Gli organoidi, gli Avengers della biologia cellulare!
🧫 Gli organoidi sono il risultato di un lungo e laborioso protocollo di coltura cellulare che permette la formazione di una struttura cellulare tridimensionale altamente organizzata e complessa. Scopriamoli insieme!
Gli organoidi sono il risultato di un lungo e laborioso protocollo di coltura cellulare che permette la formazione di una struttura cellulare tridimensionale altamente organizzata e complessa.
Essi rientrano tra le innovazioni con più alto potenziale della biologia cellulare poiché permettono di ricreare in vitro le unità funzionali di organi e tessuti e di conseguenza permettono di effettuare studi e di ottenere dei risultati che maggiormente rispecchiano ciò che accade in vivo, ovvero nell’organismo.
Infatti, negli organoidi, a differenza di altre colture, ritroviamo più tipi cellulari diversi che sono normalmente presenti in vivo, le cui connessioni determinano la specializzazione degli stessi. Pertanto, si creano delle interconnessioni che permettono alle cellule di secernere molecole che impattano sulle cellule adiacenti proprio come succede nel nostro organismo.
Questo fattore fa sì che gli organoidi siano ad oggi un punto di riferimento per studi complessi nei quali si vuole studiare processi cellulari che altrimenti non potrebbero essere studiati in una coltura semplice dove la cellula non ha possibilità di crescere tridimensionalmente e che, inoltre, per mancanza di interazioni con altri tipi cellulari, non si specializza come succede in vivo. Studi di sperimentazione di farmaci attuati con un modello in vitro di questo tipo acquistano così valore poiché le condizioni mimano quelle reali con il più alto grado possibile.
Come si ottengono gli organoidi?
Generalmente, la maggior parte di protocolli presenti in letteratura parlano di organoidi ottenuti a partire da cellule staminali coltivate in vitro in varie condizioni tali da permetterne la manipolazione ma soprattutto per determinarne un certo differenziamento. In particolare, i protocolli presenti sono sviluppati a partire da un approfondito studio della biologia dello sviluppo che chiarisce, almeno in parte, i fattori di trascrizione coinvolti.
Come si vede schematicamente in Fig.2 allo stadio di blastocisti (ovvero l’embrione allo stadio di sviluppo di circa 5-6 giorni) abbiamo solo un cumulo di cellule parzialmente indirizzate che si dividono in: trofoectoderma (coroncina di cellule) e ICM (inner cells mass), ovvero le cellule della massa interna che daranno vita ai tre foglietti embrionali principali: endoderma, mesoderma ed ectoderma.
Questi ultimi sono importantissimi per lo sviluppo e la specializzazione dei tessuti dell’organismo. Infatti, ciascuno di essi rappresenta uno stadio di specializzazione intermedia dove le cellule che li compongono hanno un indirizzamento ma potranno dar vita solo a determinati tessuti. Infatti, con l’andare avanti dello sviluppo si ha poi la specializzazione finale delle cellule.
Per capire meglio qual è il flusso di specializzazione delle cellule e quali sono gli step di specializzazione intermedi per poter ottenere, a partire da cellule staminali, diversi tipi di organoidi possiamo rifarci alla fig. 3. Infatti, vediamo come il differenziamento a mesoderma ci permetterà poi, aggiungendo altri fattori di trascrizione, delle cellule renali e ricreare organoidi renali. Oppure, vediamo come la specializzazione ad endoderma permette lo sviluppo di organoidi di stomaco, intestino, fegato ecc.
Vantaggi e svantaggi degli organoidi
Vediamo insieme i vantaggi degli organoidi:
- sono altamente rappresentativi;
- conferiscono forza ai risultati ottenuti poiché più complessi;
- ricostruiscono interazioni reali tra le cellule e ne permettono la specializzazione ed espressione completa;
- ricostruiscono le unità funzionali di organi e tessuti in vitro senza necessità di biopsie da paziente;
- possono ridurre il numero di test effettuati su animali da laboratorio;
- possibilità di cambiare le condizioni ambientali di coltura creando stress cellulare, ipossia, carenza di determinati nutrienti ecc…
- si formano a partire da cellule staminali quindi è possibile differenziarli in qualsiasi tipo cellule si ritenga necessario.
Invece, gli svantaggi sono:
- molto complessi da maneggiare e da creare;
- occorre istruire gli operatori affinché acquisiscano la giusta manualità;
- occorre elevata esperienza da parte dell’operatore ed accuratezza;
- sono molto costosi perché necessitano di particolari terreni di coltura e fattori di crescita;
- molti protocolli di coltura prevedono l’assenza di antibiotici, il chè rende la procedura maggiormente soggetta a contaminazioni batteriche; - i protocolli di coltura sono spesso molto lunghi (da un minimo di 1 mese fino anche a 12-13 mesi).
E adesso, ci credi che sono gli Avengers della biologia cellulare?
Angela Nacca
Fonti
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