Focus: Futuro

Gastruloidi, ultima frontiera

Immagine di Gastruloide
di Claudio Barchesi

Queste strutture multicellulari tridimensionali utili per studiare “in vitro” il potenziale di sviluppo di diversi tipi di cellule staminali sono il domani della ricerca in biologia e si spera che possano presto ridurre il ricorso alla sperimentazione animale. Un team napoletano del Cnr si posiziona tra i primi in Italia nello studio di questi organoidi, che riproducono le fasi più precoci dello sviluppo embrionale

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Si chiamano gastruloidi, e sono speciali culture cellulari capaci di mimare in vitro una fase importantissima dello sviluppo embrionale, chiamata gastrulazione: la fase nella quale la primigenia sfera embrionale  si trasforma in una struttura allungata, dalla quale emergeranno in seguito tutti i tessuti e gli organi differenziati di un nuovo essere vivente.

immagine di gastruloide

I gastruloidi non sono però l'homunculus alchemico, mancano della parte anteriore  (cervello) e mancano anche dei tessuti extraembrionali, quindi non hanno tutto il pieno potenziale di un embrione: questo significa che, in principio, non dovrebbero sollevare problemi etici. Il potenziale di queste tecnologie è tuttavia enorme e la ricerca è solo nella fase iniziale.

“I gastruloidi si ottengono a partire da aggregati di cellule embrionali staminali, in piastre di coltura di forma conica che non permettono alle cellule di aderire alla plastica. In questo modo si formano aggregati tridimensionali (3D) di cellule, che restano in sospensione, e che trattati con un cocktail di molecole vanno incontro a un processo di allungamento-polarizzazione”, spiega Gabriella Minchiotti dell'Istituto di genetica e biofisica 'Adriano Buzzati Traverso' (Igb)  del Consiglio nazionale delle ricerche di Napoli, alla guida di un gruppo di ricerca fortemente coinvolto su questi studi. “La differenza principale rispetto alle normali colture consta nel fatto che si tratta di colture tridimensionali, che hanno la capacità di auto organizzarsi, di rompere la simmetria di crescita e di allungarsi e, quindi, di creare in vitro, e in maniera spontanea, strutture simili a quelle che si formano nelle primissime fasi dello sviluppo embrionale”.

I ricercatori del Cnr lavorano con gastruloidi ottenuti da cellule staminali di topo. La tecnica permette di superare la sperimentazione animale. “Con una sola piastra per colture cellulari possiamo analizzare simultaneamente fino a 96 gastruloidi (un topo ha 6-15 embrioni)”, prosegue la ricercatrice. "La tecnologia dei gastruloidi è in linea con i principi della green economy applicata alla biomedicina ed è rilevante per la sostenibilità ambientale; consente di limitare i test sugli animali, ridurre il consumo di energia e la produzione di rifiuti legata alle bioricerche".

Studi recenti hanno descritto anche gastruloidi umani, generati a partire dalle cellule staminali embrionali umane (Moris, N. et al. An in vitro model of early anteroposterior organization during human development. Nature, 2020582, 410-415, doi:10.1038/s41586-020-2383-9). “Fra le loro potenzialità c'è sicuramente quella di indagare l'origine di molte patologie e i loro approcci terapeutici, identificare alcune cause di aborti precoci, testare l'effetto di farmaci/molecole bioattive su una scala che non sarebbe possibile nei modelli animali. Non mancano, in questi casi, problematiche etiche. Molti laboratori lavorano quindi per sviluppare gastruloidi da cellule somatiche 'adulte'", chiarisce  Minchiotti. "Questo permetterebbe di ottenere gastruloidi umani senza impiegare cellule embrionali umane e, quindi, di superare i problemi etici legati al loro utilizzo”.

“Siamo stati subito affascinati dal potenziale di questa tecnologia”, conclude l'esperta. “L'idea a cui stiamo lavorando adesso è quella di utilizzare i gastruloidi come modelli per testare l'effetto di farmaci/metaboliti/inquinanti sulle fasi precoci dello sviluppo embrionale - ad esempio per identificare possibili alterazioni dello sviluppo. Inoltre, siamo interessati a capire come fanno le cellule a muoversi nella struttura 3D e a trasformare una sfera tridimensionale simmetrica in una struttura allungata/polarizzata. Questi meccanismi sono fondamentali anche nella progressione tumorale, dove l'acquisizione della capacità di muoversi/migrare trasforma un tumore localizzato in un organo in una malattia metastatica”.

Fonte: Eduardo J. Patriarca , Istituto di genetica e biofisica "Adriano Buzzati Traverso", Napoli, email eduardo.patriarca@igb.cnr.it

Fonte: Gabriella Minchiotti , Istituto di genetica e biofisica "Adriano Buzzati Traverso", Napoli, email gabriella.minchiotti@igb.cnr.it

Per saperne di più: Gastruloid development competence discriminates different states of pluripotency - https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(20)30508-7

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