Da mini-cervelli a mini-reni, un numero crescente di modelli di organi può ora essere coltivato in vitro. Sono gli organoidi, organi in miniatura tridimensionali coltivati in laboratorio a partire da cellule staminali adulte o embrionali in condizioni chimiche e fisiche che imitano il corpo umano.

Hans Clevers, scienziato dell’Hubrecht Institute di Utrecht, Paesi Bassi, è uno dei pionieri del campo. Ha presentato il primo organoide nel 2009, derivato dalle cellule staminali che rivestono l’intestino. Segnò l’inizio di una rivoluzione nei laboratori di tutto il mondo. E da allora, si è riusciti a far crescere organoidi di cervello, reni, fegato, pancreas e ghiandole prostatiche per studiare la biologia del loro sviluppo, ma anche il cancro e altre malattie, a un livello che sarebbe impossibile o non etico studiare direttamente negli esseri umani.

Infatti, oltre al successo della metodologia, Clevers ha contribuito a plasmare un nuovo aspetto all’approccio medico: a partire dalle cellule staminali dei singoli pazienti, gli organoidi che ne derivano consentono ai medici di testare gli effetti specifici dei farmaci in modo sicuro – fuori dal corpo.

“Gli organoidi hanno un cruciale impatto sulla medicina personalizzata e sullo sviluppo di farmaci, e non meno importante sulla drastica riduzione dell’uso di animali nella ricerca – spiega con entusiasmo Clevers –  Gli organoidi offrono una valida alternativa alla sperimentazione farmacologica sugli animali. Questo è auspicabile da un punto di vista etico e anche perché le risposte ai farmaci spesso variano significativamente tra gli animali e gli esseri umani. Ci sono malattie, infezioni e malattie genetiche, che sono presenti solo negli esseri umani”.

Con una dimensione di pochi millimetri, gli organoidi crescono in una decina di giorni, facili da manipolare, forniscono dettagli sullo sviluppo dei tessuti, dettagli utili poi a riparare eventuali lesioni. Un esempio tangibile dell’ottimismo di Clevers è il progetto sulla fibrosi cistica nei Paesi Bassi. La malattia colpisce tutti i tessuti, ma il sintomo principale è l’eccesso di muco nei polmoni e nell’intestino, che provoca infezioni al torace, tosse, difficoltà respiratorie e problemi digestivi. Via via i polmoni perdono la loro funzione e senza un trapianto i pazienti a un certo punto non sopravvivono. I pochi farmaci, costosissimi, funzionano solo su pochi pazienti. Ma si sa che questa malattia può derivare da più di duemila mutazioni genetiche, che paralizzano i canali ionici che permettono il passaggio di sali e acqua attraverso le membrane cellulari.

Gli scienziati hanno imparato come prelevare un campione dal retto di un paziente e far crescere piccoli frammenti di tessuto intestinale, completi di cripte piegate e villi simili a dita proprio come quelli che si trovano nel nostro intestino.

“In questo modo abbiamo i pazienti sul bancone in laboratorio su cui possiamo testare i farmaci. Alla fine ovviamente il vero test va fatto in un corpo intero e intatto!” spiega Clevers. I primi esperimenti sono andati molto velocemente: “discutemmo il primo paziente nel 2010 e dopo soli tre anni eravamo pronti a testare i farmaci sugli organoidi riprodotti dalle sue cellule staminali”, continua lo scienziato olandese. Fabian, che aveva  una rara versione della malattia, ora sta bene. Nel frattempo, i pazienti sono diventati una cinquantina e l’idea è di arruolarne millecinquecento. E’ un progetto ambizioso, ma promettente. “L’organoide si comporta come un avatar per il paziente -, afferma Clevers -, in questo modo, l’efficacia dei farmaci costosi può essere testata in laboratorio e alla fine il farmaco viene promosso e passato dallo Stato solo se l’organoide di un paziente ha risposto positivamente”. Al contrario, con una mutazione  della malattia molto rara, non ci sarebbe mai la possibilità di avviare un test clinico poiché l’esiguo numero di pazienti non giustificherebbe il costo dello studio.

Un progetto collaterale nato da quello della fibrosi cistica è la creazione della Hubrecht Organoid Technology (Hub), un’organizzazione senza scopo di lucro  per espandere una bio-banca di organoidi. L’Hub condivide il prezioso materiale con gruppi di ricerca in tutto il mondo. Poiché, una volta formati, gli organoidi si possono riprodurre all’infinito e preservarli in un freezer.

Enormi potenzialità, quindi, ma il vero salto di qualità secondo Clevers sta nel migliorare la loro complessità. Per ora gli organoidi hanno il limite di essere troppo semplici, senza vasi sanguigni, innervazioni e sistema immunitario. Anche se un importante aspetto degli organoidi è la potenziale riduzione della necessità di modelli animali, questi organi miniaturizzati non riescono ancora a ricapitolare pienamente gli aspetti complessi della fisiologia che possono essere studiati solo in organismi interi.

“Credo che i modelli organoidi sostituiranno molti esperimenti su animali -, conclude Clevers -, tuttavia, un organismo vivente è più della somma delle sue parti e ci sarà sempre la necessità di confermare qualsiasi risultato in vivo.”

Parte della sfida scientifica è ora quella di lavorare sulla riproduzione di mini-organi più complessi e sofisticati.