La crescita di organi è un campo di ricerca rivoluzionario che mira a far crescere organi e cellule umane sane in laboratorio, per il trapianto nel corpo umano.
Questo settore ha un'enorme promessa per il trattamento di una varietà di malattie gravi, tra cui malattie croniche, lesioni gravi e condizioni congenite.

L'idea di far crescere organi umani in laboratorio esiste da molti anni, ma solo negli ultimi anni si sono verificati progressi significativi in questo campo.
L'inizio del percorso è stato caratterizzato da tentativi di far crescere singole cellule in laboratorio, e successivamente gli scienziati hanno progredito verso la crescita di tessuti semplici.
Una svolta significativa nell'ingegneria tissutale è avvenuta negli anni '90. La stampa 3D stessa è stata inventata già nel 1984 (stereolitografia, Charles Hull), e la stampa di cellule vive (biostampa) è stata dimostrata per la prima volta nel 2003. La combinazione di queste tecnologie ha permesso la creazione di strutture tridimensionali più complesse.

Ingegneria tissutale:

Questa tecnologia si concentra sulla crescita di cellule umane su scaffold tridimensionali, creando una struttura e una funzione simili a quelle di un organo. Questo processo avviene in diverse fasi:

Selezione delle cellule: Cellule umane appropriate vengono prelevate da varie fonti, come una biopsia del paziente, cellule staminali o cellule embrionali.
Moltiplicazione cellulare: Le cellule si moltiplicano in laboratorio in condizioni controllate.
Scaffold: Creazione di uno scaffold tridimensionale da materiali biologici o sintetici, che funge da base per la crescita del tessuto.
Semina: Le cellule vengono depositate sullo scaffold.
Maturazione: Creazione di condizioni ottimali per la crescita del tessuto, fornendo nutrienti e ossigeno.
Trapianto: Dopo che il tessuto è cresciuto e si è sviluppato adeguatamente, può essere trapiantato nel corpo del paziente.

L'ingegneria tissutale consente la crescita di un'ampia varietà di tessuti, tra cui:

Pelle: Per il trattamento di ustioni, ferite croniche e chirurgia plastica.
Osso: Per il trattamento di fratture, lesioni e interventi ortopedici.
Muscolo: Per il trattamento di lesioni muscolari, distrofia muscolare e atrofia muscolare.
Cartilagine: Per il trattamento di artrite, lesioni della cartilagine e interventi ortopedici.
Vasi sanguigni: Per il trattamento di malattie cardiovascolari, trapianti di organi e interventi complessi.

Le principali sfide nel campo dell'ingegneria tissutale:

Creazione di vasi sanguigni: La fornitura di ossigeno e nutrienti a tutte le parti del tessuto è essenziale per il suo successo.
Integrazione nervosa: Creazione di una corretta connessione nervosa tra il tessuto trapiantato e il corpo del paziente.
Rigetto immunitario: Prevenire il rigetto del tessuto trapiantato da parte del sistema immunitario del corpo.

Stampa 3D di organi:

Questa tecnologia rivoluzionaria consente la creazione di organi artificiali stampando cellule umane e materiali biologici. Il processo di stampa avviene a strati, utilizzando speciali stampanti 3D.

Vantaggi della stampa 3D:

Precisione: Creazione di organi con una struttura complessa e precisa.
Personalizzazione: Stampa di organi personalizzati per il paziente, utilizzando le sue cellule.
Disponibilità: Potenziale per aumentare l'offerta di organi disponibili per il trapianto.

Le principali sfide nel campo della stampa 3D:

Materiali: Sviluppo di materiali biologici adatti alla stampa e al corretto funzionamento dell'organo.
Vasi sanguigni: Creazione di un sistema efficiente di vasi sanguigni all'interno dell'organo stampato.
Maturazione: Creazione di condizioni ottimali per lo sviluppo del tessuto stampato.

Trapianto di cellule staminali:

Le cellule staminali sono cellule non differenziate con un'elevata capacità di differenziazione. Queste cellule possono svilupparsi in un'ampia varietà di tipi cellulari, rendendole una potenziale soluzione per il trattamento di varie malattie.

Le sfide che il settore deve affrontare:

Ingegneria di tessuti complessi: Creazione di organi con piena funzionalità, come un sistema di vasi sanguigni e nervi. Finora, gli scienziati sono riusciti a far crescere solo organi relativamente semplici, e manca ancora un modo per creare organi complessi con piena funzionalità.
Rigetto immunitario: Prevenire il rigetto dell'organo trapiantato da parte del sistema immunitario del corpo. Una possibile soluzione a questo problema è la crescita di organi da cellule geneticamente identiche al paziente o l'uso di farmaci immunosoppressori.
Questioni etiche: La crescita di organi umani in laboratorio solleva complesse questioni etiche, come:
- Assegnazione degli organi: Come verrà stabilito chi riceverà un organo trapiantato e chi rimarrà in lista d'attesa?
- Commercializzazione degli organi: Gli organi saranno disponibili per tutti o solo per chi può permetterseli?
- Creazione di "animali domestici umani": È giusto far crescere organi umani per il trapianto negli animali?

I progressi scientifici nel settore:

Negli ultimi anni si sono verificati progressi significativi nel campo della crescita di organi. Gli scienziati sono riusciti a far crescere in laboratorio organi relativamente semplici, come vescica e uretra, e persino a trapiantarli con successo nei pazienti. Inoltre, sono stati compiuti progressi significativi nella crescita di tessuti più complessi, come cuore e fegato.

Il futuro della crescita di organi:

Si prevede che il campo della crescita di organi rivoluzionerà la medicina.
In futuro, potrebbe essere possibile far crescere in laboratorio organi e cellule per ogni persona, in modo personalizzato, curando così malattie gravi e migliorando la qualità della vita di milioni di persone in tutto il mondo.

Esperimenti rivoluzionari nel settore:

Ingegneria tissutale:

Un team di scienziati della Wake Forest University (guidato dal Dr. Anthony Atala) è riuscito a far crescere una vescica umana in laboratorio dalle cellule del paziente stesso e a trapiantarla con successo nei pazienti (2006).
Un team di scienziati del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (ricerca guidata dalla Dr.ssa Atlantida Raya-Rivera, condotta a Città del Messico) è riuscito a far crescere un'uretra umana in laboratorio dalle cellule dei pazienti e a trapiantarla con successo in cinque ragazzi (2011).

Stampa 3D di organi:

Un team di scienziati del Wyss Institute dell'Università di Harvard è riuscito a stampare in 3D tubuli renali umani collegati a vasi sanguigni, simulando la funzione di assorbimento del rene (2019).
Un team di scienziati dell'Università di Tel Aviv è riuscito a stampare in 3D un minuscolo cuore umano delle dimensioni di una ciliegia, utilizzando cellule di un paziente. Questa è solo una prova di fattibilità: le cellule si sono contratte ma il cuore non era ancora in grado di pompare sangue (2019).
Un team di scienziati dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) è riuscito a far crescere da cellule staminali un organoide polmonare tridimensionale ("polmone su piastra"), una struttura minuscola che simula le sacche d'aria del polmone (questa è una crescita da cellule, non una stampa 3D).

Trapianto di cellule staminali:

Un team di scienziati giapponesi (Istituto RIKEN, guidato dal Dr. Masayo Takahashi) ha eseguito nel 2014 il primo trapianto al mondo di cellule derivate da cellule staminali pluripotenti indotte (iPS) nell'occhio di un paziente affetto da degenerazione maculare legata all'età (AMD). Lo scopo dell'esperimento era principalmente testare la sicurezza, ed è riuscito a fermare la progressione del deterioramento (non è stato dimostrato un netto miglioramento della vista).
Un team di scienziati degli Stati Uniti è riuscito a trapiantare cellule staminali in un paziente con paralisi spinale, con l'obiettivo di migliorare la funzione motoria.
Negli Stati Uniti (UCSF, guidato dalla Dr.ssa Tippi MacKenzie) è stato condotto il primo studio clinico al mondo per il trapianto di cellule staminali nell'utero in feti affetti da talassemia alfa grave, utilizzando cellule del midollo osseo della madre. Lo studio (fase 1) ha dimostrato sicurezza e fattibilità, ma non ha portato a una cura completa della malattia.

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Riferimenti:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/