L'utilizzo di embrioni umani per la ricerca biologica e medica è accompagnato da molte preoccupazioni etiche. Una soluzione è quella di puntare su strumenti alternativi: gli scienziati dell'Istituto di bioingegneria dell'Epfl (Istituto federale elvetico di tecnologia di Losanna) sono riusciti a simulare alcuni momenti della formazione dell'embrione in vitro, a partire da cellule staminali embrionali. Un embrione su chip che potrebbe essere utilizzato in medicina rigenerativa, ma anche nella sperimentazione di nuovi farmaci. Lo studio è descritto su 'Nature Methods'.
"Un problema spinoso nella 'costruzione' di tessuti al di fuori di un organismo, in generale, è legato a come presentare molecole chiave come i morfogeni alle cellule in coltura al momento giusto e dose", spiega Matthias Lütolf, responsabile del team di ricerca. "La semplice esposizione di una serie di cellule staminali a una singola concentrazione di un morfogeno termina morfogenesi incontrollata, perché le cellule mancano di istruzioni importanti". Ma in un embrione in via di sviluppo le cellule staminali ricevono una gamma altamente dinamica di concentrazioni di morfogeni dai cosiddetti 'centri di segnalazione'. E' questo che indica alle cellule 'bambine' quale tipo di cellula e tessuto specializzati diventare.
Per implementare questo principio, Andrea Manfrin del laboratorio di Lütolf ha sviluppato un metodo per esporre le staminali embrionali umane in coltura a gradienti di morfogeni, imitando le condizioni della gastrulazione, una fase iniziale dello sviluppo dell'embrione . Il metodo prevede la crescita delle cellule staminali in un dispositivo microfluidico, un chip con piccoli canali che consentono il controllo preciso di piccole quantità di fluido. I ricercatori hanno sviluppato così cellule staminali in coltura sul chip microfluidico e sono stati in grado di esporle a gradienti di concentrazione attentamente controllati di vari morfogeni.
I risultati sono stati impressionanti, dicono i ricercatori: le cellule si sono sviluppate e organizzate in domini di diversi tipi di cellule, a seconda della concentrazione a cui erano esposte, proprio come fanno nel corpo umano. Gli scienziati riferiscono di essere riusciti a simulare con successo gli aspetti della gastrulazione, aprendo la strada alla crescita di specifici tessuti umani in laboratorio in modo più controllato.
"Abbiamo ipotizzato che, ingegnerizzando un centro di segnalazione artificiale" ex vivo, "potremmo guidare l'auto-organizzazione di una popolazione di cellule staminali verso il risultato desiderato", spiega Manfrin. "Questo ha evidenti vantaggi per l'ingegneria dei tessuti e degli organi". Vantaggi che includono nuovi strumenti per i trial sui farmaci e per la medicina rigenerativa.
"Uno dei nostri obiettivi a lungo termine è quello di ingegnerizzare organi per il trapianto", dice Lütolf, che sta già lavorando con alcuni gruppi presso l'Ospedale universitario di Losanna (Chuv) e altrove per generare organi miniaturizzati ("organoidi") da cellule derivate da un singolo paziente. "Siamo ancora lontani dalla crescita di organi funzionali in un chip - precisa - ma i recenti progressi nella biologia delle staminali e nella bioingegneria mi rendono ottimista sul fatto che questo potrà diventare realtà".
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