerne le cosiddette perturbazioni tiroidee.
Vi sono significative differenze che contribuiscono alla scarsa trasferibilità dei risultati, ad esempio l’aumentata sensibilità dei roditori alle variazioni dell’omeostasi tiroidea. Nell’uomo il metabolismo del T3/T4 (ormoni tiroidei) è più lenta con un’emivita aumentata. Molto significative poi le marcate differenze in essere tra le due specie, per quanto riguarda il legame con il trasportatore (carrier) proteico che veicola l’ormone nel circolo sanguigno.
E questo è un punto chiave nella definizione del meccanismo AOP (meccanismo che induce un effetto dannoso – percorso degli esiti avversi) di natura neurotossica, che si realizza ogni volta che una sostanza estranea (xenobiotico) determina una riduzione del legame del trasportatore proteico con gli ormoni tramite competizione diretta per il sito di legame o per riduzione nella produzione epatica del carrier proteico (TBG e TTR).
Esistono già test in vitro in grado di identificare gli aspetti biochimici e molecolari delle interazioni tra il composto ritenuto scatenante (composti che agiscono direttamente sulla ghiandola o sul fegato alterando il metabolismo ormonale) e il bersaglio cellulare, tuttavia fino ad ora non vi era la possibilità di testare queste sostanze ricreando l’omeostasi del sistema ormonale tiroideo nel suo complesso. Si è dunque lavorato in primis per riprodurre un sistema d’organo quanto più possibile aderente alle reali funzioni in vivo coinvolte nel circuito ormonale T3/T4 umano.
Il modello di tiroide, prodotto a partire da follicoli di tessuto umano in 3D, si è dimostrato in grado di produrre ormoni tiroidei e di rispondere al TSH (ormone prodotto dal cervello che controlla la produzione di ormoni tiroidei).
Il modello di fegato, costituito da sferoidi epatici umani, ha mostrato la capacità di effettuare il catabolismo1 degli ormoni tiroidei e di produrre la TBG (la proteina che lega al 75% gli ormoni tiroidei), l’albumina e le altre proteine di trasporto. La coltura di follicoli tiroidei si è rivelata capace di indagare la tossicità diretta sulla tiroide, proprio mediante un AOP caratteristico come quello dell’inibizione della TPO. La TPO ovvero la perossidasi tiroidea, ha un ruolo molto importante nella produzione ormonale T3/T4 e pertanto rappresenta uno dei principali meccanismi in grado, se alterati, di inibire la produzione ormonale. La coltura di sferoidi epatici si è rivelata altrettanto utile per la capacità di individuare le sostanze responsabili dell’aumentato catabolismo dell’ormone tiroideo. Dopo aver saggiato le potenzialità dei singoli sistemi d’organo, si è provveduto ad unire tra loro i diversi tessuti 3D (follicoli tiroidei e sferoidi epatici) in quello che è un sistema multiorgano su chip.
Le co-colture sono state sviluppate per 21 giorni tramite un apposito sistema fluidico con relative pompe di distribuzione che ne hanno garantito la continuità. Lo studio ha evidenziato che le capacità di ricerca e indagine mostrate dagli organi singoli, venivano mantenute anche dal sistema multi-organo, che se pur necessita di ulteriori studi e perfezionamenti, offre per la prima volta la possibilità di testare gli interferenti endocrini tiroidei su un sistema articolato e complesso com’è quello in vivo.
Mediante questa metodica é quindi possibile vagliare la tossicità diretta dei composti sulla tiroide con relativa inibizione nella produzione ormonale; ma altresì la tossicità indiretta mediata dal fegato tramite un’induzione enzimatica del catabolismo dell’ormone tiroideo; o ancora la possibilità di indagare le alterazioni connesse al trasporto proteico (legame competitivo o diminuita produzione del carrier a livello epatico). Il sistema multi organo consente di indagare sulle perturbazioni epatiche e tiroidee associate al metabolismo degli ormoni tiroidei sia separatamente sia in combinazione.
1Catabolismo: l’insieme dei processi metabolici che hanno come prodotti sostanze strutturalmente più semplici.
Kühnlenz, J., Karwelat, D., Steger-Hartmann, T., Raschke, M., Bauer, S., Vural, Özlem, Marx, U., Tinwell, H. and Bars, R. “A microfluidic thyroid-liver platform to assess chemical safety in humans”, ALTEX – Alternatives to animal experimentation 2022. doi: 10.14573/altex.2108261.
