Ricerca

Il pancreas umano su un chip apre nuove possibilità per studiare la malattia

Questa immagine microscopica mostra il colore del tessuto pancreatico umano codificato per mostrare la presenza di insulina e il gene CFTR (regolatore di conduttanza nella transmembrana della fibrosi cistica). I ricercatori hanno riferito in Nature Communications di aver usato tessuto bioingegnerizzato del pancreas umano su un chip per determinare che oltre a causare la fibrosi cistica, la rottura dell’espressione genica CFTR può anche aiutare a guidare la pericolosa complicanza del diabete correlata alla fibrosi cistica.

Organoidi cresciuti in un dispositivo microfluidico possono aiutare i pazienti con diabete correlato a CF.

CINCINNATI , 16 luglio 2019 Gli scienziati hanno creato un pancreas umano su un chip che ha permesso loro di identificare la possibile causa di una frequente e mortale complicazione della fibrosi cistica (CF) chiamata diabete correlato a CF o CFRD.

Secondo i ricercatori del Cincinnati Children’s Hospital Medical Center , potrebbe essere possibile utilizzare anche il piccolo dispositivo bicamerale, che presenta organoidi pancreatici umani bioingegnerizzati per studiare le cause di condizioni non correlate alla CF  come il diabete di tipo 1 e 2. riportano i risultati  in Nature Communications.

In primo luogo, tuttavia, gli scienziati vogliono vedere se il loro dispositivo può aiutare le persone con CF – una malattia polmonare genetica causata da una mutazione nel gene CFTR. La mutazione porta a uno squilibrio di acqua e sale sulle superfici delle cellule che ostruisce i polmoni con muco denso.

Un ricercatore mostra un chip a doppia camera che gli scienziati hanno utilizzato per bioingegnerizzare i tessuti pancreatici umani e studiare la causa del diabete correlato alla fibrosi cistica, una complicanza frequente e mortale per le persone che combattono la fibrosi cistica. Gli scienziati riportano i dati del loro studio su Nature Communications.

Come le persone con CF invecchiano, diventano sempre più a rischio per il CFRD, secondo Anjaparavanda Naren, PhD, principale ricercatore dello studio e direttore del Centro di Ricerca sulla Fibrosi Cistica  ( Divisione di Medicina Polmonare ). A peggiorare le cose è che fino ad ora non c’era un modo efficace per studiare il CFRD in laboratorio per cercare trattamenti migliori.

“I modelli murini di CF non ricreano fedelmente il diabete correlato alla fibrosi cistica in laboratorio, e non è stato possibile studiare la malattia alla profondità che abbiamo raggiunto con questo studio”, ha detto Naren. “La nostra tecnologia ricorda da vicino il pancreas umano e potenzialmente può aiutarci a trovare misure terapeutiche per gestire lo squilibrio del glucosio nelle persone con CF, che è legata ad un aumento della malattia e della morte.”

La tecnologia dei chip in vitro può essere utilizzata per studiare il CFRD e lo squilibrio del glucosio in individui specifici con la condizione, creando il potenziale per diagnosticare diverse manifestazioni della malattia su una base altamente personalizzata. Il chip può aiutare a valutare la variabilità delle misure di glucosio di diverse persone, determinare la correlazione dei livelli glicemici con il tipo di mutazione CFTR e testare interventi su piccole molecole.

Chipping Away a CFTR Conundrum

Sebbene le mutazioni nel gene CFTR siano note per causare fibrosi cistica, il suo ruolo nel CFRD non è chiaro. Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno iniziato isolando le cellule epiteliali duttali del pancreas e le isole pancreatiche donate dai pazienti.

Gli organoidi duttali sono stati coltivati ??in una camera doppia trasparente denominata dispositivo micro-fluido, che conteneva soluzioni biochimiche specifiche per generare il pancreas su chip. Le cellule epiteliali duttali erano coltivate nella camera superiore e le cellule pancreatiche dell’isoletta erano nella camera inferiore, separate da un sottile strato di membrana porosa che permetteva alle diverse camere di interagire.

Le cellule sono cresciute ed espanse in organi pancreatici tridimensionali che imitavano le comunicazioni cellula-cellula e lo scambio di liquidi, simile alla funzione di un pancreas umano naturalmente sviluppato.

Quando i ricercatori hanno testato il pancreas-on-a-chip interrompendo l’espressione del gene CFTR, ha compromesso la comunicazione cellula-cellula, lo scambio di fluidi e la funzione endocrina influenzata negativamente. Ciò ha causato una deficienza di insulina e ricreato il processo di malattia della CFRD simile a quello osservato nel pancreas di una persona. I ricercatori hanno detto che questo ha confermato come il gene CFTR ha un ruolo diretto nel regolare la secrezione di insulina e causare il diabete nelle persone con CF.

I dispositivi microfluidici esistono dal 1979. Ma le innovazioni nel loro design e funzionalità, specialmente dopo l’avvento della tecnologia organoid, ora consentono ai ricercatori di bioingegnerizzare i tessuti degli organi umani e di imitare la funzione degli organi naturali in un ambiente di laboratorio.

Prossimi passi  

Il team di ricerca, che comprende il primo autore e ricercatore Kyu Shik Mun , PhD, ora utilizzerà i dispositivi in ??uno studio pilota per testare farmaci approvati dalla FDA che modulano l’espressione del gene CFTR. L’obiettivo sarà quello di determinare quanto bene i diversi farmaci CFTR possono rallentare o invertire CFRD simulato in laboratorio. 

Ha collaborato anche con lo studio Jamie Nathan , MD, direttore chirurgico del Pancreas Care Center di Cincinnati Children’s.

Il supporto finanziario per lo studio è venuto in parte dal National Institutes of Health (DK080834, DK093045, P30DK117467) e dalla Fondazione Cystic Fibrosis (MUN18F0, NAREN14XX0).

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