Sviluppato un metodo per moltiplicare gli organoidi


Sviluppato un metodo per moltiplicare gli organoidi

Un team di ingegneri e scienziati ha sviluppato un metodo per “moltiplicare” gli organoidi: raccolte in miniatura di cellule che imitano il comportamento di vari organi e sono strumenti promettenti per lo studio della biologia e delle malattie umane.

Gli organoidi epiteliali derivati da cellule staminali sono elementi costitutivi ideali per l'ingegneria dei tessuti, tuttavia, il bioassemblaggio scalabile e controllato dalla forma di organoidi epiteliali in strutture anatomiche più grandi deve ancora essere raggiunto.

I ricercatori, dell'Università di Cambridge, hanno utilizzato il loro metodo per coltivare e far crescere una “mini-via aerea”. Questa è la prima volta che un organoide a forma di tubo è stato sviluppato senza la necessità di alcun supporto esterno.

Utilizzando uno stampo realizzato con un polimero specializzato, i ricercatori sono stati in grado di guidare le dimensioni e la forma della mini-via aerea, cresciuta da cellule staminali di topo adulto, e quindi rimuoverla dallo stampo quando ha raggiunto il punto in cui poteva sostenersi.

Mentre gli organoidi attualmente utilizzati nella ricerca medica sono su scala microscopica, il metodo sviluppato dal team di Cambridge potrebbe consentire di far crescere versioni di organi a grandezza naturale. I loro risultati sono riportati sulla rivista Advanced Science. (1)

Gli organoidi sono minuscoli gruppi cellulari tridimensionali che imitano la disposizione cellulare degli organi completamente sviluppati. Possono essere un modo utile per studiare la biologia umana e come può andare storto in varie malattie, ed eventualmente come sviluppare trattamenti personalizzati o rigenerativi. Tuttavia, il loro assemblaggio in strutture di organi più grandi rimane una sfida.

Altri team di ricerca hanno sperimentato tecniche di stampa 3D per sviluppare mini-organi più grandi, ma spesso richiedono una struttura di supporto esterna.

«I mini-organi sono molto piccoli e molto fragili», ha detto la dottoressa Yan Yan Shery Huang (2) del Dipartimento di Ingegneria di Cambridge, che ha co-condotto la ricerca. «Per aumentarli, il che aumenterebbe la loro utilità nella ricerca medica, dobbiamo trovare le condizioni giuste per aiutare le cellule ad auto-organizzarsi».

La dottoressa Huang e i suoi colleghi hanno proposto un nuovo approccio di ingegneria organoide chiamato Multi-Organoid Patterning and Fusion (MOrPF) per far crescere una versione in miniatura di una via aerea di topo utilizzando cellule staminali. Utilizzando questa tecnica, gli scienziati hanno ottenuto un assemblaggio più rapido degli organoidi nei tubi delle vie aeree con passaggi ininterrotti. Le mini vie aeree coltivate utilizzando la tecnica MOrPF hanno mostrato un potenziale di ridimensionamento per adattarsi alle strutture degli organi viventi in termini di dimensioni e forma e hanno mantenuto la loro forma anche in assenza di un supporto esterno.

La tecnica MOrPF prevede diversi passaggi. Innanzitutto, uno stampo in polimero, come una versione in miniatura di uno stampo per torta o gelatina, viene utilizzato per modellare un grappolo di molti piccoli organoidi. Il grappolo viene rilasciato dallo stampo dopo un giorno e quindi coltivato per altre due settimane. Il cluster diventa un'unica struttura tubolare, ricoperta da uno strato esterno di cellule delle vie aeree. Il processo di stampaggio è abbastanza lungo perché lo strato esterno delle cellule formi un involucro attorno all'intero ammasso. Durante le due settimane di ulteriore crescita, le pareti interne scompaiono gradualmente, portando ad una struttura tubolare cava.

«La maturazione graduale delle cellule è davvero importante», ha detto la dottoressa Joo-Hyeon Lee (3) del Wellcome di Cambridge - MRC Cambridge Stem Cell Institute, che ha co-guidato la ricerca. «Le cellule devono essere ben organizzate prima di poterle rilasciare in modo che le strutture non collassino».

Il grappolo organoide può essere pensato come bolle di sapone, inizialmente impacchettate insieme per formare la forma dello stampo. Per fondersi in un'unica gigantesca bolla dal grappolo di bolle compresse, le pareti interne devono essere abbattute. Nel processo MOrPF, i cluster organoidi fusi vengono rilasciati dallo stampo per crescere in condizioni fluttuanti e prive di scaffold, in modo che le cellule che formano le pareti interne del cluster fuso possano essere estratte dal cluster. Lo stampo può essere realizzato in diverse dimensioni o forme, in modo che i ricercatori possano predeterminare la forma del mini-organo finito.

«La cosa interessante è che, se si pensa alle bolle di sapone, la grande bolla risultante è sempre sferica, ma le speciali proprietà meccaniche della membrana cellulare degli organoidi fanno sì che la forma fusa risultante preservi la forma dello stampo», ha detto il coautore Il professor Eugene Terentjev (4) del Cavendish Laboratory di Cambridge.

Il team afferma che il loro metodo si avvicinava molto al processo naturale di formazione delle tube d'organo in alcune specie animali. Sono fiduciosi che la loro tecnica aiuterà a creare organi biomimetici per facilitare la ricerca medica.

I ricercatori intendono innanzitutto utilizzare il loro metodo per costruire un “organo su un chip” tridimensionale, che consente il monitoraggio continuo in tempo reale delle cellule e potrebbe essere utilizzato per sviluppare nuovi trattamenti per la malattia riducendo il numero di animali utilizzati nella ricerca. Alla fine, la tecnica potrebbe essere utilizzata anche con cellule staminali prelevate da un paziente, al fine di sviluppare trattamenti personalizzati in futuro.

Riferimenti:

(1) Bio-assembling Macro-Scale, Lumenized Airway Tubes of Defined Shape via Multi-Organoid Patterning and Fusion

(2) Yan Yan Shery Huang

(3) Joo-Hyeon Lee

(4) Eugene Terentjev

Descrizione foto: Proiezione 3D di un aggregato multiorganoide. - Credit: University of Cambridge.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New method developed for ‘up-sizing’ mini organs used in medical research

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