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I vecchi fegati sono tornati a essere nuovi
Gli scienziati del Massachusetts General Hospital di Boston hanno mosso i primi passi verso la costruzione di fegati funzionali e trapiantabili. In uno studio sui ratti, pubblicato oggi online da Medicina della natura , i ricercatori hanno preso i fegati dei donatori, li hanno delicatamente spogliati delle loro cellule lasciando intatto altro materiale e quindi hanno usato la struttura rimanente come un'impalcatura su cui far crescere cellule epatiche sane. Il risultato è stato un organo quasi completo che è stato trapiantato nei ratti ed è rimasto funzionante fino a otto ore.
Prima e dopo: Gli scienziati stanno usando fegati di ratto malsani, come quello mostrato a sinistra, per ricostruire quelli funzionanti. Lavare via le vecchie cellule e i loro detriti con un detergente lascia un'impalcatura che conserva la sua architettura dei vasi sanguigni, mostrata a destra. Il nuovo scaffold può quindi essere seminato con cellule epatiche sane.
Le malattie del fegato sono la dodicesima causa di morte negli Stati Uniti, mentre le malattie cardiache e renali sono ancora più alte. I sintomi dell'insufficienza d'organo possono essere trattati in una certa misura, ma l'unica cura è il trapianto, e semplicemente non ci sono abbastanza organi di donatori sani per andare in giro. Per decenni, i ricercatori hanno lavorato per costruire sostituzioni. Ma gli organi sono sistemi complessi, con una densità cellulare e un sistema di vasi sanguigni difficili da replicare.
La nuova tecnica, che è stata dimostrata per la prima volta nei cuori due anni fa, sfrutta la struttura preesistente di un organo in tutta la sua complessità e fornisce un uso per organi malsani che altrimenti non potrebbero essere utilizzati. Cerchiamo di rianimare gli organi che verrebbero scartati e facciamo cose per renderli trapiantabili, dice Abiti Basak , primo autore dell'articolo e ricercatore presso il Centro per l'ingegneria in medicina a MGH.
Altri approcci per la rigenerazione degli organi sono variati ampiamente, dalla creazione di scaffold realizzati in laboratorio all'utilizzo di stampanti a getto d'inchiostro per creare tessuti tridimensionali. Ma tutti questi metodi cercano di imitare ciò che il corpo ha già creato con successo. La tecnica di decellularizzazione sfrutta questo, rimuovendo ciò che è rotto e sostituendolo con nuove cellule sane. Quello che abbiamo fatto è fondamentalmente prendere la scorciatoia, dice Adatto per Korkut , il ricercatore del Center for Engineering in Medicine che ha guidato il lavoro.
Questo scavalca altri approcci, dice Stephen Badylak , specialista in ingegneria dei tessuti presso l'Università di Pittsburgh's Centro McGowan per la medicina rigenerativa . La bellezza di questo approccio è che non cerca di sintetizzare nulla. Cerca di isolare l'impalcatura tridimensionale di Madre Natura e trarne vantaggio. Se questo può essere tradotto in clinica, e siamo ancora molto lontani da questo, è un enorme progresso.
Uygun e i suoi colleghi hanno iniziato con fegati di ratto che erano morti per mancanza di ossigeno. Hanno decellularizzato i fegati con un detergente, che ha ucciso le cellule rimanenti e rimosso i loro detriti. Ciò che restava era una delicata impalcatura di proteine, zuccheri e altre strutture extracellulari, compresa l'architettura dei vasi sanguigni, l'aspetto più complesso del fegato, il più difficile da duplicare e quello più necessario per la sopravvivenza delle nuove cellule. Gli scienziati hanno seminato l'impalcatura con cellule epatiche isolate da fegati di ratto sani, nonché cellule endoteliali per rivestire i vasi sanguigni, e il risultato è rimasto funzionale in coltura per 10 giorni.
Imbastitura di fegato: Dopo che un'impalcatura è stata seminata con cellule epatiche sane, viene posta in una configurazione di coltura in vitro. Il liquido rosa che circola nell'impalcatura ha i nutrienti necessari per mantenere in vita le cellule. L'impalcatura non è stata ancora seminata con cellule sane.
I ricercatori hanno anche trapiantato fegati ricostruiti di due giorni fa nei ratti, collegandoli al sistema vascolare degli animali. Dopo otto ore, i fegati hanno continuato a incorporare il flusso sanguigno degli animali e sono rimasti funzionali, qualcosa che non era mai stato fatto prima con un organo ingegnerizzato così complicato. È un approccio molto promettente che rivoluzionerà il campo dell'ingegneria dei tessuti per il fegato, afferma Basak Uygun. È un organo particolarmente impegnativo, perché richiede una circolazione sanguigna costante ed estesa. Quindi, se questo può essere fatto per il fegato, è un grande progresso.
È un ottimo lavoro e fa avanzare il campo, dimostrando sempre di più che queste cose possono effettivamente essere fatte e sono possibili, afferma Antonio Atala , direttore dell'Institute for Regenerative Medicine presso il Baptist Medical Center della Wake Forest University, che ha utilizzato sia la stampa a getto d'inchiostro che l'approccio di decellularizzazione. Gli organi solidi sono incredibilmente complessi, perché hanno molte più cellule per centimetro di qualsiasi altro tipo di tessuto. E come si ottiene l'apporto di sangue a un volume così grande di cellule? Gli organi decellularizzati sono una buona strategia per preservare il tessuto vascolare.
Rimangono, tuttavia, alcuni grossi ostacoli. Il primo problema è che l'attuale metodo non può ripopolare i vasi sanguigni abbastanza densamente da consentire la circolazione del sangue per più di 24 ore. Il collagene esposto dell'impalcatura provoca la coagulazione e la coagulazione del sangue, motivo per cui Uygun ha lasciato trapiantare i fegati ingegnerizzati solo per otto ore.
Il secondo ostacolo sarà trovare una fonte stabile di cellule epatiche umane sane. A breve termine, i ricercatori ritengono di poter contare su cellule di donatori sani. (I fegati sani possono rigenerarsi alla piena dimensione in poche settimane.) Ma più avanti, la scienza delle cellule staminali potrebbe essere abbastanza avanzata da consentire alle persone di donare le proprie cellule, consentendo agli scienziati di differenziarle in laboratorio in cellule epatiche che non indurrà una reazione del sistema immunitario e userà quelli per seminare un'impalcatura.
Korkut Uygun e i suoi colleghi stanno già lavorando a una soluzione al problema dei vasi sanguigni e ritengono di dover eseguire trapianti di fegato completamente funzionanti nei ratti entro due anni. Speriamo che sarà in clinica tra 5-10 anni, dice. Supponendo che nulla vada storto.
È una prospettiva allettante. Questa rappresenta una potenziale terapia per quei pazienti che non sono abbastanza fortunati da ottenere un trapianto o non ne hanno diritto, dice Badylak. È un fantastico passo avanti.