Generare organoidi cerebrali umani in laboratorio: la sfida di due ricercatori dell'USI

La ricerca in laboratorio spesso si avvale di modelli tridimensionali; nell’ambito degli studi neurologici, ad esempio, vengono utilizzati dei modelli tridimensionali del cervello umano, ottenuti da cellule staminali. Tali modelli, tuttavia, presentano dei limiti che il progetto “Enhancing Human Brain Organoid Complexity through Biofabrication of a Perfusable Vasculature“, condotto dal Prof. Simone Bersini, Professore-assistente presso la Facoltà di scienze biomediche, e dalla Prof.ssa Arianna Baggiolini, Professoressa-assistente presso la Facoltà di scienze biomediche e Direttrice di laboratorio presso l’Istituto oncologico di ricerca (IOR), mira a risolvere.

Integrando bioingegneria, biologia dello sviluppo e tecnologie avanzate, la ricerca punta a creare organoidi più complessi e duraturi, capaci di riprodurre meglio le dinamiche reali del cervello. Il progetto ha ricevuto un finanziamento dal Fondo nazionale svizzero (FNS).

Professor Bersini, Professoressa Baggiolini, potete spiegare in modo semplice su quali tecniche si basa il vostro progetto?

"Il progetto utilizza tecnologie basate sulle cellule umane pluripotenti e modelli di ingegneria cellulare/tissutale. In questo progetto proponiamo di combinare queste due metodiche per promuovere la maturazione degli organoidi attraverso l’integrazione di reti microvascolari funzionali biofabbricate. Attraverso tecniche di microfabbricazione svilupperemo inoltre una piattaforma di coltura che potrà ospitare decine di organoidi e consentirà di eseguire molteplici esperimenti in parallelo".

Da cosa nasce l’esigenza di sviluppare organoidi più complessi e duraturi?

"L'avvento delle tecnologie basate su cellule pluripotenti e la generazione di cellule del microambiente cerebrale umano hanno aperto direzioni di ricerca prima irraggiungibili. In particolare, gli organoidi cerebrali derivati da cellule pluripotenti non solo riproducono alcuni aspetti specifici della diversità cellulare del cervello umano in via di sviluppo, ma anche della sua architettura, permettendo lo studio delle cellule cerebrali umane in un contesto tridimensionale che considera la nicchia e i processi di comunicazione cellulare. Sebbene gli organoidi cerebrali derivati da cellule pluripotenti siano strumenti fondamentali per affrontare aspetti specifici della biologia del cervello umano, è innegabile che essi rappresentino ancora una grande semplificazione del microambiente cerebrale umano e presentino diverse limitazioni. Una delle più evidenti limitazioni degli attuali protocolli per la generazione di organoidi cerebrali è la mancanza di vascolarizzazione".

Quali sono le principali applicazioni pratiche e i maggiori benefici che questo progetto potrà portare alla collettività?

"La vascolarizzazione ha un probabile impatto sulla fisiologia degli organoidi cerebrali, ma anche sulla possibilità di colture a lungo termine, che sono generalmente limitate a causa dell’insorgenza di tessuti necrotici interni. Complessivamente, l'integrazione efficace di una barriera emato-encefalica umana funzionale con organoidi cerebrali umani rappresenta una pietra miliare che deve ancora essere raggiunta nel percorso verso la riproduzione in vitro della complessità del cervello umano. Questa integrazione avrà un impatto significativo sulla riproduzione delle fasi di sviluppo più avanzate e dei processi biologici dello sviluppo attualmente inaccessibili, tra cui le fasi gestazionali più tardive, la formazione di tutti gli strati neuronali e la neurogenesi adulta negli organoidi ippocampali maturi".