Un team dell’Università Tecnica di Monaco (TUM) ha indotto le cellule staminali a emulare lo sviluppo del cuore umano. Il risultato è una sorta di “mini-cuore” noto come organoide. Il cuore umano inizia a formarsi circa tre settimane dopo il concepimento, il che colloca la fase iniziale dello sviluppo del cuore in un periodo in cui le donne spesso non sono ancora consapevoli della loro gravidanza. Questo è uno dei motivi per cui si hanno ancora poche conoscenze su molti dettagli della formazione del cuore. I risultati degli studi sugli animali non sono completamente trasferibili all’uomo. L’organoide sviluppato al TUM potrebbe essere utile ai ricercatori.
Una palla di 35.000 cellule
Il team che lavora con Alessandra Moretti, docente di medicina rigenerativa in malattie cardiovascolari, ha sviluppato un metodo per creare una sorta di “mini-cuore” utilizzando cellule staminali pluripotenti. Circa 35.000 cellule vengono fatte girare in una sfera in una centrifuga. Per un periodo di diverse settimane, alla coltura cellulare vengono aggiunte diverse molecole di segnalazione secondo un protocollo fisso. “In questo modo, imitiamo le vie di segnalazione dell’organismo che controllano il programma di sviluppo del cuore”, spiega Alessandra Moretti. Il gruppo ha pubblicato il suo lavoro sulla rivista Nature Biotechnology. Gli organoidi ottenuti hanno un diametro di circa mezzo millimetro. Sebbene non pompino sangue, possono essere stimolati elettricamente e sono in grado di contrarsi come le camere cardiache umane. La professoressa Moretti e il suo team sono i primi ricercatori al mondo a creare con successo un organoide contenente sia cellule del muscolo cardiaco (cardiomiociti) sia cellule dello strato esterno della parete del cuore (epicardio). Nella giovane storia degli organoidi cardiaci – i primi sono stati descritti nel 2021 – i ricercatori avevano precedentemente creato solo organoidi con cardiomiociti e cellule dello strato interno della parete cardiaca (endocardio). “Per capire come si forma il cuore, le cellule dell’epicardio sono decisive”, afferma la dott.ssa Anna Meier, prima autrice dello studio. “Altri tipi di cellule del cuore, ad esempio i tessuti di collegamento e i vasi sanguigni, si formano da queste cellule. L’epicardio svolge inoltre un ruolo molto importante nella formazione delle camere cardiache”. Il team ha chiamato i nuovi organoidi “epicardioidi”.
Scoperto un nuovo tipo di cellula
Oltre al metodo di produzione degli organoidi, il team ha fatto le prime nuove scoperte. Attraverso l’analisi di singole cellule, hanno determinato che le cellule precursori di un tipo scoperto solo di recente nei topi si formano intorno al settimo giorno di sviluppo dell’organoide. Da queste cellule si forma l’epicardio. “Presumiamo che queste cellule esistano anche nel corpo umano, anche se solo per pochi giorni”, afferma Moretti. Queste conoscenze possono anche offrire indizi sul perché il cuore fetale può ripararsi da solo, una capacità quasi del tutto assente nel cuore di un uomo adulto. Queste conoscenze potrebbero aiutare a trovare nuovi metodi di trattamento per gli attacchi cardiaci e altre patologie. Il team ha anche dimostrato che gli organoidi possono essere utilizzati per studiare le malattie dei singoli pazienti. Utilizzando cellule staminali pluripotenti di un paziente affetto dalla sindrome di Noonan, i ricercatori hanno prodotto organoidi che emulavano le caratteristiche della patologia in una piastra di Petri. Nei prossimi mesi il team prevede di utilizzare organoidi personalizzati analoghi per studiare altri difetti cardiaci congeniti. Grazie alla possibilità di emulare le condizioni cardiache negli organoidi, in futuro i farmaci potrebbero essere testati direttamente su di essi. “È ipotizzabile che tali test possano ridurre la necessità di esperimenti sugli animali per lo sviluppo di farmaci”, afferma Alessandra Moretti. I ricercatori hanno registrato un brevetto internazionale per il processo di creazione di organoidi cardiaci. Il modello Epicardioid è uno dei numerosi progetti di organoidi del TUM. Al Centro per i sistemi organoidi collaboreranno gruppi di lavoro provenienti da diversi dipartimenti e cattedre. Condurranno ricerche interdisciplinari sugli organoidi del pancreas, del cervello e del cuore con analisi cellulari e di imaging all’avanguardia per studiare la formazione degli organi, il cancro e le malattie neurodegenerative e ottenere progressi per la medicina con sistemi 3D umani.
