Robot coltivano mini-organi a partire da cellule staminali umane
Una procedura automatizzata potrebbe ben presto rendere molto economica la ricerca di terapie per malattie che colpiscono una frazione della popolazione
Un sistema automatizzato che utilizza robot è stato progettato per produrre rapidamente “mini-organi” umani derivati da cellule staminali. Il nuovo sistema è stato sviluppato da ricercatori della University of Washington School of Medicine di Seattle.
Secondo Benjamin Freedman, assistente professore di medicina dell divisione di nefrologia, presso la Scuola di Medicina UW, che ha condotto la ricerca, gli avanzamenti di questo sistema promettono di espandere notevolmente l’uso di mini-organi nella ricerca di base e nella scoperta di nuovi farmaci.
“Questa è una nuova ‘arma segreta’ nella nostra lotta contro le malattie”, ha detto Freedman, scienziato presso UW Institute for Stem Cell and Regenerative Medicine, così come presso il Kidney Research Institute, che rappresenta una collaborazione tra Northwest Kidney Centers e la UW Medicine.
Un rapporto che descrive la nuova tecnica è stato pubblicato online il 17 maggio sulla rivista Stem Cell. Gli autori principali sono stati gli scienziati della ricerca Stefan Czerniecki e Nelly Cruz deel laboratorio di Freedman, e il dottor Jennifer Harder, assistente professore di medicina interna, divisione di nefrologia presso la University of Michigan School of Medicine, e specialista di malattie renali.
Il modo tradizionale di coltivare cellule nella ricerca biomedica, ha spiegato Freedman, è quello di coltivarle come fogli piatti e bidimensionali, che tuttavia sono troppo semplicistici. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno avuto sempre più successo nella coltivazione di cellule staminali in strutture tridimensionali più complesse, chiamate mini-organi o organoidi. Questi assomigliano a organi rudimentali e in molti modi si comportano allo stesso modo. Queste proprietà rendono gli organoidi ideali per la ricerca biomedica, ma rappresentano anche una sfida per la produzione di massa. Secondo gli sviluppatori, la capacità di produrre in serie gli organi è l’applicazione
potenziale più entusiasmante della nuova tecnologia robotica.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato un sistema robotico per automatizzare la procedura di coltivazione delle cellule staminali destinate a diventare organi. Sebbene approcci simili abbiano avuto successo con le cellule staminali adulte, questa è la prima relazione che automatizza con
successo la produzione di organi a partire da cellule staminali pluripotenti. Questo tipo di cellula è versatile e capace di diventare qualsiasi tipo di organo.
In questo processo, robot che lavorano con i liquidi hanno introdotto le cellule staminali in piastre che contenevano fino a 384 pozzetti in miniatura ciascuna, per poi indurre la trasformazione in organoidi renali in 21 giorni. Ogni piccolo pozzetto conteneva in genere dieci o più organi, e ogni
piastra conteneva migliaia di organi. Con una velocità che avrebbe impressionato la catena di montaggio auto di Henry Ford, i robot sono stati in grado di produrre molte piastre complete in una frazione di tempo.
“Di solito, per impostare un esperimento di questa portata ci vorrebbe tutta la giornata di lavoro di un ricercatore, mentre il robot può farlo in 20 minuti”, ha detto Freedman.
“Inoltre, il robot non si stanca e non commette errori”, ha aggiunto. “Non c’è dubbio. Per compiti ripetitivi e noiosi come questo, i robot fanno un lavoro migliore rispetto agli esseri umani”.
I ricercatori hanno inoltre addestrato i robot ad elaborare e analizzare gli organi da loro stessi prodotti. Harder e i suoi colleghi della University of Michigan Kidney Center hanno utilizzato una tecnica automatizzata e all’avanguardia, chiamata sequenziamento dell’RNA a singola cellula, per
identificare tutti i diversi tipi di cellule presenti negli organi.
“Abbiamo stabilito che questi organoidi assomigliano a reni in via di sviluppo, ma anche che essi contengono cellule non renali che non erano state precedentemente definite in queste colture,” ha detto Harder.
“Questi risultati ci danno un’idea migliore della natura di questi organi e forniscono una base di partenza da cui possiamo apportare miglioramenti”, ha detto Freedman. “Il valore aggiunto di questa piattaforma ad alta produttività è che siamo sempre in grado di modificare la nostra procedura in qualsiasi momento, in molti modi diversi, e vedere rapidamente quale di questi cambiamenti produce un risultato migliore”.
A dimostrazione di ciò, i ricercatori hanno scoperto un modo per aumentare notevolmente il numero di cellule dei vasi sanguigni nei loro organi, per renderli più simili a reni reali.
I ricercatori hanno anche usato la loro nuova tecnica per cercare farmaci che potrebbero agire sulla malattia. In uno di questi esperimenti, hanno prodotto organi con mutazioni che causano malattie renali policistiche, una condizione comune ereditaria che colpisce una persona su 600 in
tutto il mondo e spesso porta all’insufficienza renale.
In questa malattia, piccoli tubi nei reni e in altri organi si gonfiano come palloncini e formano cisti in espansione che escludono il tessuto sano.
Nel loro esperimento, i ricercatori hanno esposto gli organi della malattia policistica dei reni ad un certo numero di sostanze. Hanno scoperto che un fattore chiamato blebbistatina, che blocca una proteina chiamata miosina, ha portato ad un aumento significativo del numero e delle dimensioni
delle cisti.
“Questo risultato è del tutto inaspettato, dal momento che la miosina non era notoriamente coinvolta nella malattia policistica”. La miosina infatti, meglio nota per il suo ruolo nella contrazione muscolare, può consentire ai tubuli renali di espandersi e contrarsi, ma se non funziona correttamente può portare a cisti, ha spiegato Freedman.
“È sicuramente un percorso che intendiamo portare avanti”, ha dichiarato.
Tradotto in Italiano. Articolo originale: Onlyinfotech
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