Gli organoidi per la Medicina del futuro

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, e sono concepiti per riprodurre fedelmente la complessa struttura e funzionalità di organi umani come i polmoni, il fegato o il cervello.  

Questi modelli stanno trovando sempre più largo impiego nella ricerca biomedica poiché consentono una migliore modellazione dei tessuti umani. Al contrario dei metodi classici di coltura in 2D, un organoide riproduce l’esatta struttura tridimensionale (3D) dell’organo originale. Numerose le possibili applicazioni:

• per condurre molti tipi di esperimenti che non sono possibili con gli esseri umani o addirittura con gli animali; ad esempio, possono aiutare a ridurre le preoccupazioni etiche e pratiche legate agli studi sullo sviluppo infantile e agli esperimenti di modifica dei geni umani;
• per sostituire la ricerca sugli animali, replicando i processi biologici in modo più accurato rispetto agli animali da laboratorio e con costi generali inferiori;
• per studiare i processi dell’organogenesi o della cancerogenesi;
• per studiare la biologia e le malattie umane;
• per testare nuovi farmaci; più organoidi derivati ​​dallo stesso paziente possono essere utilizzati nel tempo per valutare il potenziale terapeutico, la risposta ai farmaci, la resistenza ai farmaci e la previsione della prognosi di malattia;
• per costituire una possibile soluzione di medicina rigenerativa, come fonte alternativa di organi o loro parti (ad esempio, le cellule sane di un paziente potrebbero essere trasformate in organoidi che aiutano il suo corpo a riparare i tessuti danneggiati dopo il trapianto)

Soprattutto gli organoidi sono indispensabili per rendere operativa la medicina di precisione, ovvero la personalizzazione della prevenzione e del trattamento delle malattie in base ai geni, all’ambiente e allo stile di vita del paziente.

Applicati per la prima volta nel trattamento personalizzato dei singoli pazienti affetti da fibrosi cistica nel 2016, gli organoidi vengono ora presi in considerazione per il cancro e per le malattie neurodegenerative.

Per definizione, un organoide è costituito da cellule primarie, ossia derivate direttamente dalla dissociazione di un tessuto, sano o malato; non sarebbero quindi classificabili come organoidi i sistemi cellulari a tre dimensioni derivati da linee cellulari, ossia da cellule che sono state isolate da un tessuto ma che hanno subito moltissimi passaggi in vitro fino ad acquisire caratteristiche omologhe e standardizzate, anche tra laboratori diversi. Le linee cellulari sono più facili da coltivare in laboratorio rispetto alle cellule primarie, ma non rappresentano le differenze naturali che esistono tra gli individui; non consentono quindi ai ricercatori di testare se determinate terapie funzionano su gruppi specifici di pazienti.

Gli organoidi vengono in genere suddivisi in tre tipi:

1. epiteliali: sono formati da cellule di un unico foglietto embrionale (uno dei tre strati di cellule che si formano precocemente nell’embrione e danno origine a diversi organi e tessuti). Una singola cellula può espandersi dando origine a molte cellule uguali (cloni)
2. multi-tessuto: sono formati da cellule di almeno due foglietti embrionali che si espandono in maniera coordinata, con un tipo di organizzazione che replica quella interna dell’organo originale, formato da tessuti diversi
3. multi-organo: sono i più complessi e anche i meno descritti nella letteratura scientifica. Sono formati da cellule derivate da organi diversi, organizzate in modo da riprodurre sulle tre dimensioni dello spazio la posizione e l’interazione reciproca tra due o più organi del corpo umano.

Science,  Volume 384, Issue 6691, April 2024:
Organoids: Today’s research tool, tomorrow’s organ transplant solution. www.science.org/content/article/organoids-todays-research-tool-tomorrows-organ-transplant-solution
Kleger A, Lebbaken C, Oberst J: It's personal: Organoids leading the charge in precision medicine https://www.science.org/content/webinar/it-s-personal-organoids-leading-charge-precision-medicine