Un milione di dollari per sviluppare oltre 1000 mini-organi artificiali con circuiti genetici sintetici. L’obiettivo è trovare una soluzione per il gran numero di richieste – insoddisfatte - di trapianti
Se il rene umano ha la forma di un fagiolo, quello di una balena somiglia più a un grappolo d’uva, con tanti piccoli lobi indipendenti. Il fatto che esistano reni di questa forma è una buona notizia per la ricerca sugli organi artificiali, che un domani potrebbero aiutare a soddisfare la richiesta per i trapianti, ancora troppo alta rispetto al numero di donatori. L’anatomia dei cetacei suggerisce che tanti piccoli reni possono funzionare come due reni più grandi, ma con un vantaggio: sono più facili da produrre in laboratorio. Un team della Keck School Medicine della University of Southern California (USC), Stati Uniti, ha vinto un finanziamento di 1 milione di dollari dal Kidney Innovation Accelerator (KidneyX) per realizzare 1000 di questi mini-reni artificiali a partire da cellule staminali umane.
MALATTIE RENALI E TRAPIANTO
Il rene artificiale è una grossa rivoluzione in campo biomedico. Diabete, obesità e ipertensione sono solo alcune delle condizioni mediche, in forte aumento nel mondo occidentale, che possono provocare una compromissione dei reni. Entro il 2030, si stima che 5.4 milioni di persone avranno bisogno della dialisi o del trapianto renale.
Sono queste infatti le uniche due opzioni per i pazienti affetti da insufficienza renale ed entrambe presentano delle problematiche. La dialisi elimina tossine e liquidi in eccesso dal sangue, ma solo se ripetuta in sessioni regolari per tutta la vita e, inoltre, comporta restrizioni alimentari severe. Il trapianto è una soluzione più duratura, ma per la maggior parte dei pazienti è poco più che un miraggio: quelli in attesa di un rene rappresentano il 72% (6132) del totale, ma i tempi medi di permanenza in lista sono di circa 3 anni, perché il numero di donatori è più basso del numero di richiedenti di organo. Inoltre, come per ogni trapianto, esiste un rischio di rigetto che costringe il paziente ad assumere una terapia immunosoppressiva per tutta la vita.
I RENI ARTIFICIALI
Una soluzione alla scarsità di organi per i trapianti è quella di ricrearli artificialmente in laboratorio, a partire da cellule staminali pluripotenti, in grado di dare origine a quasi ogni altro tipo cellulare. Gli scienziati hanno già realizzato riproduzioni in miniatura degli organi, i cosiddetti organoidi, di vario genere, come fegato, retina, cervello e anche i reni. Nuove tecnologie, come la biostampa 3D, permettono inoltre di seminare le cellule strato dopo strato nella giusta disposizione spaziale per ricreare le strutture di interi organi. Esempi di tessuti stampati in 3D includono cuore, cornee, fegato, ovaie e reni.
Esistono vari prototipi di rene artificiale in fase di sperimentazione: dispositivi “bionici” indossabili o impiantabili, ma anche organoidi formati completamente da cellule staminali umane.
UNA STRADA ANCORA IN SALITA
Le sfide da superare, però, sono ancora numerose. I reni non si limitano solo alla rimozione delle scorie o alla produzione dell’urina: sono anche responsabili della produzione di eritropoietina, un ormone che determina la maturazione dei globuli rossi, e dell’enzima renina, che regola la pressione sanguigna e la trasformazione della vitamina D nella sua forma attiva. Queste funzioni così diverse sono anche molto difficili da riprodurre in laboratorio.
L’altro problema riguarda l’aspetto di questi organoidi, che è ancora lontano dal somigliare alla sua controparte reale. Ogni rene è formato da unità funzionali a forma di tubo, i nefroni. Finora gli scienziati sono riusciti ad assemblare fino a 500 nefroni generati artificialmente in laboratorio, generando organoidi delle dimensioni di un pisello, ma il rene umano è lungo circa 12 centimetri e contiene 1 milione di nefroni.
IL PREMIO KIDNEY X
Nel 2021 il Kidney Innovation Accelerator (KidneyX) – una partnership pubblico privata tra lo US Department of Health and Human Services e l’American Society of Nephrology – aveva annunciato i vincitori della prima fase dell’Artificial Kidney Prize, un concorso ideato per accelerare lo sviluppo di reni artificiali. Due anni più tardi, i ricercatori della Keck School Medicine della University of Southern California (USC) hanno vinto un premio di 1 milione di dollari grazie al quale si sono prefissati di generare fino a 1000 organoidi, per un totale di 400.000 nefroni – quasi la metà di quelli contenuti in un singolo rene umano.
Il premio era destinato agli scienziati che avessero dimostrato di pensare in modo audace: il gruppo guidato dal biologo cellulare Nils Lindström ha proposto di realizzare un organo artificiale con le stesse funzioni di un rene ma con un aspetto diverso.
I MINI-RENI DELLE BALENE
Anziché riprodurre uno o due reni in scala naturale, i ricercatori realizzeranno migliaia di mini-reni composti da poche centinaia di nefroni ciascuno. L’intuizione viene dalla natura, che nel regno animale ha dato origine a reni delle più disparate forme e dimensioni, mantenendo però invariata la loro funzione di filtro dell’organismo. Nei cetacei i reni appaiono molto diversi dai nostri: sono composti da numerosi lobi o renicoli, che ricordano gli acini di un grappolo d’uva.
I ricercatori aspirano a dimostrare che anche negli esseri umani tanti mini-reni possono funzionare come due reni più grandi.
CIRCUITI GENETICI SINTETICI
Anche se le cellule staminali hanno la capacità di auto-organizzarsi spontaneamente e formare strutture tridimensionali, non sono in grado da sole di dare origine ad architetture complesse, come quelle che collegano i reni al circolo sanguigno e al sistema di drenaggio e raccolta delle urine. Per realizzare queste componenti, i ricercatori faranno ricorso alla biologia sintetica, utilizzando circuiti genetici ingegnerizzati. Saranno quindi in grado di riprogrammare le cellule per fargli assumere forme e strutture precise, impossibili da ottenere in laboratorio con i metodi di coltivazione classici ma fondamentali per assicurare il corretto funzionamento del rene.
L’obiettivo finale, spiegano i ricercatori, è fornire reni artificiali alle oltre 100.000 persone in lista di attesa per un trapianto. La ricerca in questo campo corre veloce, grazie anche a iniziative come Kidney X che hanno lo scopo di accelerare l’innovazione nella diagnosi, prevenzione e terapia delle malattie dei reni. Le persone che oggi soffrono di insufficienza renale, un domani potranno avere a disposizione soluzioni terapeutiche migliori e più efficaci per gestire la loro patologia.
