I ricercatori coltivano reni embrionali umanizzati all’interno dei maiali per 28 giorni

I ricercatori si sono concentrati sui reni perché sono uno dei primi organi a svilupparsi e sono anche l’organo 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 coltivare organi umani nei maiali non hanno avuto successo”, afferma l’autore senior Liangxue degli Istituti di biomedicina e salute di Guangzhou, Accademia cinese delle scienze, e l’Università di Wuyi. “Il nostro approccio migliora l’integrazione delle cellule umane nei tessuti riceventi e ci permette di coltivare organi umani nei maiali.”

L’integrazione delle cellule staminali umane negli embrioni di maiale è stata una sfida perché le cellule suine competono con quelle umane e le cellule suine e umane hanno esigenze fisiologiche diverse. “Abbiamo lavorato su meccanismi per superare l’efficienza estremamente bassa delle chimere interspecie”, afferma l’autore senior Guangjin Pan del Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health. “Abbiamo identificato un paio di fattori critici che migliorano la formazione di chimere interspecie facilitando la competizione cellulare”.

La tecnica del team dipende da tre componenti chiave:

• In primo luogo, hanno creato una nicchia all’interno dell’embrione di maiale in modo che le cellule umane non dovessero competere con le cellule di maiale, utilizzando CRISPR per ingegnerizzare geneticamente un embrione di maiale unicellulare in modo che mancassero due geni necessari per lo sviluppo dei reni.
• In secondo luogo, i ricercatori hanno progettato cellule staminali umane pluripotenti – cellule che hanno il potenziale per svilupparsi in qualsiasi tipo di cellula – per renderle più suscettibili all’integrazione e meno probabilità di autodistruggersi bloccando temporaneamente l’apoptosi. Quindi, hanno convertito queste cellule in cellule “ingenue” simili alle prime cellule embrionali umane, coltivandole in un mezzo speciale.
• In terzo luogo, prima di impiantare gli embrioni in via di sviluppo in scrofe surrogate, i ricercatori hanno coltivato le chimere in condizioni ottimizzate per fornire nutrienti e segnali unici sia alle cellule umane che a quelle suine, poiché queste cellule di solito hanno esigenze disparate.

Complessivamente i ricercatori hanno trasferito 1.820 embrioni a 13 madri surrogate. Dopo 25 o 28 giorni, hanno interrotto la gestazione ed estratto gli embrioni per valutare se le chimere avessero prodotto con successo reni umanizzati.

I ricercatori hanno raccolto cinque embrioni chimerici per l’analisi (due a 25 giorni e tre a 28 giorni dopo l’impianto) e hanno scoperto che avevano reni strutturalmente normali per il loro stadio di sviluppo ed erano composti per il 50-60% da cellule umane. A 25-28 giorni i reni erano nello stadio mesonefro (il secondo stadio dello sviluppo renale); avevano formato tubuli e gemme di cellule che sarebbero poi diventate ureteri che collegavano il rene alla vescica.

Il team ha anche studiato se le cellule umane contribuissero ad altri tessuti negli embrioni, il che potrebbe avere implicazioni etiche, soprattutto se si trovassero abbondanti cellule umane nei tessuti neurali o germinali e i maiali fossero portati a termine. Hanno dimostrato che le cellule umane erano per lo più localizzate nei reni, mentre il resto dell’embrione era composto da cellule di maiale.

“Abbiamo scoperto che se si crea una nicchia nell’embrione di maiale, le cellule umane entrano naturalmente in questi spazi”, afferma l’autore senior Zhen Dai del Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health. “Abbiamo visto solo pochissime cellule neurali umane nel cervello e nel midollo spinale e nessuna cellula umana nella cresta genitale, indicando che le cellule staminali pluripotenti umane non si differenziavano in cellule germinali.” Ciò potrebbe essere ulteriormente evitato eliminando ulteriori geni nelle cellule staminali pluripotenti umane, che potranno essere testati in studi futuri, dicono i ricercatori.

Ora che hanno ottimizzato le condizioni per la crescita di reni umanizzati nelle chimere di suini umani, il team vuole consentire ai reni di svilupparsi per un periodo più lungo. Stanno anche lavorando per generare altri organi umani nei maiali, inclusi il cuore e il pancreas.

L’obiettivo a lungo termine è ottimizzare questa tecnologia per il trapianto di organi umani, ma i ricercatori riconoscono che il lavoro sarà complesso e potrebbe richiedere molti anni. Far crescere un organo umanizzato completamente funzionale in un maiale richiederebbe alcuni passaggi aggiuntivi perché gli organi sono composti da più tipi di cellule e tessuti. In questo studio, i ricercatori hanno creato una nicchia per un solo sottoinsieme di cellule, il che significava che i reni avevano cellule vascolari derivate dai maiali, e questo avrebbe potuto causare il rigetto dell’organo se fossero state utilizzate in uno scenario di trapianto.

“Poiché gli organi non sono composti da un solo ceppo cellulare, per avere un organo in cui tutto provenga dall’uomo, probabilmente dovremmo progettare i maiali in un modo molto più complesso e questo comporta anche alcune sfide aggiuntive”, afferma senior autore Miguel A. Esteban del Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health.

Nel frattempo, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata per studiare lo sviluppo degli organi umani e le malattie dello sviluppo.

“Prima di arrivare a quello stadio avanzato di creazione di organi che possono essere disponibili per la pratica clinica, questo metodo fornisce una finestra per studiare lo sviluppo umano”, afferma Esteban. “Puoi tracciare le cellule umane che stai iniettando e manipolarle in modo da poter studiare le malattie e il modo in cui si formano i lignaggi cellulari.”