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Organoidi e test in vitro, il caso clorpirifos.

BLOG: LA CHIMICA E LA SOCIETA' - 9 September, 2021 - 12:08

Luigi Campanella, già Presidente SCI

Quando nel 2008 si cominciò a parlare in termini concreti di regolamento REACH, uno dei punti caldi fu di certo la sperimentazione animale: confermarla o no fra i metodi per pervenire alla certificazione Reach di un materiale che ne sanciva l’accesso al mercato garantito da regolarità in termini di stabilità, tossicità, bioaccumulabilità?

La soluzione adottata fu di confermarne l’adozione (anche perché molti dei dati disponibili facevano riferimento ad essa come metodo di acquisizione) stemperata da una direttiva, quella delle 3 R (replacement,reduction,refinement).

Proprio a seguito  di tale Direttiva in moltissime sedi di ricerca, anche in Italia ( si veda il testo della Società Chimica Italiana del 2010: Innovative methods alternative to animal experiments) equipe di ricerca si dedicarono allo studio e messa a punto di metodi innovativi ed alternativi agli esperimenti con animali. Successivamente la spinta a metodi alternativi si è indebolita soltanto affidata a gruppi scientifici dichiaratamente contrari ad essa e quindi spinti da motivazioni in primis etiche. Oggi possiamo registrare un significativo passo in avanti con la tecnologia degli organoidi.

Gli organoidi sono repliche in miniatura di organi e tessuti umani: derivano da cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) o da cellule e tessuti adulti, anche di tipo tumorale. Al contrario dei metodi classici di coltura in 2D, un organoide riproduce l’esatta struttura tridimensionale dell’organo originale. Questi modelli hanno trovato largo impiego nella ricerca biomedica, per testare nuovi farmaci o per studiare i processi dell’organogenesi o della cancerogenesi. Nonostante la loro rapida espansione, però, gli organoidi hanno attraversato negli anni più di una crisi di identità. Non è ancora chiaro, neanche tra gli scienziati, cosa può essere definito “organoide” e cosa sicuramente non lo è. 

Senza regole precise, fino ad ora chiunque era libero di chiamare organoide qualsiasi modello cellulare a tre dimensioni. Secondo la nuova definizione, invece, molti di quelli che in passato venivano classificati come organoidi, oggi non lo sarebbero più. Gli organoidi cerebrali, che riproducono cioè il cervello umano, sono stati applicati allo studio del potenziale ruolo della interazione fra genetica ed ambiente nelle situazioni di disordine autistico.

La ricerca svolta presso la Johns Hopkins  School  di Salute Pubblica ha evidenziato che la suddetta interazione può portare a disturbi nello sviluppo del sistema nervoso. L’impiego degli organoidi cerebrali apre anche la strada verso sperimentazioni meno costose, più rapide e più rilevanti per il genere umano rispetto ai tradizionali studi su animali. Il modello di organoide cerebrale sviluppato dalla Johns Hopkins  School  consiste di gruppi di cellule che si differenziano dalle culture di cellule staminali umane e mimano lo sviluppo del cervello umano. I ricercatori in particolare nella loro ricerca hanno trovato che il clorpirifos, un comune pesticida,contribuisce allo sviluppo di condizioni di neurotossicità e di rischio di autismo, in quanto in grado di diminuire drammaticamente negli organoidi i livelli di proteina CHD8, un regolatore dell’attività genica durante il processo di sviluppo del cervello.

Le mutazioni nel gene che riducono l’attività della proteina sono tra i più forti fattori di rischio per l’autismo mai identificati. La ricerca è stata pubblicata sul fascicolo del 14 luglio di Environmental Health Perspectives ed è la prima a mostrare in un modello umano che i fattori di rischio ambientale possono amplificare gli effetti di quelli di rischio genetico rispetto all’insorgere dell’autismo, un disordine nervoso che, molto raro fino a 40 anni fa , è purtroppo oggi presente nel 2% dei soggetti nati vivi.

Questo aumento nelle diagnosi di autismo e difficile da spiegare poiché  non può esserci stata in così breve tempo una modificazione genetica della popolazione né -affermano i ricercatori- è stato possibile rilevare un’esposizione ambientale che lo possa giustificare. Come fattori ambientali e suscettibilità genetica interagiscono per aumentare il rischio per i disordini mentali dell’autismo rimane ancora non definito, in parte perché queste interazioni sono difficili da studiare in parte perché la tradizionale sperimentazione animale è costosa e di limitato rilievo per il genere umano nel caso di patologie del disordine mentale. I progressi nei metodi con cellule staminali hanno permesso ai ricercatori nella passata decade di utilizzare cellule di pelle umana che possono essere trasformate prima in cellule staminali e poi in qualsiasi altro tipo di cellula e studiate in laboratorio. In anni recenti gli scienziati hanno allargato la ricerca oltre le culture in laboratorio per arrivare, come si diceva più sopra, ad organoidi a 3 dimensioni che meglio rappresentano la complessità degli organi umani.

CHD8, una Chromodomain-helicase-DNA-binding protein 8 codificata dal gene CHD8.

Per la loro ricerca il team, attraverso un intervento di modificazione genetica, ha combinato gli effetti di un interferente del gene che codifica per la proteina CHD8 con quelli dell’esposizione al pesticida clorpirifos, sia pure a concentrazioni e condizioni più aggressive di quelle che si possono avere nella vita di tutti i giorni. Il livello della presenza del gene a seguito della presenza dell’interferente risultava diminuito di un terzo, valore che con il trattamento con  clorpirifos si abbassava drasticamente. A complemento del loro studio i ricercatori hanno compilato una lista di sostanze  presenti nel sangue o nel tessuto cerebrale delle persone autistiche verificando se fossero capaci di abbattere il livello della proteina in organoidi già geneticamente modificati con una riduzione del contenuto di questa ed hanno così confermato il risultato circa la interazione sinergica fra ambiente e genetica nei casi di disordine autistico. Le  prospettive diagnostiche operando con organoidi possono trovare applicazioni nello studio dell’lnterazione fra organismo umano e sostanze che siano in attesa di ricevere la certificazione REACH di compatibilità con un’immissione nel mercato che sia  sicura per l’utenza, quindi con un contributo sostanziale alla riduzione della sperimentazione animale nel rispetto della Direttiva 3R

Another HIV vaccine fails, highlighting longstanding challenges in the field

Chemical News - 8 September, 2021 - 22:30
Johnson & Johnson's vaccine was only 25% effective at preventing disease, a level too low for trial to continue

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