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Organoidi: la nuova frontiera delle patologie vascolari

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L’uso di organoidi porta al raggiungimento di nuove frontiere, sempre più realistiche nel settore della ricerca, per le patologie vascolari e non solo. Uno studio recentemente pubblicato su Nature, mostra come sia possibile la crescita e sviluppo di un vaso sanguigno partendo da cellule staminali umane. Questo nuovo sistema può essere usato come modello per lo studio di patologie vascolari, come quella diabetica.

Che cos’è un organoide ?

Un organoide è una struttura tridimensionale di coltura cellulare, che possiede le principali proprietà della versione semplificata e miniaturizzata dell’ organo 3D che rappresenta. Un organoide può essere generato a partire da poche cellule di tessuto. Le cellule possono essere staminali embrionali oppure staminali pluripotenti, le quali sono capaci di auto-organizzarsi in una coltura tridimensionale, creando così l’organoide [1].

Ricostruzione 3D di un organizzazione capillare tramite organoide. Adattata da [2].

Organoidi di vasi sanguigni

Josef Penninger, della Columbia University e Reiner Wimmer, dell’Instituto di Biotecnologia Molecolare dell’accademia e delle scienze (IMBA), hanno sviluppato un protocollo che prevede l’uso delle iPS umane (cellule staminali pluripotenti) per creare un organoide capace di simulare la struttura e funzione del vaso sanguigno umano. L’organoide viene creato da cellule endoteliali ed periciti, capaci di assemblarsi in reti di capillari avvolti da una membrana basale. I due ricercatori con i loro team, sono riusciti ad ottenere gli organoidi seguendo il protocollo rappresentato in figura.

Protocollo per la creazione di organoidi. Generazione ed innesto
dell’organoide partendo da cellule staminali umane. Adattata da [2].

Lo studio non è limitato all’ applicazione in vitro, ma lavora anche in vivo. Dopo la creazione dell’ organoide in vitro, è stato trapiantato in specie animale, in particolare nei topi.
Lo studio in vivo ha permesso di creare una giusta compatibilità tra le diverse specie ed in particolare di raggiungere una stabile circolazione del sistema vascolare composto da arterie, arteriole ed vene, dimostrando cosi di poter implementare una crescita funzionale del sistema vascolare umano in altre specie.

Protocollo per l’analisi in vivo. Rappresentazione schematica del trattamento dopo il trapianto dell’ organoide in topo. Adattata da [2].

L’impatto di questo nuovo approccio non si limita alla creazione di vasi sanguigni umani, all’ implementazione in vivo, ma ha un risvolto ancora più ampio ed all’avanguardia in termini di applicazioni e di possibili screening per i vari trattamenti terapeutici. Oggigiorno, molte sono le patologie che coinvolgono la degenerezione ed il mal funzionamento dei vasi sanguigni. L’uso di un organoide con caratteristiche proprie delle cellule umane, offre così, un approccio sempre più realistico. I ricercatori hanno deciso di focalizzare la loro attenzione sul diabete. Quest’ultimo è una delle maggiori cause di cecità, infarti ed amputazione degli arti inferiore; tutto ciò è generato da un cattivo funzionamento del sistema circolatorio ed colpisce milioni di pazienti nel mondo.
L’idea principale è quella di usare il modello degli organoidi per poter studiare come le strutture vascolari varino in caso della patologia diabetica e di analizzare i vari danni ed entità, generati da un mal funzionamento.
In vitro gli organoidi sono stati sottoposti ad un ambiente non sano, in modo tale da caratterizzare l’organoide con le problematiche dovute al diabete. E’ stato indotto così un assottigliamento dei vasi, che è uno dei maggiori danni e problematiche dovute al diabete. L’organoide non sano è stato poi trapiantato in vivo. Il lavoro svolto dai ricercatori ha permesso di scoprire che il composto DAPT è capace di prevenire l’assottigliamento dei vasi negli organoidi. DAPT è un inibitore dell enzima γ—secretasi, capace di interagire con diverse proteine ed ha un ruolo rilevante nei danni vascolari causati dal diabete stesso. Penninger, Wimmer ed i loro team hanno scoperto inoltre che la γ-secretase interferisce, in particolare, con una proteina chiamata NOTCH3, notoriamente collegata alle malattie diabetiche. DAPT è capace di liberare NOTCH3 bloccando l’attività di γ -secretasi. NOTCH3 riveste un ruolo davvero importante nella salute vascolare, ed può essere usato per investigare nuovi farmaci da usare per il trattamento di malattie, in particolare, per il diabete.

L’uso di organoidi è un approccio utile ed innovativo, non solo per lo studio di malattie come il diabete, ma in modo più generale per tutte quelle malattie correlate alla circolazione e alla degenerazione, quindi, dei vasi sanguigni, come il cancro o l’Alzheimer.

Riferimenti bibliografici

 

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Informazioni autore

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Antonella La Regina

Laureanda magistrale in Industrial Bioengineering all' università Federico II di Napoli. Nutre forte interesse per la biologia sistemistica e computazionale.

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