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Creato il primo organoide da tessuto cerebrale: si studieranno lo sviluppo del cervello e dei tumori

Perché ne stiamo parlando
Da una piccola porzione di tessuto cerebrale fetale si è potuto sviluppare organoidi che riproducono perfettamente funzioni e caratteristiche del cervello. Ma la novità è anche che questi organoidi possono essere geneticamente modificati con CRISPR per un approccio nuovo nella modellazione del cancro del cervello.

Avere a disposizione modelli per svolgere studi in fase preclinica rappresenta un grande aiuto per comprendere il comportamento di una molecola o una terapia in sviluppo e il suo potenziale successo. Specialmente quando parliamo di terapie per malattie complesse e in zone del corpo, come il cervello, difficili da raggiungere e di cui non si conoscono ancora a fondo i meccanismi. È per questo che la notizia che arriva dall’Olanda del primo esperimento riuscito di un organoide del cervello creato a partire da tessuto fetale è così importante: apre di fatto a nuove possibilità, sia nello studio del cervello che nella comprensione delle malattie che vi si sviluppano, e sia nell’osservazione della risposta a nuove terapie. Un approccio molto diverso dalla coltivazione di cellule in 2D, o dall’uso di animali, come i topi o anche i primati, ma anche dai modelli di organoidi di cervello fino ad ora realizzati, che si creavano inducendo cellule staminali embrionali o pluripotenti a crescere in strutture che rappresentano diverse aree del cervello.

La scoperta: il tessuto cerebrale si sa ri-organizzare creando organoidi

Ora lo sviluppo di organoidi cerebrali arriva direttamente da piccoli pezzi di tessuto cerebrale fetale, piuttosto che da singole cellule messe insieme dagli scienziati. Per far crescere altri mini-organi, come l’intestino, i ricercatori di solito scompongono il tessuto originale in singole cellule. Invece, il team ha scoperto che piccoli pezzi di tessuto cerebrale fetale potevano auto-organizzarsi negli organoidi cerebrali, mimando esattamente il cervello umano durante lo sviluppo fetale. Il nuovo sistema di coltura è stato battezzato FeBO, ossia Fetal Brain Organoids.

Coautrice dello studio, pubblicato su Cell, è un’italiana, Benedetta Artegiani che, dopo il master in Genetica e Biologia Molecolare a Roma si è trasferita all’estero, approdando al noto Princess Máxima Center for Pediatric Oncology, un ospedale specializzato e centro di ricerca di Utrecht, nei Paesi Bassi, dedicato esclusivamente all’oncologia pediatrica. Artegiani in questa ricerca ha lavorato a fianco di Hans Clevers, il genetista molecolare inventore degli organoidi, da un anno responsabile della ricerca farmaceutica e dello sviluppo iniziale di Roche.

L’organoide ingegnerizzato con CRISPR per studiare i tumori infantili

Questo modello di organoide è stato creato nel tentativo di sviluppare nuova conoscenza e terapie efficaci contro il cancro infantile. Data la capacità degli organoidi derivati dal tessuto di espandersi rapidamente, i ricercatori hanno lavorato sulla loro potenziale utilità nella modellazione del cancro cerebrale. E qui è venuta in aiuto un’altra eccezionale scoperta degli ultimi anni, la tecnologia di editing genetico CRISPR-Cas9, che consente ai ricercatori di “spegnere” o modificare specifici geni in modo preciso. Così il gruppo di Utrecht l’ha utilizzata per introdurre mutazioni del gene TP53, in un piccolo numero di cellule negli organoidi.

Artegiani, Clevers e i colleghi hanno scoperto che dopo tre mesi le cellule con TP53 modificato avevano completamente sopraffatto le cellule sane nell’organoide. Queste cellule avevano effettivamente acquisito un vantaggio di crescita, una caratteristica tipica delle cellule tumorali.

Riprodotto anche il glioblastoma, un tumore ancora senza terapia

I ricercatori hanno anche utilizzato CRISPR-Cas9 per disattivare tre geni, TP53, PTEN e NF1, che sono collegati al glioblastoma, un tumore cerebrale estremamente aggressivo per il quale oggi non sono ancora disponibili cure efficaci. I mini-tumori con le modifiche genetiche del glioblastoma erano anche capaci di moltiplicarsi, mantenendo la stessa miscela di mutazioni. Dopo aver modificato gli organoidi per replicare le mutazioni genetiche trovate nel glioblastoma, i ricercatori hanno potuto testare come questi organoidi mutanti reagiscono ai farmaci anticancro esistenti. Questo permette di valutare l’efficacia di vari trattamenti in un contesto più vicino a quello umano rispetto ai tradizionali modelli animali o alle colture cellulari.

Gli organoidi derivati dal tessuto hanno continuato a crescere in una piastra per più di sei mesi. Un aspetto importante è che gli scienziati potevano moltiplicarli, cioè potevano far crescere molti organoidi simili da un campione di tessuto.

Come è stato possibile ottenere tessuto fetale?

Gli scienziati ottengono tessuto fetale per la ricerca, inclusa la creazione di organoidi cerebrali fetali, attraverso metodi regolati ed etici. Questo comporta l’ottenimento di tessuto da interruzioni volontarie di gravidanza con il consenso informato e seguendo linee guida etiche rigorose. La raccolta di tessuto fetale è infatti regolata da leggi specifiche e regolamenti istituzionali per garantire standard etici. 

I tessuti fetali umani che i ricercatori di Utrecht hanno utilizzato per creare gli organoidi venivano da due fonti principali: materiale di aborto sano da donatori anonimi; materiale embrionale e fetale umano fornito dalla Human Developmental Biology Resource (HDBR); anche questo tessuto è stato ottenuto con consenso informato e con l’approvazione di enti etici.

Questi modelli organoidi possono essere prodotti in grandi quantità (scalabili) e i loro risultati sono consistenti tra diversi lotti di organoidi (riproducibili), un aspetto importante per la ricerca, poiché assicura che gli esperimenti possano essere ripetuti e i risultati confermati da altri laboratori.

Gli organoidi cerebrali fetali umani modificati con CRISPR-Cas9 possono dunque essere utilizzati come modelli dettagliati e accurati del cancro, utili per la ricerca e lo sviluppo di trattamenti mirati e personalizzati.nede

Keypoints

  • I modelli preclinici come gli organoidi sono essenziali per comprendere il comportamento di nuove molecole o terapie, specialmente per malattie complesse e nel cervello
  • Il primo esperimento riuscito di un organoide cerebrale (FeBO) creato da tessuto fetale in Olanda apre nuove possibilità nello studio del cervello e delle malattie cerebrali
  • A differenza dei modelli precedenti, i FeBO sono coltivati direttamente da piccoli pezzi di tessuto cerebrale fetale, non da singole cellule
  • Utilizzando CRISPR per modificare geneticamente gli organoidi, i ricercatori studiano i tumori infantili, come il glioblastoma
  • Il tessuto fetale usato nella ricerca è ottenuto eticamente da interruzioni volontarie di gravidanza, con consenso informato e sotto rigide linee guida etiche
  • Gli organoidi cerebrali fetali modificati con CRISPR offrono modelli riproducibili e scalabili per studiare il cancro

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