Immagine al microscopio elettronico di organoidi epatici. Il colore verde indica il citoscheletro, il blu i nuclei cellulari, il rosso uno specifico enzima epatico. Credits: Università di Padova.
Un nuovo studio pubblicato su Cell Reports descrive un mix di proteine che possono guidare le cellule staminali umane verso la formazione di versioni semplificate e in miniatura del fegato. Il metodo può rendere più facile ed efficiente la produzione di questi "organoidi", aiutando gli scienziati che li usano per testare farmaci o per la ricerca di base.
Il gruppo di ricerca - proveniente da istituzioni italiane, britanniche e cinesi - ha studiato la capacità intrinseca delle cellule staminali di creare strutture tridimensionali. "Il novanta per cento della biologia viene studiato in due dimensioni su piastre di Petri, ma le cellule si comportano in modo diverso in tre dimensioni," dice Nicola Elvassore, professore associato presso l'Università degli Studi di Padova e autore principale dello studio. "Volevamo trovare le proteine che le cellule utilizzano per segnalarsi reciprocamente come differenziarsi e auto-organizzarsi in tre dimensioni." I ricercatori hanno iniziato con cellule staminali pluripotenti indotte, cioè cellule della pelle o del sangue riprogrammate, che possono differenziarsi in tutti i tipi di cellule umane. Le hanno coltivate in minuscole camere, larghe come un capello umano e alte circa 200 micron, un apparato sperimentale chiamato "ambiente microfluidico". Lì, i ricercatori sono stati in grado di accumulare e identificare le proteine secrete mentre le cellule staminali si trasformavano in epatociti, le cellule che costituiscono la maggior parte del fegato. Un simile studio sarebbe impossibile su una normale piastra di Petri, dove le secrezioni si dissolvono e si perdono in un volume molto più grande.
I risultati sono stati una sorpresa1. La maggior parte delle molecole secrete erano proteinedella matrice extracellulare (ECM), che si trovano tipicamente all'esterno delle cellule a cui forniscono supporto strutturale. "Non ci aspettavamo che gli epatociti producessero grandi quantità di queste proteine", afferma Elvassore. E soprattutto, le cellule coltivate in camere microfluidiche erano molto più efficienti di quelle provenienti da colture convenzionali nel formare organoidi epatici. Questi ultimi sono strutture 3D, grandi fino a 1 millimetro e comprendenti fino a decine di migliaia di cellule, che possono imitare alcune proprietà chiave dell'organo reale. Gli organoidi vengono utilizzati per studiare la fisiologia e lo sviluppo degli organi umani, nonché per simulare il modo in cui i tessuti rispondono ai farmaci o alle infezioni.
I ricercatori si sono quindi chiesti se le proteine ECM che avevano trovato nelle micro camere potessero essere somministrate a una convenzionale coltura cellulare in 2D (ovvero su una capsula di Petri) e aiutarla a formare più organoidi di quanto farebbe normalmente. Hanno scoperto che possono, e che quegli organoidi sono più efficienti di quelli coltivati convenzionalmente rispetto alcune funzioni epatiche chiave, come la detossificazione dall'ammoniaca. I ricercatori sono stati così in grado di definire un protocollo dettagliato, con le giuste proteineda somministrare in ogni fase della differenziazione cellulare per aumentare la produzione di organoidi. "Non tutti i laboratori hanno accesso alle tecniche microfluidiche," osserva Elvassore "e il nostro protocollo può portare gli stessi vantaggi a coloro che utilizzano sistemi di coltura convenzionali."
