Dalle staminali un cuore nuovo in 4 settimane

Un altro incredibile traguardo è stato raggiunto dagli scienziati che ormai sembrano aver preso piena dimestichezza delle staminali. E proprio grazie a questo genere di cellule che sono riusciti a dar vita a un cuore completamente nuovo. Ci sono volute solo quattro settimane, quindi circa un mese, per ottenere un muscolo cardiaco grazie a una semplice riprogrammazione cellulare. Ecco di cosa si tratta.

Il cuore di staminali
Il futuro, probabilmente, sarà nelle mani delle staminali anche per quanto riguarda l’apparato cardiovascolare. Una nuova metodica, messa a punto dagli esperti del Columbia Engineering, ha consentito di riprogrammare le cellule prelevate dal sangue del paziente. Nel giro di poche settimane queste sono riuscite a far crescere del tessuto cardiaco bioingegnerizzato in grado di riprodurre le stesse funzioni di un tessuto naturale.

Simili a Dio?
Di fatto, tutto ciò, ci rende simili a Dio nel senso che gli scienziati sono in grado di creare un organo e, potenzialmente un organismo vivente, dal nulla. Questo, tra le altre cose, consente di studiare al meglio la fisio-patologia del muscolo cardiaco e realizzare, eventualmente, anche nuove terapie.

La potenzialità delle staminali
Le cellule staminali hanno una peculiarità incredibile: possono trasformarsi praticamente in ogni tipo di cellula si desideri. Questo, ovviamente, non accade quando si tratta di cellule mature. Quindi se una cellula è stata già differenziata – per esempio fa parte dei polmoni – non può diventare una cellula cardiaca. Tuttavia, gli studiosi hanno scelto di adoperare dei cardiomiciti (cellule del muscolo cardiaco responsabili della contrazione) derivati da Ipsc, ovvero delle cellule staminali pluripotenti indotte. Grazie a queste, una volta sottoposte a stimoli fisici e chimici si possono ottenere delle cellule differenziate, nel caso specifico, cardiache.

Staminali pluripotenti
Per arrivare a simili obiettivi, gli scienziati hanno prelevato dal sangue del paziente delle cellule inducendole e diventare staminali pluripotenti (iPSC). In questo modo le cellule sono state obbligate a differenziarsi in cellule cardiache mature in maniera del tutto simile ai tessuti naturali. «Molti degli attuali sforzi, inclusi quelli del nostro laboratorio, cercando di riprodurre gli eventi durante lo sviluppo delle cellule naturali. Poiché questi sforzi sono stati limitati dal grado di maturazione raggiunto, abbiamo deciso di cercare di fare qualcosa di completamente nuovo: verificare le potenzialità dello sviluppo accelerato. C’è voluta una combinazione di pensiero creativo e di ingegnerizzazione intelligente per sviluppare il modello che ora abbiamo a disposizione: un muscolo cardiaco a un elevato grado di maturazione e specifiche per il paziente che può essere utilizzato per studi sullo sviluppo, la fisiologia e la patologia e di risposta ai farmaci del cuore», ha raccontato la coordinatrice dello studio Gordana Vunjak-Novakovic.

Comportamenti simili a un cuore vero
«I tessuti cardiaci umani coltivati ​​in laboratorio che mostrano il comportamento del muscolo cardiaco nativo sarebbero trasformativi per la ricerca biomedica. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo costretto il muscolo cardiaco colto a passare attraverso la transizione fetale-post-natale con uno sviluppo accelerato, utilizzando iPS-CM in fase iniziale e aumentando la frequenza delle contrazioni indotte elettricamente. Ogni giorno i tessuti rispondevano e mostravano un'espressione genica simile ad un adulto, un'ultrastruttura straordinariamente organizzata e una serie di caratteristiche funzionali osservate nel muscolo cardiaco maturo, dopo solo quattro settimane di coltura».

Un risultato senza precedenti
«Il tessuto ingegnerizzato risultante è davvero senza precedenti nella sua somiglianza con il tessuto umano funzionante», ha dichiarato Seila Selimovic, direttore del programma National Patisserie Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB). «La capacità di sviluppare tessuto cardiaco maturo in così poco tempo è un passo importante per avvicinarci ad avere modelli affidabili di tessuti umani per test antidroga». Infatti solo i tessuti ingegnerizzati che emulano il cuore umano in maniera pressoché perfetta, possono essere in grado di prevedere gli effetti che i farmaci o i fattori ambientali hanno sul cuore reale di un paziente.

Come hanno fatto
Gli scienziati hanno sfruttato i cardiomiciti e li hanno incapsulati insieme ad altre cellule di supporto in una soluzione gelificata contenente fibrina. Si tratta di una proteina elastica che svolge una funzione di supporto meccanico nei tessuti umani. Una volta messo tutto in coltura il preparato ha dato vita a un piccolo campione di muscolo cardiaco lungo sei millimetri. Dopodiché è stato sottoposto a una leggera tensione elettrica ma costante ed è stata indotta la contrazione, esattamente come avviene in un cuore vero. Lo studio è stato finanziato dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, dal National Center for Advancing Translational Sciences, il National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases, il National Institute of Dental and Craniofacial Research, il National Institute of Environmental Health Sciences, e il National Heart, Lung, and Blood Institute. I risultati sono stati pubblicati su Nature.

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Fonti scientifiche

[1] Kacey Ronaldson-Bouchard, Stephen P. Ma, Keith Yeager, Timothy Chen, LouJin Song, Dario Sirabella, Kumi Morikawa, Diogo Teles, Masayuki Yazawa, Gordana Vunjak-Novakovic. Advanced maturation of human cardiac tissue grown from pluripotent stem cells. Nature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0016-3

[2] Early stimulation improves performance of bioengineered human heart cells. NIH-funded scientists create adult-like cardiac model for drug testing – National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering