Ricercatori del Great Ormond Street Hospital dell’University College London (UCL) e dell’Università di Padova hanno mostrato come si può ottenere la stampa 3D all’interno di “mini-organi” che crescono in idrogel, il che potrebbe aiutare a capire meglio come il cancro si diffonde attraverso diversi tessuti. La nuova tecnica può aiutare a controllare la forma e l’attività dei mini-organi e persino costringere i tessuti a crescere in “stampi”. Secondo l’UCL, i ricercatori sperano che ciò consentirà ai team di produrre modelli realistici di organi e malattie e di studiare cellule e organi in modo più accurato.
La scienza degli organoidi è un’area di ricerca particolarmente promettente presso lo Zayed Center for Research (una partnership tra l’UCL Great Ormond Street Institute for Child Health e il Great Ormond Street Hospital). Implica la creazione di micro-versioni di organi come lo stomaco, l’intestino e i polmoni. Tuttavia, il tessuto cresce quasi sempre in modo incontrollato e non rappresenta la complessa struttura degli organi presenti in natura. Ciò è particolarmente importante in quanto la forma e la struttura di un organo sono cruciali quanto la sua composizione cellulare.
La nuova ricerca, pubblicata su Nature, mostra, per la prima volta, come gli scienziati possano creare strutture solide all’interno di un gel preesistente per solidificare modelli specifici in tempo reale, guidando gli organoidi che crescono nel gel in una particolare struttura utilizzando la luce proveniente da un microscopio ad alta specifica. Ciò significa che qualsiasi cellula nel mini-organo in crescita, o interi organoidi, crescerà in un modo specifico.
Ad esempio, per studiare come il cancro viaggia attraverso tessuti di diversa durezza e densità, il team ha creato gabbie di gel indurito attorno alle cellule tumorali e ha monitorato come il loro movimento cambiasse a seconda della densità dell’ambiente circostante, un processo importante per comprendere la diffusione del cancro.
Creando migliori modelli di malattia, i ricercatori sperano che gli studi futuri siano più affidabili, producano risultati di migliore qualità e alla fine portino a una riduzione della ricerca sugli animali.
Il team ora prevede di utilizzare la tecnica per ricreare e studiare cosa accade alla funzione di un organo quando non cresce correttamente, ad esempio in molte malformazioni che si sviluppano nelle prime fasi della gravidanza. Il lavoro potrebbe anche portare al trattamento attraverso la consegna di “cerotti” biologicamente accurati negli organi viventi.
“È stato incredibile vedere queste strutture precise iniziare a formarsi davanti ai nostri occhi a causa dei nostri piccoli ma scrupolosi aggiustamenti nel gel polimerico”, ha detto il co-autore principale della ricerca, il dott. Giovanni Giobbe, dell’UCL Great Ormond Street of Child Salute. “Siamo davvero entusiasti di vedere dove questo può portarci nella comprensione delle malattie umane e, un giorno, nel trattamento”.
Per esplorare gli usi di “stampa” della tecnica, il team ha applicato il metodo a diverse situazioni. Ad esempio, per studiare i neuroni, la ricerca sugli organoidi creerebbe tradizionalmente fasci disordinati di neuroni impossibili da isolare e studiare. Tuttavia, questa tecnica consente al team di creare “binari” di gel induriti lungo i quali i neuroni possono crescere, come le corsie di una piscina olimpionica.
Nel frattempo, per garantire che gli intestini microscopici siano creati con la stessa forma degli intestini “reali” in via di sviluppo, il team ha creato un complesso stampo di idrogel che ha guidato gli organoidi in forme che imitano la complessa struttura di un intestino in via di sviluppo chiamato “cripte” e “villi”. Allo stesso modo, gli scienziati sono stati in grado di modellare un idrogel per incoraggiare le cellule polmonari a creare rami, come fanno in un vero polmone.
“Questo lavoro è un eccellente esempio di come possiamo riunire team interdisciplinari e internazionali per migliorare la nostra ricerca e avvantaggiare i pazienti”, ha affermato il professor Paolo De Coppi, dell’UCL Great Ormond Street Institute of Child Health, chirurgo pediatrico presso GOSH, e co -responsabile del tema dei tessuti, dell’ingegneria e della medicina rigenerativa al NIHR GOSH BRC. “I team di GOSH e UCL specializzati nella ricerca sugli organoidi nel Regno Unito, che lavorano con team italiani specializzati nella progettazione e nell’applicazione della stampa su gel, sono ciò che ha portato a compimento questo incredibile e bellissimo pezzo di ricerca. Ciò avrà implicazioni per la ricerca di laboratorio per migliorare la nostra comprensione della malattia, ma potrebbe anche portare a usi e trattamenti in regime di ricovero”.
I prossimi passi di questo lavoro saranno studiare questi mini-organi controllati, modellati e diretti per capire meglio come possono imitare organi e condizioni reali nel corpo.
“Questo lavoro è un esempio dei progressi dell’approccio multidisciplinare che sta esplodendo nella ricerca biomedica. La capacità di riprodurre modelli di organi in laboratorio e lo sviluppo di tecnologie che aiutino gli scienziati a ricapitolare tessuti sani e malati e la complessità degli organi sul banco è l’inizio di come la medicina traslazionale cambierà nel prossimo futuro”, ha affermato la dott.ssa Anna Uriuolo , dell’Università di Padova, e responsabile del Laboratorio di Ingegneria Neuromuscolare dell’Istituto di Ricerca Pediatrica.
Questo lavoro è stato finanziato dalla borsa di studio STARS-WiC 2017 dell’Università di Padova, Progetti di Eccellenza CaRiPaRo, TWINNING dell’Università di Padova, Oak Foundation Award, AFM Telethon, ‘Consorzio per la Ricerca Sanitaria’ (CORIS) della Regione Veneto , Italia (Programma LifeLab), European Research Council (ERC, RerOids) a NE, e STARS Starting Grant 2017 dell’Università di Padova e IRP Consolidator Grant a AU, NIHR GOSH Biomedical Research Centre e GOSH Children’s Charity.
