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Pezzi di ricambio: gli scienziati coltivano il primo mini modello di cuore umano funzionante

I ricercatori della Michigan State University hanno creato per la prima volta un modello di cuore umano in miniatura in laboratorio, completo di tutti i tipi di cellule cardiache primarie e di una struttura funzionante di camere e tessuto vascolare.

Negli Stati Uniti, le malattie cardiache sono la prima causa di morte. “Questi mini cuori costituiscono modelli incredibilmente potenti in cui studiare tutti i tipi di disturbi cardiaci con un grado di precisione mai visto prima”, ha affermato Aitor Aguirre, autore senior dello studio e assistente professore di ingegneria biomedica presso l’Istituto di scienze e ingegneria quantitativa della MSU.

Questo studio, “Generation of Heart Organoids Modeling Early Human Cardiac Development Under Defined Conditions”, appare sul server di preprint di bioRxiv.

Gli organoidi del cuore umano , o in breve hHO, sono stati creati mediante una nuova struttura di cellule staminali che imita gli ambienti di sviluppo embrionale e fetale.

“Gli organoidi, che significano ‘assomigliano a un organo’, sono costrutti cellulari 3-D autoassemblanti che ricapitolano le proprietà e la struttura degli organi in misura significativa”, ha detto Yonatan Israeli, uno studente laureato presso l’Aguirre Lab e primo autore dello studio.

L’innovazione distribuisce un processo bioingegneria che usi indotte cellule staminali pluripotenti adulti del cellule da un paziente per attivare embrionali sviluppa come cuore in un piatto generano un mini cuore funzionale dopo poche settimane. Le cellule staminali sono ottenute da adulti consenzienti e quindi prive di preoccupazioni etiche.

“Questo processo consente alle cellule staminali di svilupparsi, fondamentalmente come farebbero in un embrione, nei vari tipi di cellule e strutture presenti nel cuore”, ha detto Aguirre. “Diamo le istruzioni alle cellule e loro sanno cosa devono fare quando tutte le condizioni appropriate sono soddisfatte”.

Credito: Michigan State University
Poiché gli organoidi hanno seguito il processo di sviluppo embrionale cardiaco naturale, i ricercatori hanno studiato, in tempo reale, la crescita naturale di un vero cuore umano fetale.

Questa tecnologia consente la creazione di numerosi hHO simultaneamente con relativa facilità, in contrasto con gli approcci esistenti di ingegneria dei tessuti che sono costosi, laboriosi e non facilmente scalabili.

Uno dei problemi principali che deve affrontare lo studio dello sviluppo del cuore fetale e dei difetti cardiaci congeniti è l’accesso a un cuore in via di sviluppo. I ricercatori si sono limitati all’uso di modelli di mammiferi, resti fetali donati e ricerca sulle cellule in vitro per approssimare la funzione e lo sviluppo.

“Ora possiamo avere il meglio di entrambi i mondi, un modello umano preciso per studiare queste malattie – un piccolo cuore umano – senza utilizzare materiale fetale o violare i principi etici. Questo costituisce un grande passo avanti”, ha detto Aguirre.

Qual è il prossimo? Per Aguirre, il processo è duplice. Innanzitutto, l’ organoide del cuore rappresenta uno sguardo senza precedenti sui dettagli di come si sviluppa un cuore fetale.

“In laboratorio, stiamo attualmente utilizzando organoidi cardiaci per modellare la cardiopatia congenita, il difetto congenito più comune negli esseri umani che colpisce quasi l’1% della popolazione neonata”, ha detto Aguirre. “Con i nostri organoidi cardiaci, possiamo studiare l’origine della cardiopatia congenita e trovare modi per fermarla”.

In secondo luogo, anche se l’hHO è complesso, è tutt’altro che perfetto. Per il team, migliorare l’organoide finale è un’altra strada chiave per la ricerca futura. “Gli organoidi sono piccoli modelli del cuore fetale con caratteristiche funzionali e strutturali rappresentative”, ha detto Israeli. “Tuttavia, non sono ancora perfetti come un cuore umano. Questo è qualcosa verso cui stiamo lavorando”.

Aguirre e il team sono entusiasti dell’ampia applicabilità di questi cuori in miniatura. Consentono una capacità senza precedenti di studiare molte altre malattie cardiovascolari, dalla cardiotossicità indotta dalla chemioterapia all’effetto del diabete, durante la gravidanza, sul cuore fetale in via di sviluppo.

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