L’Università tecnica di Monaco ha sviluppato con successo organoidi “mini-cuore” utilizzando cellule staminali, fornendo un modello che può far progredire la nostra comprensione dello sviluppo e delle malattie cardiache. Gli organoidi innovativi, che sono composti da cardiomiociti e cellule dello strato esterno del cuore, consentono la replicazione di malattie cardiache specifiche del paziente e possono ridurre la dipendenza dai test sugli animali nello sviluppo di farmaci in futuro. (Concetto artista.)
I ricercatori dell’Università tecnica di Monaco (TUM) sono riusciti a stimolare le cellule staminali per imitare il processo di crescita del cuore umano, dando vita a un “mini cuore” o organoide. Questa svolta consentirà una comprensione più profonda delle fasi iniziali dello sviluppo del cuore e sosterrà la ricerca sulle malattie cardiache.
Il cuore umano inizia a prendere forma circa tre settimane dopo il concepimento, che è spesso il periodo in cui molte donne non si rendono nemmeno conto di essere incinte. Questo fattore contribuisce alla nostra conoscenza relativamente limitata riguardo agli intricati dettagli della formazione iniziale del cuore. Le intuizioni ottenute dalla ricerca sugli animali non si applicano completamente agli esseri umani, da qui l’importanza dell’organoide creato dal team TUM per la comunità scientifica.
Diverse fasi di sviluppo degli organi del cuore (Epicardioidi). Credito: Alessandra Moretti/Tom
Una palla di 35.000 cellule
Il team che lavora con Alessandra Moretti, docente di medicina rigenerativa nelle malattie cardiovascolari, ha sviluppato un modo per realizzare una sorta di “mini-cuore” utilizzando cellule staminali pluripotenti. Circa 35.000 cellule vengono filate in una palla in una centrifuga. Per diverse settimane, diverse molecole di segnalazione sono state aggiunte alla coltura cellulare secondo un protocollo stabilito. “In questo modo, imitiamo i percorsi di segnalazione nel corpo che controllano il programma di sviluppo del cuore”, spiega Alessandra Moretti. Il gruppo ha ora pubblicato il suo lavoro sulla rivista Biotecnologie naturali.
Primi “attacchi di cuore” in assoluto.
Gli organelli risultanti hanno un diametro di circa mezzo millimetro. Anche se non pompano sangue, possono essere stimolati elettricamente e sono in grado di contrarsi come le camere del cuore umano. La professoressa Moretti e il suo team sono i primi ricercatori al mondo ad essere riusciti a creare un organoide che contiene cellule del muscolo cardiaco (miocardio) e cellule dello strato esterno della parete cardiaca (epicardio). Nella giovane storia degli organoidi cardiaci – i primi descritti nel 2021 – i ricercatori avevano precedentemente realizzato organoidi solo con cellule del muscolo cardiaco e cellule dello strato interno della parete cardiaca (endocardio).
“Per capire come si forma il cuore, le cellule epicardiche sono cruciali”, afferma la dott.ssa Anna Meyer, prima autrice dello studio. Da queste cellule si formano altri tipi di cellule del cuore, ad esempio nei tessuti di collegamento e nei vasi sanguigni. L’epicardio svolge anche un ruolo molto importante nella formazione delle camere cardiache.” Il team ha opportunamente chiamato i nuovi organelli “epicardioidi”.
Professoressa Alessandra Moretti. Credito: Daniel DeLange/TUM
È stato scoperto un nuovo tipo di cellula
Insieme al metodo di produzione degli organelli, il team ha riportato le sue prime nuove scoperte. Analizzando le singole cellule, hanno determinato che le cellule precursori di un tipo scoperto solo di recente nei topi si formano il settimo giorno dello sviluppo dell’organoide. L’epicardio è costituito da queste cellule. “Ipotizziamo che queste cellule siano presenti anche nel corpo umano, anche se solo per pochi giorni”, afferma il professor Moretti.
Queste intuizioni possono anche fornire indizi sul motivo per cui il cuore fetale è in grado di ripararsi, un’abilità quasi completamente assente nel cuore umano adulto. Questa conoscenza potrebbe aiutare a trovare nuovi trattamenti per attacchi di cuore e altre condizioni.
Produzione di abbonamenti personalizzati
Il team ha anche dimostrato che gli organoidi potrebbero essere usati per studiare le malattie dei singoli pazienti. Utilizzando cellule staminali pluripotenti di un paziente con sindrome di Noonan, i ricercatori hanno creato organoidi che imitano le caratteristiche della condizione in una capsula di Petri. Nei prossimi mesi, il team prevede di utilizzare organoidi personali comparabili per indagare su altri difetti cardiaci congeniti.
Con il potenziale per simulare le malattie cardiache negli organelli, in futuro i farmaci potrebbero essere testati direttamente su di essi. “È concepibile che tali test possano ridurre la necessità di esperimenti sugli animali durante lo sviluppo di farmaci”, afferma Alessandra Moretti.
La ricerca organica è un’importante area di ricerca presso TUM
I ricercatori hanno registrato un brevetto internazionale per la formazione di organelli cardiaci. Il modello Epicardioid è uno dei numerosi progetti organici di TUM. Al Center for Organoid Systems collaboreranno gruppi di lavoro di diversi dipartimenti e cattedre. Condurranno ricerche interdisciplinari sugli organoidi del pancreas, del cervello e del cuore utilizzando le più recenti analisi di imaging e cellulari per studiare l’organogenesi, il cancro e le malattie neurodegenerative e fare progressi nella medicina utilizzando i sistemi 3D umani.
Riferimento: “La genomica epicardioide a singola cellula rivela i principi della biologia epicardica umana nello sviluppo e nella malattia cardiaca” di Anna B. Meyer, Dorota Zawada, Maria Teresa de Angelis, Laura D. Martins, Gianluca Santamaria, Sophie Zengerli, Monica Novak-Imalic, Jessica Kornherr, Fangfang Zhang, Qinghai Tian, Cordola M. Wolf, Christian Kubat, Makoto Sahara, Peter Lieb, Fabian Gehes, Julian Janior, Alexander Goedel, Carl Ludwig Lugowitz, Tatjana Dorn e Alessandra Moretti 3 aprile 2023, Biotecnologie naturali.
DOI: 10.1038/s41587-023-01718-7
Lo studio è stato finanziato dal Consiglio europeo della ricerca.