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Organoidi: creato in laboratorio il primo mini-fegato di tartaruga

Se esistesse un premio per le strategie di sopravvivenza all’inverno più creative, la tartaruga palustre dipinta scalerebbe probabilmente le vette della classifica. Gli animali di questa specie, per superare il gelo invernale, si congelano. Così riescono a sopravvivere alle temperature rigide e a periodi prolungati senza ossigeno: quando le temperature aumentano di nuovo, si scongelano e riprendono a vivere.

I ricercatori della Iowa State University hanno realizzato il primo organoide di tartaruga, un modello cellulare tridimensionale di fegato che servirà a capire come riescono questi rettili a compiere la straordinaria impresa di “morire” e rinascere ogni anno. 

Il mini fegato permetterà di studiare in vitro le strategie di adattamento di questi artisti della sopravvivenza e migliorare il trattamento delle patologie umane che causano ipossia o la crioconservazione degli organi per i trapianti. L’articolo è pubblicato su Communications Biology.

Tartarughe campionesse di adattamento

L’inverno è ormai alle nostre spalle. Giornate corte, cieli grigi, pioggia e freddo sono un lontano ricordo – ma solo fino al prossimo anno, quando la “brutta stagione” busserà di nuovo alla porta.

Al contrario degli esseri umani, che riparano se stessi e i loro “cuccioli” dal clima rigido e dalle intemperie, i piccoli della tartaruga dipinta non sono in grado di regolare la loro temperatura corporea né di indossare un cappotto quando le temperature iniziano a scendere. Quello che invece possono fare, è schiacciare il tasto “pausa”: all’interno di nidi ghiacciati e poco profondi, entrano in uno stato di “animazione sospesa”, da cui riemergeranno solo all’inizio della primavera – il sogno dei più freddolosi!

Le funzioni vitali, come respirazione e pulsazioni sanguigne, rallentano, il cuore smette di battere, la temperatura corporea cala anche fino a 0 gradi (metà dell’acqua contenuta nei loro corpi si trasforma in ghiaccio). Con l’inizio della primavera, le temperature aumentano ed ecco il miracolo: i piccoli di tartaruga si scongelano e ritornano piano piano alla vita.

Come sopravvivono le baby tartarughe a temperature gelide e periodi prolungati senza ossigeno?

Non è solo semplice curiosità: la comprensione di questi meccanismi potrebbe migliorare il trattamento delle lesioni ipossiche causate da un ictus o da un infarto e affinare le tecniche di crioconservazione per il trapianto degli organi.

Il miracolo del letargo animale

Il letargo è un piccolo miracolo della natura. Durante la fase di dormienza, l’animale manifesta “sintomi” sorprendentemente simili a quelli causati da varie patologie che colpiscono l’uomo, come Alzheimer (perdita di connessioni neurali), blocco cardiaco (riduzione della frequenza cardiaca), asma (rigonfiamento dei polmoni a seguito del diminuito tasso di respirazione), diabete (resistenza all’insulina). Ma quando l’animale esce dal letargo, questi sintomi regrediscono fino a scomparire!

Le ricercatrici e i ricercatori studiano il letargo perché i meccanismi con cui gli animali invertono il processo e ritornano alla normalità un giorno potrebbero rivoluzionare anche la medicina umana.

L’inverno ghiacciato della tartaruga dipinta

Le tartarughe sono animali a sangue freddo, e quando la loro temperatura corporea scende al di sotto di un certo valore cadono in letargo.

Tra tutte le tartarughe, quella palustre dipinta (Chrysemys picta) è una vera campionessa di sopravvivenza. La sua strategia per superare l’inverno è congelarsi: quando la temperatura diminuisce, i piccoli di questa specie si rifugiano in nidi ghiacciati e poco profondi e lasciano che il freddo si insinui nel loro corpo, fino a che metà dei loro fluidi corporei si trasforma in ghiaccio.

Chrysemys picta non è l’unica specie a mettere in atto questa curiosa strategia adattativa: nella lista compaiono anche la Rana sylvatica, la più studiata, i tardigradi e migliaia di larve di insetti che vanno incontro a cicli di congelamento e scongelamento anche su base quotidiana.

Il primo organoide di tartaruga

Il problema con le tartarughe è che non sono facili da studiare. Al contrario degli organismi comunemente usati nei laboratori – moscerini della frutta, alcuni pesci, i topi e altri piccoli mammiferi – le tartarughe vivono a lungo, in media anche 20-60 anni, quindi non possiamo sperimentare direttamente su di loro. Non esistono neanche le linee cellulari e gli strumenti molecolari e genomici necessari per eseguire gli esperimenti in vitro, con procedure standardizzate e riproducibili tra i vari laboratori. 

Ma ora i ricercatori della Iowa State University guidati dalla biologa evoluzionista Nicole Valenzuela hanno generato un nuovo strumento che potrebbe aiutare i ricercatori a rispondere alle domande che “hanno sempre voluto fare, ma non hanno mai potuto”.

Così è nato il primo organoide di tartaruga, realizzato a partire da cellule staminali, ovvero cellule in grado di dare origine a quasi ogni altro tipo cellulare. Gli organoidi sono modelli cellulari più affidabili delle tradizionali colture cellulari, perché riproducono anche la struttura tridimensionale del tessuto o dell’organo originale.

Valenzuela e il suo team si sono concentrati sul fegato, poiché questo organo è essenziale per la strategia adattativa che permette loro di resistere al superraffreddamento e alla mancanza di ossigeno.

La caratterizzazione dell’organoide

Dopo aver prelevato campioni di tessuto epatico da tartarughe adulte, i ricercatori hanno estratto le cellule staminali, fornendo loro una combinazione di fattori per stimolare la crescita e differenziazione in epatociti maturi. Con lo stesso procedimento, hanno creato organoidi anche da embrioni o esemplari appena nati, oltre che da altre due specie di tartarughe.

I ricercatori hanno quindi caratterizzato i mini fegati con tecniche di istologia e microscopia elettronica, confrontandoli con il tessuto di origine, confermando che alcuni tipi cellulari presenti nel fegato erano presenti anche negli organoidi. L’analisi della composizione molecolare di queste cellule attraverso il sequenziamento dell’RNA ha rivelato, inoltre, che la maggior parte dei geni presenti negli organoidi era espressa anche nel tessuto originale.

I prossimi esperimenti saranno orientati a capire quali sono e come agiscono i geni coinvolti nella resistenza al freddo e alla mancanza di ossigeno. Gli stessi geni sono presenti anche negli esseri umani, che condividono con le tartarughe circa il 60% del loro DNA, ma hanno meccanismi di regolazione diversi.

Ora che esiste uno strumento a disposizione dei ricercatori per studiare da vicino la strategia adattativa della tartaruga dipinta, sarà più facile identificare geni e proteine chiavi per sviluppare trattamenti innovativi negli esseri umani.

Cover Photo: Greg Schechter – Eastern Painted Turtle (Chrysemys picta picta), CC BY 2.0, Wikipedia.

Erika Salvatori
Erika Salvatori è una ricercatrice in immunoncologia e una science writer freelance. Con una laurea in Biotecnologie e un Master in Giornalismo Scientifico, è riuscita a coniugare le sue due più grandi passioni: la scienza e la scrittura. La sua attività di ricercatrice la porta a toccare con mano lo sconfinato mondo delle terapie biotecnologiche avanzate e della medicina personalizzata. La giornalista che è in lei non vede l'ora di raccontare quello che impara ogni giorno sul futuro della scienza e della medicina.

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