Gli scienziati utilizzano gli organoidi per esaminare candidati farmaci, coltivare virus, costruire biocomputer e molto altro ancora.
Questa settimana ho scritto di un gruppo di ricercatori che è riuscito a far crescere organoidi di polmoni, reni e intestino da cellule fetali che galleggiavano nel liquido amniotico. Poiché questi minuscoli agglomerati di cellule in 3D provengono dal feto e imitano alcune delle caratteristiche di un organo reale a grandezza naturale, possono fornire un’anticipazione dello sviluppo del feto. Si tratta di un risultato quasi impossibile da ottenere con gli strumenti esistenti.
Un’ecografia, per esempio, potrebbe rivelare che i reni di un feto sono più piccoli di quanto dovrebbero essere, ma senza un evidente difetto genetico i medici non possono dire perché sono piccoli o trovare una soluzione. Ma se riuscissero a prelevare un piccolo campione di liquido amniotico e a far crescere un organoide renale, il problema potrebbe diventare evidente, così come una potenziale soluzione.
Eccitante, vero? Ma gli organoidi possono fare molto di più!
Facciamo una carrellata di alcuni degli usi strani, selvaggi, meravigliosi e decisamente inquietanti che i ricercatori hanno pensato per gli organoidi.
Gli organoidi potrebbero contribuire ad accelerare lo sviluppo dei farmaci. Secondo alcune stime, il 90% dei candidati farmaci fallisce durante la sperimentazione sull’uomo. Ciò è dovuto al fatto che i test preclinici avvengono in gran parte in cellule e roditori. Nessuno dei due è un modello perfetto. Le cellule mancano di complessità. E i topi, come tutti sappiamo, non sono esseri umani.
Anche gli organoidi non sono esseri umani, ma provengono da esseri umani. E hanno il vantaggio di avere una maggiore complessità rispetto a uno strato di cellule in un piattino. Questo li rende un buon modello per lo screening di candidati farmaci. Quando ho scritto degli organoidi nel 2015, un ricercatore sul cancro mi ha detto che studiare le cellule per capire come funziona un organo è come studiare un mucchio di mattoni per capire il funzionamento di una casa. Perché non studiare la casa?
Big Pharma sembra essere d’accordo. Nel 2022, Roche ha assunto il pioniere degli organoidi Hans Clevers a capo della divisione Pharma Research and Early Development. “Sono convinto che gli organoidi umani finiranno per integrare tutto ciò che stiamo facendo attualmente. Sono convinto, ora che ho visto come si svolge l’intero processo di sviluppo dei farmaci, che si possano implementare gli organoidi umani in ogni fase del processo”, ha dichiarato Clevers a Nature.
Gli organoidi sono più difficili da coltivare rispetto alle linee cellulari, ma alcune aziende stanno lavorando per rendere il processo automatizzato. La biotech Vivodyne, con sede a Philadelphia, ha sviluppato un sistema robotico che combina gli organoidi con la tecnologia organ-on-a-chip. Il sistema fa crescere 20 tipi di tessuto umano, ciascuno contenente da 200.000 a 500.000 cellule, e poi li dosa con i farmaci. Queste “cavie umane cresciute in laboratorio” forniscono “enormi quantità di dati umani complessi, più grandi di quelli che si potrebbero ottenere da qualsiasi sperimentazione clinica”, ha dichiarato Andrei Georgescu, CEO e cofondatore di Vivodyne, in un comunicato stampa.
Secondo il sito web di Vivodyne, le macchine proprietarie sono in grado di testare 10.000 tessuti umani indipendenti alla volta, “producendo risultati su scala di vivarium”. Risultati su scala di vivarium. Ho dovuto rigirare questa frase nel mio cervello un bel po’ di volte prima di capire cosa intendessero: il robot fornisce la stessa quantità di dati di un edificio pieno di topi da laboratorio.
Gli organoidi potrebbero aiutare i medici a prendere decisioni mediche per i singoli pazienti. Questi mini-organi possono essere coltivati a partire da cellule staminali, ma anche da cellule adulte che sono state spinte a uno stato simile a quello delle staminali. In questo modo è possibile coltivare organoidi da chiunque per un gran numero di usi. Nei pazienti affetti da cancro, ad esempio, questi organoidi derivati dal paziente potrebbero essere utilizzati per aiutare a individuare la terapia migliore.
La fibrosi cistica è un altro esempio. Molte terapie per la fibrosi cistica sono approvate per trattare persone con mutazioni specifiche. Ma per le persone con mutazioni più rare non è chiaro quali terapie funzionino. Ecco che entrano in gioco gli organoidi.
I medici prelevano biopsie rettali da persone affette dalla malattia, usano le cellule per creare organoidi intestinali personalizzati e poi applicano diversi farmaci. Se un determinato trattamento funziona, i canali ionici si aprono, l’acqua entra in circolo e gli organoidi si gonfiano visibilmente. I risultati di questo test sono stati utilizzati per guidare l’uso off-label di questi farmaci. In un caso recente, il test ha permesso a una donna affetta da fibrosi cistica di accedere a uno di questi farmaci attraverso un programma di uso compassionevole.
Gli organoidi sono anche in grado di aiutare i ricercatori a capire meglio come il nostro corpo interagisce con i microbi che ci circondano (e talvolta ci infettano). Durante l’emergenza sanitaria Zika del 2015, i ricercatori hanno utilizzato gli organoidi cerebrali per capire come il virus causi microcefalia e malformazioni cerebrali. I ricercatori sono riusciti a utilizzare gli organoidi anche per coltivare il norovirus, l’agente patogeno responsabile della maggior parte delle irritazioni gastriche. Il norovirus umano non infetta i topi e si è dimostrato particolarmente difficile da coltivare nelle cellule. Questo è probabilmente uno dei motivi per cui non esistono terapie per questa malattia.
Ho lasciato per ultime le applicazioni più strane e probabilmente più inquietanti. Alcuni ricercatori stanno lavorando per sfruttare l’impareggiabile capacità di apprendimento del cervello sviluppando biocomputer organoidi cerebrali. Le attuali iterazioni di questi biocomputer non svolgono alcuna attività di pensiero ad alto livello. Un gruppo di cellule cerebrali in un piatto ha imparato a giocare al videogioco Pong. Un altro biocomputer ibrido è forse riuscito a decodificare alcuni segnali audio di persone che pronunciano vocali giapponesi. Il settore è ancora in fase estremamente iniziale e i ricercatori sono cauti nell’enfatizzare la tecnologia. Ma dato che si vuole arrivare a una vera e propria intelligenza organica, non è troppo presto per parlare di preoccupazioni etiche. Un biocomputer potrebbe diventare cosciente? Gli organoidi nascono da cellule prelevate da un individuo. Quali diritti avrebbe quella persona? Il biocomputer avrebbe dei diritti propri? E che dire dei roditori a cui sono stati impiantati organoidi cerebrali? (Sì, sta succedendo anche questo).
L’anno scorso, i ricercatori hanno riferito che gli organoidi umani impiantati nel cervello dei ratti si sono espansi in milioni di neuroni e sono riusciti a collegarsi al cervello dell’animale. Quando hanno soffiato aria sui baffi del ratto, hanno potuto registrare un segnale elettrico che attraversava i neuroni umani.
In un articolo di Stat del 2017 sugli sforzi per impiantare organoidi cerebrali umani nei roditori, la compianta Sharon Begley ha parlato con lo studioso di diritto e bioetica Hank Greely dell’Università di Stanford. Durante la loro conversazione, Greely ha invocato il classico della letteratura Frankenstein come un racconto cautelativo e pertinente: “Potrebbe essere che ciò che hai costruito abbia diritto a un certo tipo di rispetto”, le disse.
