Organoizii sunt versiuni milimetrice ale organelor umane care se fabrică în laborator prin intermediul culturilor celulare. Aceste structuri 3D servesc la studierea bolilor sau la evaluarea medicamentelor, o adevărată revoluţie ştiinţifică ce avansează cu paşi uriaşi din 2008.
Plămân, ficat, pancreas, intestin, prostată sau creier sunt doar câteva dintre organele care au deja o replică în miniatură şi, cu toate că există încă limitări importante, modelele sunt din ce în ce mai complexe, iar progresele – tot mai semnificative. ”Vedem lucruri care par a fi ştiinţifico-fantastice”, comentează pentru EFE omul de ştiinţă Alberto Zambrano.
Citește și Chinezii au clonat un cal de curse
Expert în miniplămâni artificiali, Zambrano, cercetător la Institutul de Sănătate Carlos III (ISCIII) din Madrid, explică cum se fabrică ”in vitro” aceste versiuni miniaturizate, la ce folosesc şi care sunt principalele obstacole.
Primul organoid
Organoizii sunt ”agregatori” tridimensionali de celule care reproduc structura şi funcţia organului uman şi sunt generaţi în principal din celule stem embrionare (CSE) sau din celule stem pluripotente induse (SPI), prin mimarea dezvoltării umane sau a regenerării in vitro a organelor, în astfel de culturi 3D.
Primele se găsesc în embrion şi se obţin imediat după fecundarea ovulului – în cazul echipei lui Zambrano, ţesutul celular pe care îl foloseşte provine din donaţiile stocate în banca biologică umană (sau biobancă) din Granada (Comunitatea Autonomă Andaluzia, Spania). Al doilea tip de celule se prelevează din celulele unui ţesut, cum ar fi pielea, iar apoi sunt ”reprogramate” pentru a obţine alte tipuri.
Caracteristica principală a ambelor tipuri de celule este că sunt pluripotente, altfel spus, se pot transforma în orice tip de celulă. Graţie progreselor tehnologice şi de bioinginerie, oamenii de ştiinţă pot cultiva în laborator o masă din aceste celule pentru a crea organoizi, cu forme eterogene, inclusiv sferoide.
Deşi primii paşi s-au făcut încă din anii 1980 şi 1990, când s-au realizat progrese în domeniul celulelor pluripotente, detalii referitoare la primul organoid au devenit cunoscute abia în 2008. A fost vorba despre cortexul cerebral. Yoshiki Sasai şi echipa sa de la Institutul de Cercetare RIKEN (Japonia) au publicat în revista Stem Cell formarea autoorganizată a ţesuturilor corticale pornind de la celule stem embrionare. Ei au demonstrat că neuronii generaţi au fost funcţionali, transplantabili şi capabili să formeze conexiuni adecvate de durată ”in vivo” şi ”in vitro”.
Acesta a fost începutul, spune Zambrano, dar progresele au continuat, cu producerea altor organoizi şi ţesuturi, cum a fost cazul formării de ţesut epitelial la nivelul mucoasei intestinale pe care l-a realizat echipa geneticianului olandez Hans Clevers de la Institutul Hubrecht (Nature, 2009).
”Ne aflăm în plină revoluţie care a progresat în ritm alert din 2008. Vedem lucruri care par a fi – dar care nu sunt – science fiction: organoizii sunt viitorul”, consideră Zambrano, din cadrul Unităţii Funcţionale de Investigaţie a Bolilor Cronice din cadrul ISCIII.
Modelele sunt din ce în ce mai bune, spune el, şi enumeră principalele aplicaţii: descifrarea modelului unor maladii, evaluarea unor medicamente şi compuşi noi – inclusiv terapia cu gene în fază experimentală în care genele sunt transferate în celulele pacientului – şi medicina regenerativă, care foloseşte celule pentru a stimula şi creşte capacitatea organismului de ”a se repara”.
Miniplămâni de 5 milimetri
Exemplele din ultimii ani sunt multiple. În 2018, o echipă de la Universitatea Cambridge a publicat în revista Nature descrierea miniplacentelor care ne permit să înţelegem mai bine cum se dezvoltă placenta în timpul sarcinii şi să studiem preeclampsia, problemele de dezvoltare a fătului sau chiar moartea fătului.
În acelaşi an, Zambrano şi echipa sa au publicat în Stem Cell Research & Therapy primele rezultate ale miniplămânilor şi au venit cu mai mai multe date în 2022. Aceste modele 3D, cu dimensiuni între 3 şi 5 milimetri – ca majoritatea organoizilor – imită activitatea plămânilor reali. Obiectivul, printre altele, este aprofundarea studiului oricărei boli respiratorii (cronice, rare sau infecţioase): fibroze pulmonare, boli produse de agenţi infecţioşi precum SARS-CoV-2 (responsabil de COVID-19) sau infecţiile cu pneumococ, acesta din urmă fiind responsabil pentru boli precum pneumonia sau meningita.
Foto: (c) Alberto-Zambrano/researchgate.net
Aceşti organoizi – cu o formă care ar putea aminti de o floare – reproduc aproape perfect întregul sistem respirator: căile respiratorii, traheea, bronhiile, structura alveolară. „Aceştia sunt cât se poate de avansaţi”, spune Zambrano, care are nevoie de circa patru luni pentru a obţine un organoid pulmonar.
Tot la ISCIII – echipa lui Beatriz Martinez-Delgado -, împreună cu Cambridge şi Facultatea de Medicină din Hanovra, au creat minificaţi în încercarea de a obţine progrese în studiul unei maladii rare asociate cu afecţiuni hepatice grave, în timp ce la Institutul Hubrecht oamenii de ştiinţă au reuşit corectarea în cadrul organoizilor, prin editare genetică, a mutaţiilor care provoacă fibroza chistică.
În 2022, oameni de ştiinţă de la Universitatea Stanford din California, coordonaţi de cercetătorul româno-american Sergiu Paşca, au reuşit să implanteze organoizi în exemplare tinere de şoareci pentru a studia tulburări psihiatrice complexe, precum schizofrenia. Ţesutul cerebral derivat din celule mamă umane (pluripotente induse) a fost capabil să se integreze în sistemul somatosenzorial al scoarţei cerebrale a şoarecilor abia născuţi, influenţându-le comportamentul, potrivit Nature.
Toate acestea sunt progrese de o importanţă crucială, dar există încă şi limitări în acest domeniu. Eficienţa nu este completă, iar în diferenţierea celulară – procesul prin care o celulă capătă o anumită formă şi funcţie – pot apărea episoade nedorite, subliniază Zambrano. În opinia sa, funcţionalitatea sută la sută nu va fi posibilă: un organ dezvoltat ”in vitro” nu va fi niciodată identic cu dezvoltarea embrionară umană, iar organul artificial nu va fi la fel ca organul ”original”, dar „ne apropiem destul de mult”.
