Essere in grado di testare farmaci su modelli in miniatura di fegati, reni, cuori, intestini e persino cervelli umani non è più fantascienza. Da circa dieci anni gli organoidi aprono la strada a nuove applicazioni e, allo stesso tempo, invitano i ricercatori ad affrontare nuove sfide.
Strutture e funzioni mimiche
A volte vengono chiamati “mini-organi”, per ragioni di semplificazione e comprensione. Un nome “erroneo ed eccessivo”avverte Nathalie Vergnolle, direttrice della ricerca presso l’Istituto nazionale di sanità e ricerca medica (Inserm) e farmacologa qualificata. “Non si tratta di organi veri e propri, ma di strutture cellulari tridimensionali che riproducono parte delle qualità funzionali e strutturali di un organo”, specifica. Il punto di partenza? Cellule staminali prelevate direttamente dall’organo da cui vogliamo produrre le cellule organoidi, o cellule staminali pluripotenti indotte (IPS), derivate da tessuti maturi, riprogrammate e capaci di differenziarsi in tutti i tipi cellulari possibili. “Le cellule vengono poi coltivate in terreni specifici, il più delle volte in un matrigel che contiene una serie di elementi, come fattori di crescita, dove proliferano, si autoassemblano e si differenziano”prosegue il ricercatore, direttore anche dell’Istituto di ricerca sulla salute digestiva di Tolosa (Alta Garonna), dove si producono organoidi dell’intestino, della vescica, del fegato, della proboscide e dell’epididimo umani.
Questi complessi cellulari tridimensionali, il più grande dei quali misura appena pochi millimetri, riproducono alcune funzioni dell’organo originale. Alcuni, non tutti. “Un fegato umano ha circa 40 funzioni conosciute. Non si trovano mai interamente in un organoide del fegato. Inoltre, quando descriviamo un organoide, dobbiamo sempre specificare quali funzioni è in grado di riprodurre”sottolinea Jean-Luc Galzi, ricercatore del Centro nazionale per la ricerca scientifica (CNRS), che ha guidato la creazione della rete nazionale di ricerca sugli organoidi. Funzioni più complesse si ottengono combinando insieme più organoidi – si parla allora di “assembloidi” – o disponendoli su supporti che permettono di imitare un sistema di vascolarizzazione o innervazione artificiale, vincoli meccanici, ecc. Questi “organoidi su chip” sono oggetto di un programma di finanziamento annunciato nell’ambito del piano Francia 2030, nell’ambito dei programmi e delle attrezzature prioritarie di ricerca (PEPR), dell’ordine di 48 milioni di euro.
Potenziale rivoluzionario
Rispetto ad altri modelli di ricerca, i vantaggi degli organoidi sono numerosi. “Sono principalmente strutture formate da cellule umanedettagli Nathalie Vergnolle. Corrispondono a modelli fisiologici o patologici, a seconda del tipo di cellule iniziali. » Le strutture organoidi patologiche presentano diversi interessi. Permettono così di comprendere i meccanismi coinvolti nell’insorgenza di malattie o di effettuare test farmacologici con scopo predittivo. Il modello più sviluppato fino ad oggi è quello dei tumoreidi, formati da cellule tumorali. “Questo passaggio è già stato in parte completato. I tumori creati da cellule prelevate mediante biopsia possono servire come strumenti predittivi per la risposta del paziente a un particolare approccio terapeutico e quindi guidare la scelta migliore del trattamento antitumorale. spiega Nathalie Vergnolle.
Nella ricerca fondamentale, gli organoidi vengono già utilizzati per identificare i potenziali bersagli di una nuova molecola o per testarne la tossicità. Gli studi vengono condotti principalmente sugli organoidi del fegato, dei reni e del cuore nello sviluppo di un candidato farmaco, cioè gli organi in cui si rivelano principalmente le tossicità dei farmaci. “Queste applicazioni sono limitate ad aree per le quali disponiamo già di informazioni sufficienti sulla farmacocinetica e sulla farmacodinamica della molecola. Cioè quando sappiamo già in quali organi è probabile che si manifestino le tossicità”aggiunge Jean-Luc Galzi.
La sperimentazione sugli organoidi mira anche ad ampliare le indicazioni terapeutiche dei farmaci già approvati. Illustrazione tangibile con uno dei trattamenti contro la fibrosi cistica sviluppati dal laboratorio Vertex, VX-770: “Le molecole vengono sviluppate e spesso testate su pazienti che presentano la mutazione più frequente del gene CFTR, responsabile della malattia. Osservando gli effetti di uno dei suoi farmaci su un organoide formato dalle cellule di una persona che presentava un’altra mutazione, il laboratorio è riuscito a dimostrarne l’efficacia e ha ottenuto l’autorizzazione all’uso per questo determinato soggetto »illumina l’esperto del CNRS, membro del comitato direttivo del gruppo di ricerca sugli organoidi.
Questa metodologia potrebbe aprire la strada a un nuovo tipo di sperimentazione clinica, come previsto da Nathalie Vergnolle: “Ad oggi le molecole che desideriamo testare vengono offerte a coorti di pazienti selezionati. È possibile immaginare studi clinici con un approccio simile inizialmente, ovvero la selezione di una popolazione di pazienti da cui semplicemente prelevare cellule per creare organoidi. I test verrebbero poi effettuati su queste strutture cellulari, in vitro. » Un futuro non ancora del tutto realizzato, poiché occorre ancora lavorare sull’affidabilità e sulla riproducibilità dei protocolli.
Vantaggi e limiti
Lo sviluppo esponenziale della ricerca clinica sugli organoidi solleva molti interrogativi. Possono sostituire i modelli di ricerca esistenti, in particolare gli esperimenti sugli animali? Su questo tema la Food and Drug Administration, l’agenzia americana per i prodotti alimentari e farmaceutici, ha aperto una breccia consentendo l’autorizzazione all’immissione in commercio di farmaci testati sugli organoidi, senza necessariamente passare attraverso test regolamentari sugli animali. Questo passo non è stato fatto in Francia, né in Europa. “Secondo me non possiamo contrapporre i due modelli, sono complementarianalisi di Jean-Luc Galzi. Un organoide non potrà mai sostituire un intero organismo. Non possiamo riprodurre esattamente le interazioni tra diversi organi, l’innervazione, la vascolarizzazione, l’impatto del sistema immunitario, ecc. » Tuttavia, sembra che la ricerca clinica sugli organoidi sia utile per prevedere alcune tossicità epatiche negli esseri umani, con maggiore affidabilità rispetto al modello animale. A queste conclusioni arriva uno studio realizzato negli Stati Uniti su 11 molecole testate su “livers on a chip” e pubblicato a fine 2022 sulla rivista Medicina delle comunicazioni*.
Se speriamo di espandere la ricerca farmacologica sugli organoidi, l’altra grande sfida da superare risiede nella loro riproducibilità. “Già non è facile per un singolo ricercatore ottenere sistematicamente organoidi con le stesse proprietà, a causa di parametri nascosti che devono ancora essere compresi. Le differenze possono quindi essere molto significative da un laboratorio all’altro, soprattutto perché i metodi di produzione non sono affatto standardizzati.riconosce Jean-Luc Galzi.
Secondo lui, gli organoidi evidenziano un’importante questione etica, quella del consenso dato dai pazienti. “È possibile formare queste strutture a partire dalle cellule IPS e, potenzialmente, realizzare qualsiasi cosa: un organoide del fegato o del rene, ma anche gameti, embrioni, ecc. Dobbiamo fare un lavoro importante per garantire che il consenso raccolto sia veramente informato e pienamente informare su tutte le possibilità di utilizzo delle cellule raccolte, con un quadro normativo rigoroso e scrupolosamente rispettato. conclude il ricercatore.
* Ewart L., Apostolou A., Briggs SA et al, « Valutazione delle prestazioni e analisi economica di un fegato umano per la tossicologia predittiva », Commun. Med. 2, 154 (2022), urls.fr/jG-d1U.
Da ricordare
- Gli organoidi sono strutture cellulari 3D auto-organizzate, formate da cellule staminali prelevate da soggetti sani o malati.
- Presentano diversi interessi nella ricerca sui farmaci: scopo predittivo della risposta al trattamento, test di tossicità, ricerca di bersagli per nuove molecole, ecc.
- Tra le sfide di questa nuova area di ricerca vi sono la standardizzazione dei processi produttivi e una migliore supervisione della raccolta del consenso informato dei soggetti.
