Organoidi umani: l'anello mancante ai sistemi modello. Focus sugli organoidi intestinali come esempi di applicazioni biomediche

3 1. Introduzione Gli animali modello e le colture cellulari sono da sempre la base della ricerca biomedica, senza i quali non si sarebbe potuti arrivare alle conoscenze attuali, a partire dai meccanismi molecolari degli organismi più semplici fino ai grandiosi avanzamenti nella cura di malattie umane. Nonostante la fondamentale importanza di questi modelli, riconosciuta anche dall’universalità del loro utilizzo, è impossibile però non tenere conto delle loro limitazioni. Per quanto riguarda le linee cellulari umane, la loro semplicità e scalabilità le rende adatte, ad esempio, a saggi high-throughput di perturbazione genetica, ma non allo studio della fisiologia o patologia umana. Questo perché sono colture bidimensionali, che non riescono a riprodurre le interazioni tra le cellule stesse o l’architettura tissutale, oltre al fatto che divergono dalle caratteristiche genetiche e morfologiche del tessuto d’origine. Infatti, per poter essere coltivate indefinitamente nel tempo devono essere linee cellulari tumorali, oppure, se sono cellule sane, devono essere immortalizzate mediante trasformazione virale, e in ogni caso le cellule che sopravvivono sono quelle adattatesi a vivere in coltura (Fujii e Sato, 2021). Gli animali modello, rispetto alle colture cellulari, hanno il vantaggio di riprodurre meglio le funzioni fisiologiche presenti in vivo, ma richiedono molto più tempo e risorse per essere utilizzati nella sperimentazione. In questo caso, le problematiche più evidenti sono dovute alla diversità o addirittura assenza di pathway metabolici presenti nell’uomo, anche nelle specie più evolutivamente vicine come il topo, portando così all’inefficacia della maggior parte dei farmaci quando traslati ai trials clinici. L’utilizzo di animali inbred, ovvero geneticamente identici, non consente di rappresentare l’estrema variabilità genetica presente nell’uomo, caratteristica basilare per gli studi di medicina personalizzata. Un’ulteriore limitazione è l’impossibilità di descrivere il processo di sviluppo umano, a causa delle difficoltà fisiche di accesso all’embrione nel topo, o della bassa similarità biologica con altri modelli più accessibili come lo zebrafish (Kim et al., 2020). La strada alla risoluzione di queste problematiche si è aperta da poco più di dieci anni, con la costituzione di un nuovo sistema di coltivazione cellulare, l’organoide, che si è individuato grazie ai progressi nella comprensione dei pathway di differenziamento delle cellule staminali e del microambiente nel quale si trovano. È un sistema in cui cellule staminali adulte o pluripotenti (embrionali o indotte) crescono in una coltura