Biostampate in 3D in un gel sintetico riproducono la placenta precoce e aprono nuove prospettive nello studio delle complicanze della gravidanza
Nel primo trimestre di gravidanza, l’embrione è un piccolo laboratorio in fermento: il cuore comincia a pulsare, le prime cellule nervose si organizzano, gli abbozzi di arti si allungano. Intanto, nel corpo della madre, si forma un organo temporaneo ma vitale: la placenta, che vive solo per la durata della gravidanza e fa da ponte tra due organismi, nutrendo e proteggendo il feto. Ma proprio per la sua natura effimera, è anche tra gli organi più misteriosi e difficili da studiare, soprattutto nei primi mesi. All'Università di Tecnologia di Sydney, i ricercatori ne hanno creato una versione in miniatura con la stampa 3D, aprendo una finestra preziosa sulle cause di complicanze come la preeclampsia. Lo studio è stato pubblicato a settembre su Nature Communications.
PLACENTA, SCATOLA NERA DELLA GRAVIDANZA
Il primo trimestre di gravidanza è un periodo estremamente delicato: in poche settimane la placenta inizia a formarsi, regolando gli scambi di nutrienti e ossigeno, producendo ormoni e mediando il dialogo tra madre ed embrione. Una placenta precoce ha una struttura in evoluzione e differisce profondamente da una più matura: le cellule sono ancora in fase di organizzazione, la vascolarizzazione è incompleta e la comunicazione con l’endometrio materno è in via di definizione. Un errore in questa prima fase può causare la preeclampsia, che colpisce tra il 5 e l’8% delle gravidanze e rappresenta una delle principali cause di mortalità materna e fetale nel mondo, caratterizzata da ipertensione e ridotto apporto di ossigeno al feto.
Studiare direttamente la placenta del primo trimestre è però quasi impossibile: i pochi campioni disponibili derivano per lo più da interruzioni volontarie di gravidanza o da procedure invasive, e perciò non sempre rappresentano uno sviluppo fisiologico. Per superare questo limite, la ricerca mira a costruire modelli in vitro sempre più sofisticati, come la placenta-on-a-chip o gli organoidi. Questi ultimi sono mini-placente tridimensionali derivate da cellule trofoblastiche (i precursori della placenta), capaci di auto-organizzarsi e di riprodurre le principali funzioni dell’organo in laboratorio.
LA NUOVA GENERAZIONE DI ORGANOIDI
Il primo organoide di placenta ottenuto da cellule staminali umane risale al 2018. La tecnica, tuttavia, è ancora lontana dalla perfezione. Tradizionalmente, per far crescere questi organoidi si utilizza il Matrigel, un gel di origine animale che imita la matrice extracellulare, fornendo sostegno strutturale e segnali chimici essenziali per la corretta organizzazione delle cellule. Essendo un prodotto biologico, però, non ha una composizione costante: è una complessa miscela di proteine che può variare da lotto a lotto, limitando la riproducibilità degli esperimenti e la possibilità di ottenere modelli standardizzati.
Nello studio condotto all’Università di Tecnologia di Sydney, il Matrigel è stato sostituito con un idrogel sintetico a base di polietilenglicole (PEG), un materiale modulabile in cui rigidità, composizione e proprietà fisiche possono essere regolate per guidare la crescita e la differenziazione cellulare. La biostampa 3D ha rappresentato un ulteriore passo avanti: funziona come una stampante a getto d’inchiostro, ma deposita gocce contenenti cellule vive all’interno dell’idrogel. Questo consente di posizionare le cellule con precisione, generando organoidi più organizzati, uniformi e riproducibili.
UNA MINI-PLACENTA FEDELE ALL'ORIGINALE
I ricercatori hanno mescolato le cellule trofoblastiche con l’idrogel sintetico e le hanno depositate goccia dopo goccia tramite biostampa, costruendo così una mini-placenta 3D. In parallelo, hanno realizzato un organoide “tradizionale” in Matrigel, confrontando i due modelli.
Entrambi i sistemi hanno dato origine a organoidi placentari, ma attraverso percorsi differenziativi distinti. Nel Matrigel si sono formati soprattutto sinciziotrofoblasti (STB), le cellule che costituiscono la barriera di scambio tra madre e feto e producono ormoni regolatori della gravidanza. Gli organoidi biostampati nel gel sintetico, invece, mostrano una prevalenza di trofoblasti extravillosi (EVT), cellule che invadono la parete uterina e rimodellano i vasi sanguigni materni, garantendo un flusso costante di nutrienti e ossigeno al feto. Senza questa invasione, la connessione madre-feto non si stabilisce correttamente e la perfusione placentare resta inadeguata, con conseguente ipossia e rischio di preeclampsia.
UNA FINESTRA SULLE COMPLICANZE PRECOCI DELLA GRAVIDANZA
Il nuovo modello riproduce quindi con maggiore precisione le fasi iniziali della formazione della placenta e offre la possibilità di studiare le complicanze precoci della gravidanza. I ricercatori lo hanno esposto a una molecola infiammatoria presente a livelli elevati nelle donne con preeclampsia, riproducendo un modello di malattia su cui testare potenziali terapie.
Un modello biostampato, riproducibile e modulabile come questo, apre la strada a un approccio più sistematico nello studio delle patologie della placenta: un passo avanti verso la possibilità di indagare, finalmente in laboratorio, i meccanismi che regolano le prime settimane di vita.
