Per la prima volta, i ricercatori hanno Modelli 3D del cervello creati che contengono diversi tipi di cellule di più persone 1. Questi organoidi “un villaggio in una ciotola” potrebbero aiutare a rivelare perché la risposta del cervello ai farmaci varia da persona a persona.

Altri team hanno creato sezioni 2D di cellule cerebrali da più di un donatore umano 2, ma questo lavoro riporta robusti sistemi 3D adatti alla ricerca.

"Si tratta di una tecnologia e di un approccio davvero potenti", afferma Tomasz Nowakowski, un biologo dell'Università della California, a San Francisco, che non è stato coinvolto nello studio. Molti gruppi probabilmente utilizzeranno questo metodo, aggiunge. “È un capolavoro tecnico.”

Queste colture chimeriche, che gli autori chiamano chimeroidi, combinano cellule provenienti da un massimo di cinque donatori. Le versioni future potrebbero ospitare cellule di centinaia di persone. "E se un giorno potessimo usare i chimeroidi come avatar per prevedere le risposte individuali a nuove terapie prima di testarle in una sperimentazione? Mi piace immaginare quel futuro", dice Paola Arlotta, biologa delle cellule staminali presso l'Università di Harvard a Cambridge, Massachusetts, e autrice senior dello studio pubblicato oggi suNaturaè stato pubblicato.

Ci vuole un villaggio

Sistemi modello chiamati organoidi imitano la composizione cellulare degli organi come intestino e polmoni. I ricercatori li producono immergendo le cellule staminali di un donatore umano in un cocktail di sostanze chimiche formulato con precisione, che stimola le cellule staminali a svilupparsi in tutti i tipi di cellule tipicamente presenti in un dato organo. Le condizioni della coltura incoraggiano inoltre le cellule a riunirsi in una complessa forma 3D.

Gli organoidi cerebrali sono particolarmente a crescita lenta e difficili da gestire, e i ricercatori sono alla ricerca di modi migliori per crearli. Un approccio consisteva nel combinare cellule di più donatori in un singolo organoide. I cluster di cellule multidonatori potrebbero essere più facili da gestire e catturare un’ampia varietà di genetica umana in un unico modello. Tuttavia, poiché le cellule staminali madri crescono a velocità diverse, le linee in rapida crescita inevitabilmente prendono il sopravvento.

Tra tanti, uno

Il trucco, riferiscono Arlotta e i suoi colleghi, è quello di creare prima una serie di organoidi a donatore singolo. Man mano che maturano, le cellule di tutti gli organoidi assumono tassi di crescita simili. Omogeneizzando queste strutture e mettendo insieme le cellule, è possibile far crescere un organoide composito. I chimeroidi degli autori si sono espansi fino a circa 3-5 millimetri dopo tre mesi e contengono gli stessi tipi di cellule presenti nel tessuto corticale fetale.

"Si tratta di un progresso davvero grande", afferma Robert Vries, amministratore delegato della società di ricerca sugli organoidi HUB Organoids a Utrecht, Paesi Bassi. La comunità che studia il sistema nervoso centrale “ha davvero bisogno di più sistemi organoidi”.

I chimeroidi dovrebbero consentire ai ricercatori di capire se i farmaci avranno effetti diversi su persone diverse. Come caso di prova, il team ha trattato gli organoidi multidonatori con farmaci neurotossici. L'etanolo, che causa la sindrome alcolica fetale, ha ridotto il numero di cellule in una singola linea cellulare del donatore. Le cellule di questo donatore crescevano più rapidamente se combinate con acido valproico, un farmaco antiepilettico associato ad un aumento del rischio di Disturbo dello spettro autistico è associato ai bambininell'uteroentrò in contatto con esso.

Dolori crescenti

Tuttavia, sarà necessario un attento lavoro di follow-up per garantire che gli effetti osservati nei modelli chimerici derivino dalla genetica di una particolare linea cellulare e non da un'interazione tra cellule strettamente ravvicinate, avverte Vries.

Anche la produzione dei chimeroidi richiede molto lavoro, aggiunge Nowakowski, che studia il modello nel suo laboratorio. Ma i sistemi automatizzati di coltura cellulare dovrebbero alleggerire il carico di lavoro e rendere questi modelli adatti a esperimenti più efficienti sulle malattie del cervello.