Manuela Cassotta
Biologa, Medical writer
Attualmente la ricerca biomedica è caratterizzata dall’uso costante degli animali in tutti i suoi ambiti: dalla ricerca di base e a quella applicata, a quella tossicologica o ancora nel campo della didattica. Questo approccio ha un indice di fallimento altissimo che supera il 95%, come sottolinea la stessa FDA nel report “challenge and opportunity on the critical path to new medical products” e viene messo in discussione da un numero sempre maggiore di scienziati e ricercatori che richiedono una scienza diversa che segua modelli human-based o nuovi approcci metodologici basati sulla biologia umana (NAM) in quanto più efficaci, affidabili e rapidi del modello animale. Tra i NAM ricordiamo ad esempio le colture cellulari umane tridimensionali, gli organi umani su chip, le scienze tecnologie ad alto rendimento per lo studio delle molecole biologiche, gli studi non invasivi sui pazienti. In questo articolo riporto solo 3 esempi di studi promettenti effettuati con metodologie innovative human-based nel corso del 2022.
Un modello di ventricolo cardiaco umano pulsante miniaturizzato: una speranza per studiare le malattie del cuore
Schema del ventricolo cardiaco umano miniaturizzato su chip
A partire da cellule staminali ricavate in modo non invasivo da soggetti umani sono state prodotte cellule del muscolo cardiaco che hanno poi formato un mini-ventricolo. Tramite una particolare tecnica innovativa che utilizza laser a due fotoni è stato possibile elaborare sia l’ “impalcatura” miniaturizzata che supporta le cellule del ventricolo e la loro contrazione in vitro, sia la stampa delle valvole cardiache anch’esse miniaturizzate. L’integrazione tramite un circuito fluidico delle valvole e del mini ventricolo ha permesso di ricapitolare il flusso di sangue attraverso il cuore e di riprodurre in modo realistico aspetti importanti dell’attività del cuore umano. Questo studio è solo l’inizio di un promettente futuro in cui gli studi sulla meccanica in ambito biologico, sulla robotica, sulla fisiologia, sulle scienze dei materiali si fondono per approntare nuovi sistemi su scala miniaturizzata, in grado di affrontare come mai prima d’ora le domande sulla biologia del cuore umano e lo studio delle malattie del cuore.
Organoidi umani per studiare il cancro
Gli organoidi sono tra i modelli più innovativi in uso nella ricerca biomedica, poiché riproducono in vitro la struttura tridimensionale di organi e tessuti umani (compresi quelli tumorali) in forma miniaturizzata. Gli organoidi tumorali derivanti dai pazienti stanno rivoluzionando la nostra capacità di comprensione della biologia dei tumori con importanti implicazioni per la medicina personalizzata. Ad esempio, in uno studio del Cold Spring Harbor Laboratory (USA) gli organoidi di tumore pancreatico ricavati da cellule dei pazienti sono stati utilizzati con successo per testare le terapie più efficaci per ogni specifico paziente. In particolare sono stati raccolti 136 campioni di tumore, derivanti da resezioni chirurgiche o biopsia, da 117 pazienti con cancro del pancreas, diversi per stadio tumorale, sesso, età e razza. Si è visto che la risposta del paziente al trattamento chemioterapico correlava bene con la risposta del rispettivo organoide, e che gli organoidi possono essere utilizzati per testare l’efficacia delle terapie in modo personalizzato. Ciò è molto importante alla luce del fatto che ogni paziente risponde in modo diverso e specifico ai trattamenti terapeutici e che gli animali non sono in grado di modellare efficacemente i tumori umani.
Organoidi tumorali pancreatici umani ricavati dai tumori dei pazienti
Il rene umano su chip per terapie più sicure
Un team di ricercatori dell’Università del Michigan ha sviluppato un dispositivo con cui misurare il flusso di farmaci attraverso un modello miniaturizzato di rene umano su chip e scoprire modi migliori per somministrare farmaci senza danneggiare i reni. Due terzi dei pazienti in terapia intensiva subiscono una grave lesione renale e nel 20% di questi casi il farmaco è un fattore che contribuisce al danno. Il rene su chip può dare ai medici un’idea chiara di quale dose dare a un paziente. “Quando si somministra un farmaco, la sua concentrazione aumenta rapidamente e viene gradualmente filtrata mentre scorre attraverso i reni”, ha affermato uno dei ricercatori del team. “Il rene su chip ci consente di simulare quel processo di filtraggio, fornendo un modo molto più accurato per studiare come si comportano i farmaci nel corpo umano”. Il team ha utilizzato l’antibiotico gentamicina e l’ha filtrato attraverso il chip, simulando il processo di filtraggio del rene umano. E’stato monitorato il “danno” che si sarebbe verificato nel rene, scoprendo che una dose giornaliera era meno dannosa di un’infusione continua, anche allo stesso dosaggio complessivo. Gli scienziati sono stati in grado di ottenere risultati che si riferiscono meglio alla fisiologia umana, rispetto a quanto è attualmente possibile ottenere dai comuni test sugli animali. L’obiettivo per il futuro è migliorare questi dispositivi fino al punto in cui saremo in grado di vedere esattamente come un farmaco influisce sul corpo momento per momento, in tempo reale.
Necessità di finanziare i nuovi approcci metodologici basati sulla biologia umana
Purtroppo i metodi avanzati che potrebbero sostituire i modelli animali e fornire risultati più affidabili, sono ancora scarsamente finanziati rispetto alla sperimentazione animale, soprattutto in Italia. La ricerca che impiega NAM e non implica esperimenti in vivo su animali viene spesso ancora considerata di serie B, nonostante le evidenze scientifiche.
Affinché gli studi basati su NAM possano proseguire ed evolversi è necessario che tali metodologie ed approcci ricevano maggiori finanziamenti e ne venga perciò incentivato l’utilizzo nella ricerca biomedica. Questi approcci innovativi oltre a consentire di risparmiare la sofferenza e la morte a tanti animali rappresentano anche una speranza di cura per i malati affetti da patologie oggi incurabili. Maggiori finanziamenti verso questi metodi rappresenterebbero un’opportunità unica per gli enti di ricerca di affacciarsi sul mondo competitivo e promettente delle ricerche innovative senza animali a livello internazionale.
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