Nina Tandon: L'ingegneria dei tessuti è forse una medicina personalizzata?

Vorrei mostrarvi un video di alcuni modelli con cui lavoro. Sono tutti della taglia perfetta e non hanno un filo di grasso. Vi ho già detto che sono stupendi? E che sono modelli scientifici? (Risate)

Come avrete certamente capito, sono un ingegnere dei tessuti, e questo è un video di una parte del cuore che ho creato in laboratorio. E speriamo che un giorno questi tessuti possano servire come pezzi di ricambio del corpo umano. Oggi vi racconterò come questi tessuti possono diventare modelli eccezionali.

Pensiamo al processo di screening farmacologico. Si va dalla formulazione farmaceutica, ai test in laboratorio e a quelli su animali, e infine agli esperimenti clinici, che potremmo chiamare test umani, prima della commercializzazione del farmaco. È un processo costoso che richiede molto tempo, e, a volte, anche quando un farmaco arriva sul mercato, agisce in modi imprevedibili e può davvero causare danni alle persone. E più tardi succede, peggiori saranno le conseguenze.

Alla fine tutto si riduce a due fattori. Primo, gli esseri umani non sono topi, e secondo, nonostante le incredibili somiglianze tra di noi, quelle minuscole differenze tra voi e me hanno un enorme impatto su come metabolizziamo i farmaci e su come tali farmaci agiscono in noi.

E se disponessimo di modelli migliori in laboratorio che non solo possano imitarci meglio dei topi ma che possano anche riflettere le nostre diversità? Vediamo come possiamo farlo con l’ingegneria tissutale.

Una delle tecnologie chiave, davvero importanti, sono le cellule staminali pluripotenti indotte. Sono state sviluppate in Giappone di recente. Bene, le cellule staminali pluripotenti indotte sono molto simili alle cellule staminali embrioniche ma non sono oggetto di forti controversie. Induciamo cellule, ad esempio cellule cutanee, aggiungendo qualche gene in esse, eseguendo prima delle colture, e infine dei prelievi. Si tratta quindi di cellule cutanee che possono essere “imbrogliate” e portate a uno stato embrionale come in una sorta di amnesia cellulare. Quindi senza dar adito a controversie, ed è questo il primo aspetto entusiasmante. Il secondo aspetto entusiasmante è la possibilità di far crescere qualsiasi tipo di tessuto pertendo da esse: cervello, cuore, fegato - mi spiego? -- ma a partire dalle vostre stesse cellule. Quindi, possiamo costruire un modello del vostro cuore, del vostro cervello in un chip.

La generazione di tessuti di densità e comportamento prevedibili è il secondo fattore, e sarà fondamentale per l’adozione di questi modelli nella scoperta di nuovi farmaci. Questo è lo schema di un bioreattore in fase di sviluppo nel nostro laboratorio che consentirà di creare tessuti in modo più scalabile e modulare. Andando avanti, immaginate una versione decisamente analoga di questo con migliaia di pezzi di tessuti umani. Sarà come avere un esperimento clinico in un chip.

Un’altra cosa che riguarda queste cellule staminali pluripotenti indotte è che se prendiamo delle cellule cutanee, ad esempio da persone con una malattia genetica, e da queste creiamo dei tessuti, possiamo addirittura utilizzare tecniche di ingegneria tissutale per generare dei modelli di quelle malattie in laboratorio. Ecco un esempio dal laboratorio di Kevin Eggan a Harvard. Eggan ha generato dei neuroni da queste cellule staminali pluripotenti indotte, prelevate da pazienti che hanno il morbo di Lou Gehrig, e le ha poi differenziate in neuroni; ciò che è sorprendente è che anche questi neuroni mostrano i sintomi della malattia. Quindi, con modelli come questi, possiamo lottare contro le malattie più velocemente che mai e capire la malattia meglio di quanto abbiamo mai fatto prima, e forse anche scoprire farmaci più velocemente. Ecco un altro esempio di cellule staminali specifiche per paziente prodotte da una persona affetta da retinite pigmentosa. Si tratta di una degenerazione della retina; è una malattia presente nella mia famiglia e speriamo davvero che cellule come queste possano aiutarci a trovare una cura.

C’è dunque chi ritiene che questi modelli funzionino bene, ma si chiede se sono efficaci quanto i topi. Dopo tutto, il topo è un organismo intero, con una rete interagente di organi. Un farmaco per il cuore può venire metabolizzato nel fegato, e alcuni prodotti derivati potrebbero essere immagazzinati nel grasso. Non si perde tutto questo con dei modelli di ingegneria tissutale? Beh, è un'altra tendenza in questo campo. Grazie all’utilizzo combinato delle tecniche di ingegneria tissutale e dei micro-fluidi, il campo sta appunto evolvendosi in quella direzione, alla ricerca di un modello dell’intero ecosistema del corpo, completo di più sistemi di organi per poter testare come un farmaco per la pressione sanguigna possa influire sul fegato o un antidepressivo possa avere effetti sul cuore. Questi sistemi sono molto difficili da costruire, ma siamo solo agli inizi, quindi, state all’erta.

E non è tutto, perché quando un farmaco viene approvato, le tecniche di ingegneria dei tessuti possono davvero aiutarci a sviluppare trattamenti più personalizzati. Questo è un esempio che potrebbe starvi a cuore un giorno, e spero che non accada mai, perché immaginate che un giorno vi chiamino per darvi la brutta notizia di un tumore. Non vorreste fare dei test per vedere se quei farmaci tumorali che assumerete funzioneranno con il vostro tumore? Ecco un esempio dal laboratorio di Karen Burg, dove si stanno utilizzando tecnologie a getto d’inchiostro per stampare cellule tumorali mammarie e studiarne la progressione e i trattamenti. Alcuni dei nostri colleghi a Tufts mescolano modelli come questi con ossa ricavate dall'ingegneria tissutale per vedere come il tumore possa diffondersi da una parte all’altra del corpo; potete immaginare questi tipi di chip multi-tissutali come la prossima generazione di questi tipi di studi.

E così ripensando ai modelli appena discussi, potete vedere che, andando avanti, l’ingegneria tissutale è in realtà pronta per promuovere una rivoluzione degli screening farmaceutici in ogni singola fase del percorso: creazione di modelli di malattie per formulazioni farmaceutiche migliori, modelli di tessuti umani decisamente analoghi per consentire di rivoluzionare i test in laboratorio, riduzione dei test su animali e umani negli esperimenti clinici, e terapie individualizzate che scombussolano quello che addirittura fatichiamo a considerare un mercato. Essenzialmente, stiamo accelerando in modo drastico il feedback tra lo sviluppo di una molecola e la comprensione su come agisce sul corpo umano. Il nostro processo su come farlo sta essenzialmente trasformando la biotecnologia e la farmacologia in una tecnologia informatica, in grado di aiutarci a scoprire e valutare i farmaci in modo più veloce, economico ed efficace. Dà un nuovo significato ai modelli contro la sperimentazione sugli animali, non è vero? Grazie. (Applausi)