Ecco i primi reni umani creati in laboratorio

I ricercatori del Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health (in Cina) hanno creato i primi reni con cellule umane coltivati in embrioni di maiali geneticamente modificati. Si tratta di un nuovo approccio di ingegneria biomedica che prevede l’utilizzo i maiali come incubatrici per la crescita e la coltivazione di organi umani. Gli scienziati si sono concentrati sui reni perché sono uno dei primi organi a svilupparsi e quello più comunemente trapiantato nella medicina umana. "Organi di ratto sono stati prodotti nei topi, e organi di topo sono stati prodotti nei ratti, ma i precedenti tentativi di far crescere organi umani nei maiali non hanno avuto successo. Questa è la prima volta che riusciamo a far crescere un organo umanizzato solido all’interno di un’altra specie", ha detto in una nota l'autore senior, Liangxue Lai. 

Questo nuovo approccio prevede la creazione di embrioni chimera di maiale umano (embrioni ottenuti da un ovulo di bovino privato del suo Dna (0,1%) e innestato con materiale genetico umano (99,9%) per produrre cellule staminali pluripotenti (che hanno il potenziale per svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula)): in questo modo gli animali possono fungere da incubatrici per ipotetici organi personalizzati creati dalle cellule del paziente, evitando così il rischio di rigetto. "Il nostro approccio - ha detto Liangxue Lai - migliora l'integrazione delle cellule umane nei tessuti riceventi e ci permette di coltivare organi umani nei maiali". Si tratta di una tecnologia diversa rispetto alle recenti scoperte negli Stati Uniti, dove reni di maiale geneticamente modificati e persino un cuore sono stati trapiantati negli esseri umani. Prima di poter ottenere organi pronti per la pratica clinica dovrà essere percorsa ancora molta strada, ma in futuro questo approccio potrebbe aiutare a far fronte alla carenza di donazioni di organi. Lo studio rivoluzionario è stato pubblicato su Cell Stem Cell.

I maiali come incubatori per la crescita di organi umani

I ricercatori hanno prima ingegnerizzato cellule staminali umane pluripotenti (con il potenziale per svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula) rendendole più predisposte all’integrazione e meno inclini all’autodistruzione. Successivamente, hanno convertito queste cellule in cellule "naive" simili alle prime cellule embrionali umane, coltivandole in un apposito terreno di coltura. Dopodichè hanno impiantato 1820 embrioni chimere in 13 scrofe surrogate, e fatti crescere in condizioni ottimizzate per fornire nutrienti e segnali unici sia alle cellule umane che a quelle di maiale. Dopo 25/28 giorni le gravidanze sono state interrotte per valutare come stava progredendo l'esperimento. Si è scoperto che 5 embrioni selezionati per l'analisi avevano reni che funzionavano normalmente per il loro stadio di sviluppo (stavano iniziando a crescere gli ureteri che collegano i reni alla vescica).

"Per fare questo - ha spiegato il coautore Zhen Dai -, abbiamo creato una 'nicchia' nell'embrione di maiale mediante una manipolazione genetica (detta CRISPR) per eliminare due geni necessari per formazione del rene all’interno dell’embrione di maiale". In pratica, i ricercatori hanno creato un ambiente all’interno dell’embrione di maiale in modo che le cellule umane non dovevano competere con le cellule di maiale.

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Limiti e questioni etiche

Sebbene questo approccio rappresenti il primo tentativo riuscito di far crescere interi organi contenenti cellule umane nei maiali, la percentuale di cellule umane nei reni generati non è ancora sufficientemente elevata (50-60% di cellule umane). Inoltre, gli autori hanno trovato pochissime cellule neurali umane nel cervello e nel midollo spinale dei maiali e nessuna cellula umana nella cresta genita, sollevando importanti questioni etiche. Prevenire l'invasione delle cellule umane nel tessuto riproduttivo è considerato cruciale, perché altrimenti esiste il rischio di creazione incontrollata di ibridi uomo-maiale.

"Abbiamo visto - ha affermato l’autore Zhen Dai - solo poche cellule neurali umane nel cervello e nel midollo spinale e nessuna cellula umana nella cresta genitale, il che indica che le cellule staminali pluripotenti umane non si sono differenziate in cellule germinali. Questo potrebbe essere ulteriormente impedito eliminando ulteriori geni nelle cellule staminali pluripotenti umane, il che potrebbe essere testato in studi futuri". 

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Prospettive future di ricerca

Ora che i ricercatori hanno trovato le condizioni ideali per far crescere reni umanizzati nei maiali ingegnerizzati, vorrebbero consentire a questi organi di svilupparsi per un periodo più lungo. Inoltre, sono già a lavoro per creare altri organi umani nei maiali, tra cui il cuore e il pancreas. L’obiettivo a lungo termine è ottimizzare questa tecnologia per il trapianto di organi umani, anche se i ricercatori stessi hanno riconosciuto che il lavoro sarà complesso e potrebbe richiedere molti anni. Il limite più grande da superare è creare reni con il 100% di cellule umane, per evitare il rigetto una volta trapiantato in un essere umano.

"Poiché gli organi non sono composti da una sola linea di cellule, per avere un organo in cui tutto proviene dall’essere umano, probabilmente dovremmo ingegnerizzare i maiali in modo molto più complesso, il che comporta alcune sfide aggiuntive", ha affermato l’autore senior Miguel A. Esteban degli Istituti di Biomedicina e Salute di Guangzhou. Nel frattempo, questo nuovo approccio potrebbe essere utilizzata per studiare lo sviluppo degli organi umani e le malattie dello sviluppo.

Cellule renali umanizzate (fluorescenza rossa) all'interno dell'embrione rispetto a un embrione di maiale "selvatico". (Credit: Wang, Xie, Li, Li e Zhang et al., Cell Stem Cell, 2023)