Il cuore si inizia a formare appena 3 settimane dopo il concepimento e intorno alla sesta settimana (o anche prima) comincia a battere: continuerà per tutta la vita, circa 70 volte al minuto, per portare il sangue ricco di ossigeno al resto del corpo.
I ricercatori della Technical University of Munich (TUM) sono tornati indietro proprio a quei primi battiti, trasformando una manciata di cellule staminali in un mini-cuore dal diametro di appena mezzo millimetro, in grado di battere da solo e di mantenere la sua forma tridimensionale senza sostegni artificiali.
È il primo, nella breve storia dei cuori in miniatura o cardioidi, a contenere anche le cellule dell’epicardio, lo strato più esterno del muscolo cardiaco. A darne l’annuncio è stata l’università in un comunicato stampa.
La rivoluzione degli organoidi
Sono trascorsi più di 10 anni da quando lo scienziato Hans Clevers ha coltivato in laboratorio il primo organo in miniatura a partire da cellule staminali. Da allora, la tecnica per creare i cosiddetti organoidi ha continuato a fare progressi: i ricercatori sono riusciti a far crescere fuori dal corpo umano una varietà di mini-organi, come polmoni, fegati, cervelli e intestini. Queste repliche in miniatura permettono di testare nuovi farmaci e di studiare i processi fisiologici e patologici degli organi umani in una piastra da laboratorio.
Dal 2009 ad oggi, però, la ricerca sugli organoidi ha viaggiato a velocità diverse: alcuni come i polmoni o l’intestino sono già in una fase di sviluppo avanzata, altri più complessi come l’ovaio o il cuore hanno una storia più recente.
I cardioidi per le malattie cardiovascolari
Quella degli organoidi di cuore, ad esempio, è iniziata solo qualche anno fa. Nel 2021 i ricercatori dell’Accademia delle scienze austriaca hanno realizzato il primo “cardioide”, un piccolo modello tridimensionale di cuore a partire da cellule staminali. A onor del vero, le primissime versioni risalgono a qualche anno prima, ma necessitavano ancora di una impalcatura artificiale per sorreggere le cellule cardiache e perciò non riproducevano esattamente la fisiologia di un cuore umano.
Il cardioide austriaco, invece, è stato il primo formato da sole cellule in grado di “auto-organizzarsi” in una struttura tridimensionale dalle dimensioni di un chicco di sesamo, eppure capace di battere autonomamente.
L’interesse per gli organoidi di cuore oggi è più vivo che mai. Le malattie cardiovascolari rappresentano ancora la prima causa di morte nel nostro paese, responsabili del 34,8% di tutti i decessi: tra ischemie, infarti e malattie del cuore, le vittime in Italia sono circa 230.000 ogni anno. I cardioidi potrebbero aiutare gli scienziati a studiare più da vicino le malattie del cuore, senza ricorrere ai modelli animali – che possono produrre risultati non affidabili – ma testando i farmaci direttamente su cellule umane.
Il primo “epicardioide”
I (pochi) modelli realizzati fino ad ora contengono solo le cellule del muscolo cardiaco, i cardiomiociti, e le cellule della parete interna del cuore, l’endocardio. Ma esiste anche una terza popolazione di cellule che rivestono la parete esterna del cuore, l’epicardio, con un ruolo nella formazione delle camere cardiache (gli atri e i ventricoli), del tessuto connettivo e dei vasi sanguigni.
I ricercatori della Technical University of Munich (TUM) hanno realizzato il primo organoide di cuore che contiene anche le cellule dell’epicardio, ed è stato quindi ribattezzato “epicardioide”.
Il materiale di partenza, come sempre, sono le cellule staminali pluripotenti, ancora immature e in grado di dare origine a qualunque altro tipo cellulare. I ricercatori le hanno indotte a trasformarsi in cellule cardiache aggiungendo al liquido di coltura le molecole segnale e i fattori di crescita che stimolano la formazione del cuore nel feto.
Dopo un periodo di alcune settimane, la “palla” iniziale di cellule staminali si è trasformata in un mini-cuore dal diametro di appena mezzo millimetro. Se percorse da una corrente elettrica, le sue cellule si contraggono all’unisono producendo un battito simile a quello di un cuore vero e proprio.
Lo sviluppo del cuore in diretta
I cardioidi permettono di studiare in diretta le fasi più precoci dello sviluppo del cuore, che nell’essere umano inizia a formarsi già tre settimane dopo il concepimento, spesso prima ancora che la donna scopra di essere incinta.
Questa fase così delicata è rimasta a lungo una misteriosa scatola nera, ma ora i ricercatori della TUM hanno scoperto un nuovo tipo di cellule che si formano al settimo giorno di sviluppo dell’organoide e sembrerebbero essere i precursori dell’epicardio.
Nell’uomo, queste cellule comparirebbero solo per pochi giorni, ma potrebbero avere un ruolo nell’autoriparazione del cuore fetale. La capacità di autorigenerarsi è invece assente nel cuore adulto, che dopo un infarto non è più in grado di riparare la porzione danneggiata, ma la sostituisce con un tessuto cicatriziale fibroso e poco elastico. Questa scoperta potrebbe quindi aprire nuove strade per riparare un cuore danneggiato, una delle sfide più complesse della medicina rigenerativa.
Testare nuovi farmaci personalizzati
I cardioidi non permetterebbero solo di studiare lo sviluppo del cuore, ma anche di testare nuovi farmaci direttamente su cellule umane, con risultati più affidabili dei modelli animali e soprattutto “cuciti su misura” per ogni paziente. Cardioidi personalizzati potrebbero essere coltivati in laboratorio usando le cellule staminali dei pazienti per riprodurre le caratteristiche della loro malattia e testare l’efficacia e la tossicità dei farmaci senza rischi per le persone. Non è solo teoria: i ricercatori hanno creato in laboratorio un cardioide con le cellule staminali di un paziente affetto dalla malattia di Noonan, una sindrome genetica che causa tra i suoi sintomi anche una formazione anomala delle pareti e delle valvole del cuore.
Ma un mini-cuore coltivato in laboratorio è molto diverso da un organismo intero, e per questo la ricerca biomedica non può ancora abbandonare completamente i modelli animali. Ma in futuro, i ricercatori potrebbero essere in grado di collegare più organoidi tra loro e ricreare un corpo umano in miniatura in una piastra da laboratorio o su un micro-chip: solo a quel punto, forse, non avremo più bisogno di sacrificare animali per la ricerca.
