Ventricolo del cuore umano coltivato in laboratorio: batte e pompa sangue
Creata in laboratorio una versione miniaturizzata del ventricolo sinistro umano, che batte come la camera di un vero cuore ed è in grado di pompare sangue. Questo minuscolo organoide coltivato in tre dimensioni rappresenta un traguardo estremamente significativo per la ricerca e la medicina; grazie ad esso, infatti, gli scienziati potranno testare nuovi farmaci e mettere a punto terapie innovative senza dover ricorrere alla sperimentazione animale, oppure all'utilizzo di organi privi della fondamentale funzionalità biochimica (come ad esempio i cuori estratti dopo un'autopsia). Tutto questo porterà a una ricerca più etica e accurata. Se ciò non bastasse, partendo da queste basi si potrebbe addirittura arrivare a realizzare organi umani bioartificiali perfettamente funzionanti, in grado di sostituire quelli malati nei pazienti che hanno bisogno di un trapianto.
A creare il ventricolo sinistro pulsante è stato un team di ricerca canadese guidato da scienziati canadesi dell'Istituto dei Biomateriali e di Ingegneria Biomedica dell'Università di Toronto, che hanno collaborato a stretto contatto con i colleghi del Dipartimento di Ingegneria Chimica e Chimica Applicata, del Toronto General Hospital Research Institute – Università Health Network e del Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia dell'Università di Montreal. I ricercatori, coordinati dalla professoressa Milica Radisic, hanno creato l'organoide facendo crescere tre strati di cellule cardiache viventi attorno a una impalcatura di materiale biocompatibile. Far crescere le cellule dei tessuti umani su un piano (in due dimensioni) è piuttosto semplice per gli scienziati, ma il risultato che si ottiene è ben lungi da quello di un organo. Grazie alle impalcature 3D polimeriche – che guidano l'orientamento delle miofibre nel caso di un cuore – è possibile ottenere organi bioartificiali con funzionalità affini a quelle reali.
Gli scienziati hanno lasciato crescere le cellule cardiache per una settimana attorno alla struttura polimerica immersa in un liquido, ottenendo così un organoide di ventricolo sinistro. Fondamentalmente si tratta di un tubo cavo che sotto la spinta di impulsi elettrici fa battere all'unisono le cellule cardiache ed è in grado di pompare fluido. L'organoide bioartificiale è minuscolo: il diametro è infatti di appena 0,5 millimetri, mentre l'altezza è di 1 millimetro. Come specificato dai ricercatori in un comunicato stampa, “è grande quanto il ventricolo di un feto umano verso la 19esima settimana di gestazione”. Nonostante le piccole dimensioni ha comunque la capacità di pompare il fluido all'interno di un bioreattore, con un'efficienza pressoria pari a circa il 5 percento di un vero ventricolo umano.
Nonostante i suoi limiti, è una base straordinaria per poter studiare le malattie cardiache – che sono tra le principali cause di morte nei Paesi industrializzati – e mettere a punto nuove terapie. Il tutto senza dover sacrificare animali, come accade oggi per analizzare la funzionalità biochimica del cuore e testare farmaci candidati. Il ventricolo sinistro, del resto, è la camera deputata a pompare il sangue ossigenato nell'aorta e da lì nel resto dell'organismo. “Con il nostro modello, possiamo misurare il volume di espulsione – la quantità di fluido che viene espulsa ogni volta che il ventricolo si contrae – così come la pressione di quel fluido”, ha dichiarato il dottor Okhovatian, coautore dello studio. “Entrambi erano quasi impossibili da ottenere con i modelli precedenti”, ha aggiunto lo scienziato.
Come specificato si tratta ancora di un modello concettuale (basti pensare che un vero cuore ha 11 strati, non tre), è privo di vascolarizzazione e altre caratteristiche, tuttavia in futuro a partire da questi miniorgani sarà probabilmente possibile ricostruire in laboratorio quelli interi. Un ostacolo da non sottovalutare sarà la rimozione dell'impalcatura polimerica, per ora fondamentale per far crescere i tessuti in 3D. I dettagli della ricerca “Toward Hierarchical Assembly of Aligned Cell Sheets into a Conical Cardiac Ventricle Using Microfabricated Elastomers” sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Advanced Biology.
