Dalla coltura cellulare a un tessuto capace di filtrare il sangue: uno studio descrive un assembloide renale che riproduce in modo molto fedele struttura e funzioni del rene. Non un organo in miniatura, ma un modello sperimentale avanzato che, una volta trapiantato nel topo, mostra capacità di filtrazione, attività endocrina e persino forme patologiche complesse come il rene policistico
Gli organoidi sono tra i modelli in vitro più innovativi e ormai anche tra i più diffusi nell’ambito della ricerca biomedica. Queste strutture cellulari tridimensionali, che si differenziano e auto-organizzano nella piastra in cui vengono coltivate, mantengono una serie di caratteristiche dell’organo reale che li rende preziosi per vari tipi di studi di ricerca di base e applicata, per esempio oncologica. Ma allo stesso tempo, a dispetto del nome, non possono essere visti come organi in miniatura, perché mancano spesso gli elementi e le funzioni più complesse.
Uno studio recentemente pubblicato su Cell Stem Cell, però, segna un importante passo avanti verso un modello più fedele, anche dal punto di vista funzionale, per gli organoidi di rene. Tanto che, quando impiantato nel topo, questo organoide si è dimostrato in grado di filtrare le molecole, produrre urina e svolgere gli altri compiti reali del rene.
Un assembloide per il rene
Più precisamente, quello usato nello studio è un assembloide. Negli organoidi classici, le cellule sono fatte differenziare insieme; nell’assembloide, invece, si producono separatamente i principali precursori delle cellule (in questo caso renali), per poi metterli insieme in coltura permettendo loro di auto-organizzarsi. In questo modo, dunque, il gruppo di ricerca ha di fatto imitato ciò che avviene nello sviluppo embrionale del rene, ottenendo un’architettura renale molto fedele a quella reale. Dopo approfondite analisi biomolecolari e test funzionali, hanno poi trapiantato l’assembloide renale nel topo per consentirne la vascolarizzazione e l’ulteriore maturazione. È importante evidenziare, a questo proposito, che il passaggio non ha richiesto l’asportazione dei reni del topo: di fatto, l’assembloide trapiantato, delle dimensioni di circa 1 millimetro, rappresenta un innesto biologico aggiuntivo, non sostitutivo, necessario come controllo fisiologico.
Dal punto di vista genetico e molecolare, questo sofisticato organoide è simile a quello di un rene fetale, per certi aspetti anche simile a quello adulto. Soprattutto, dopo il trapianto si è dimostrato in grado di collegarsi al sistema circolatorio e iniziare a filtrare il sangue, riassorbendo o eliminando le molecole e producendo urina (o meglio generare un fluido simile, anche perché l’assembloide non è collegato alle vie urinarie). È stato anche in grado di produrre eritropoietina e renina, due ormoni sintetizzati dal rene e fondamentali per l’organismo.
Non un rene reale, ma un valido modello anche patologico
Come ha commentato su Science James Davies, un ricercatore non coinvolto nello studio, comunque, «Non lo scambieresti per un vero rene». Per esempio, l’urina prodotta dall’assembloide è molto più diliuta di quella prodotta dal rene reale, perché mancano le strutture che ne consentono la concentrazione.
Il gruppo di ricerca, guidato da ricercatori della University of Southern California, ha anche cercato di capire quanto l’assembloide potesse fornire anche un modello patologico. Così, dopo aver validato il modello nel topo, hanno sviluppato anche una versione umana dell’assembloide, o meglio due: una sana e una con mutazioni genetiche che determinano lo sviluppo del rene policistico (una condizione genetica caratterizzata dalla formazione di cisti renali che compromettono la funzionalità dell’organo). In effetti, l’assembloide si è dimostrato anche un valido modello patologico, con una serie di caratteristiche tipiche della malattia: formazione di cisti e tessuto cicatriziale, segnali infiammatori e reazioni del sistema immunitario paragonabili a quelle che si osservano nelle persone malate. Anche in questo caso, vale la pena ricordare che il trapianto di topo è un innesto, per cui l’assembloide renale patologico non determinava la malattia nel topo.
Ricerca di base, con uno sguardo all’applicazione
L’assembloide realizzato e descritto nel nuovo studio rappresenta un significativo passo avanti nella creazione di un modello in vitro realistico e funzionale per il rene. Il suo sviluppo è particolarmente prezioso se si considera che i modelli attualmente disponibili presentano notevoli limiti strutturali e fisiologici rispetto ai reni reali, e ancora di più se si considera la diffusione delle patologie renali, che rende più che mai importante un adeguato modello di studio. Si tratta quindi di un lavoro di ricerca per la ricerca, non del tentativo di sviluppare reni artificiali da usare per il trapianto.
Eppure, è vero che anche questo obiettivo c’è. Come riporta in un comunicato Zhongwei Li, che ha coordinato lo studio, «Il nostro lavoro fornisce un nuovo e potente strumento per lo studio di un’ampia gamma di malattie renali complesse, oltre a costituire una solida base per l’ingegnerizzazione di reni sintetici funzionali come opzione salvavita per i pazienti che ne hanno bisogno». Insomma, un obiettivo distante, più di quello degli xenotrapianti, eppure presente e – forse – possibile.