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Parti cresciute in laboratorio

Ricostruire un arto mancante non è un grosso problema – per una stella marina o una salamandra, creature che sono ben note per usare “superpoteri” rigenerativi per sostituire braccia e code mancanti. Ma non sono gli unici animali che possono ricostruire parti del corpo distrutte o danneggiate. I cervi possono ri-germogliare fino a 66 libbre. (30 chilogrammi) di corna in soli tre mesi. Gli zebrafish possono far ricrescere il loro cuore, mentre i vermi piatti hanno dimostrato di poter rigenerare la propria testa.

Per gli umani, però, ciò che è perso è perso – o no?

Le singole cellule del tuo corpo vengono costantemente sostituite quando si consumano, un processo che rallenta con l’invecchiamento ma continua per tutta la vita umana. Puoi persino osservare questa rigenerazione frequente e visibile in uno dei tuoi organi: la tua pelle. Infatti, gli esseri umani perdono il loro intero strato esterno di pelle ogni due o quattro settimane, perdendo circa 18 once (510 grammi) di cellule della pelle all’anno, secondo l’American Chemical Society.

Tuttavia, rigenerare organi completi e parti del corpo, una pratica comune tra i Signori del Tempo di “Doctor Who”, è oltre la portata della biologia umana. Ma negli ultimi anni, gli scienziati hanno coltivato con successo una serie di strutture del corpo umano, strutture simili che sono state testate con successo negli animali, e organi umani su piccola scala noti come “organoidi”, che vengono utilizzati per studiare la funzione e la struttura degli organi umani ad un livello di dettaglio che prima era impossibile. Ecco alcuni esempi recenti:

Tubi di Falloppio

Utilizzando le cellule staminali, gli scienziati del Max Planck Institute for Infection Biology di Berlino hanno fatto crescere lo strato cellulare più interno delle tube di Falloppio umane, le strutture che collegano ovaie e utero. In una dichiarazione rilasciata l’11 gennaio, i ricercatori descrivono gli organoidi risultanti come condividendo le caratteristiche e le forme che sono particolari per le tube di Falloppio a grandezza naturale.

Minibrain

Un cervello cresciuto in laboratorio delle dimensioni di una gomma da cancellare è stato coltivato da cellule della pelle dagli scienziati della Ohio State University (OSU), ed è strutturalmente e geneticamente simile al cervello di un feto umano di 5 settimane. Descritto come “un cervello che cambia” dai rappresentanti della OSU in una dichiarazione del 18 agosto, l’organoide ha neuroni funzionanti con estensioni che trasportano segnali come assoni e dendriti. Nella foto del minicervello, le etichette identificano le strutture che si trovano tipicamente in un cervello fetale.

Mini-cuore

I ricercatori hanno indotto le cellule staminali a svilupparsi in muscolo cardiaco e tessuto connettivo, per poi organizzarsi in piccole camere e “battere”. In un video della realizzazione, le cellule del muscolo cardiaco (indicate in rosso al centro) stanno battendo mentre il tessuto connettivo (anello verde) assicura il mini-cuore al piatto dove è cresciuto. Kevin Healy, un professore di bioingegneria dell’Università della California, Berkeley, e autore co-senior dello studio, ha detto in una dichiarazione. “Questa tecnologia potrebbe aiutarci a schermare rapidamente i farmaci suscettibili di generare difetti cardiaci alla nascita, e guidare le decisioni su quali farmaci sono pericolosi durante la gravidanza”. La ricerca è stata pubblicata marzo 2015 sulla rivista Nature Communications

Minikidney

Un team di scienziati australiani ha cresciuto un minikidney, differenziando le cellule staminali per formare un organo con i tre tipi distinti di cellule renali per la prima volta. I ricercatori hanno fatto crescere l’organoide in un processo che ha seguito il normale sviluppo del rene. Nell’immagine, i tre colori rappresentano i tipi di cellule renali che formano i “nefroni”, le diverse strutture all’interno del rene.

Minilung

Ricercatori di diverse istituzioni hanno collaborato per far crescere organiidi polmonari 3D che hanno sviluppato bronchi, o strutture delle vie aeree, e sacchi polmonari. “Questi minilunghi possono imitare le risposte dei tessuti reali e sarà un buon modello per studiare come gli organi formano il cambiamento con la malattia, e come potrebbero rispondere a nuovi farmaci”, Jason R. Spence, autore senior dello studio e un assistente professore di medicina interna e biologia cellulare e dello sviluppo presso l’Università del Michigan Medical School, ha detto in una dichiarazione. I minilunghi sono sopravvissuti in laboratorio per più di 100 giorni.

Ministomaco

I ministomachi che hanno impiegato circa un mese per essere coltivati in una capsula di Petri hanno formato “strutture cave di forma ovale” che ricordano una delle due sezioni dello stomaco, ha detto Jim Wells, co-autore dello studio e professore di biologia dello sviluppo al Cincinnati Children’s Hospital Medical Center. Wells ha detto a Live Science che i piccoli stomaci, che misurano circa 0,1 pollici (3 millimetri) di diametro, sarebbero particolarmente utili agli scienziati che studiano gli effetti di un certo batterio che causa la malattia gastrica. Questo perché i batteri si comportano in modo diverso nei soggetti animali, ha detto.

Vagina

Nell’aprile 2014, uno studio pubblicato sulla rivista The Lancet ha descritto il successo dei trapianti di vagine cresciute in laboratorio, create coltivando le cellule delle pazienti su un’impalcatura a forma di vagina. I trapianti, condotti diversi anni prima in quattro ragazze e giovani donne tra i 13 e i 18 anni, hanno corretto un difetto congenito in cui la vagina e l’utero sono mancanti o sottosviluppati. Le adolescenti sono state esaminate annualmente per otto anni dopo i trapianti, durante i quali gli organi hanno funzionato normalmente, permettendo rapporti sessuali senza dolore.

Pene

Gli scienziati del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine hanno usato cellule di coniglio per far crescere il tessuto erettile del pene, trapiantando il pene cresciuto in laboratorio su conigli maschi, che poi si sono accoppiati con successo. Ma il processo è ancora in fase sperimentale, e l’approvazione della US Food and Drug Administration è necessaria per il team per estendere il suo lavoro e incorporare tessuti e soggetti umani. L’Istituto di medicina rigenerativa delle forze armate statunitensi sta fornendo fondi per lo studio, in quanto la ricerca potrebbe beneficiare i soldati che hanno subito lesioni all’inguine in combattimento.

Esofago

Alla Kuban State Medical University di Krasnodar, in Russia, un team internazionale di scienziati ha costruito un esofago funzionante facendo crescere cellule staminali su un’impalcatura per tre settimane; hanno poi impiantato con successo l’organo nei topi. Gli scienziati hanno testato la durata del nuovo esofago gonfiandolo e sgonfiandolo 10.000 volte, impiantando le strutture artificiali in 10 ratti e sostituendo fino al 20% degli organi originali degli animali.

Orecchio

Ora senti questa: Gli scienziati hanno stampato in 3D orecchie umane, coltivandole rivestendo forme di orecchie stampate con cellule viventi che sono cresciute intorno alla struttura. I ricercatori hanno creato lo stampo a forma di orecchio modellando l’orecchio di un bambino con un software 3D e poi inviando il modello a una stampante 3D. Una volta che gli scienziati avevano lo stampo in mano, lo hanno iniettato con un cocktail di cellule dell’orecchio viventi e collagene dalle mucche, e “è spuntato un orecchio”, ha riferito Live Science. Le orecchie fabbricate sono state poi impiantate sui ratti per uno o tre mesi, mentre gli scienziati hanno valutato i cambiamenti nelle dimensioni e nella forma mentre gli organi crescevano.