Gli scienziati coltivano reni umanizzati in embrioni di maiale

Gli scienziati sono riusciti a far crescere con successo reni costituiti principalmente da cellule umane all’interno di embrioni di maiale, facendo compiere ai ricercatori un altro passo avanti nella lunga strada verso la generazione di organi umani vitali per i trapianti.

I risultati, riportati il 7 settembre su Cell Stem Cell, segnano la prima volta che un organo solido umanizzato, contenente sia cellule umane che animali, è stato coltivato all'interno di un'altra specie.

“Si tratta di un progresso considerevole nel chimerismo uomo-animale”, afferma Tao Tan, biologo cellulare presso l’Università di Scienza e Tecnologia di Kunming in Cina, che ha contribuito a creare il primo embrione chimerico di scimmia umana nel 2021 ma non è stato coinvolto nell’attuale progetto. studio.

Solo negli Stati Uniti, più di 100.000 persone sono attualmente in lista d’attesa per il trapianto di organi. La stragrande maggioranza di queste persone necessita di un trapianto di rene. Per soddisfare questa richiesta di trapianti di organi salvavita, gli scienziati hanno perseguito nuovi metodi per far crescere organi e tessuti negli animali (SN: 26/01/17).

I progressi degli ultimi anni includono la crescita di organi di ratto nei topi (e viceversa) e il muscolo scheletrico umanizzato e il tessuto endoteliale nei maiali. Ma rimangono ostacoli significativi, dovuti in parte a quanto sia difficile per le cellule umane prosperare all’interno di un ospite estraneo. Le cellule staminali pluripotenti indotte dall’uomo, o iPSC, che funzionano come una sorta di “kit di partenza” per la crescita di molti tipi di tessuto umano, spesso muoiono quando introdotte negli animali perché le cellule della specie hanno esigenze fisiologiche diverse.

Il biologo delle cellule staminali Liangxue Lai, del Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health in Cina, e il suo team hanno trascorso più di cinque anni a perfezionare i loro metodi per migliorare la sopravvivenza delle cellule staminali umane.

Mentre gli embrioni di maiale erano ancora costituiti da singole cellule, il team ha utilizzato lo strumento di modifica genetica CRISPR/Cas9 per eliminare due geni necessari per lo sviluppo dei reni. Ciò ha creato una nicchia in cui le iPSC umane, una volta iniettate nello spazio, potrebbero svilupparsi in cellule renali. Le cellule staminali umane sono state inoltre modificate per avere geni particolarmente attivi che smorzano l'apoptosi, o morte cellulare, per mantenere le cellule in vita abbastanza a lungo da prendere piede e iniziare a formare il rene.

Più di 1.800 embrioni sono stati poi trasferiti in scrofe surrogate, di cui cinque sono stati raccolti per lo studio entro i primi 28 giorni. Tutti e cinque avevano reni normali coerenti con il loro livello di sviluppo e gli organi contenevano dal 50 al 60% di cellule di derivazione umana. Questa è la più alta percentuale di cellule umane mai osservata in qualsiasi organo cresciuto all’interno di un maiale, dice Tan. Con più tempo, non vi è alcuna indicazione che i reni non continuerebbero a crescere e svilupparsi normalmente, forse con le cellule umane che sempre più superano le cellule suine, dicono i ricercatori.

Lo studio rappresenta “un passo importante e interessante”, afferma Massimo Mangiola, immunologo dei trapianti presso la Langone Health della New York University, non coinvolto nella ricerca. Ma mancano ancora molti anni prima che gli xenotrapianti siano completamente funzionanti, osserva.

Mentre le cellule staminali si sono differenziate in diversi tipi cellulari, comprese le cellule tubulari renali e il tessuto dello sviluppo, il rene umano ha più di 70 tipi cellulari unici che gli scienziati dovranno ricapitolare. E finché i ricercatori non riusciranno a creare un organo umano al 100%, è probabile che tali trapianti portino al rigetto.

Inoltre, alcune iPSC si sono differenziate erroneamente in cellule neurali nel cervello e nel midollo spinale degli embrioni. Mangiola afferma che le cellule sembrano essere casuali, a differenza delle cellule renali, il che gli fa pensare che difficilmente daranno origine ad animali con cervello umano, il che creerebbe un dilemma etico.

Per evitare tali problemi etici, Lai afferma che andando avanti il team eliminerà i geni che orchestrano la differenziazione delle cellule staminali in neuroni, nonché in cellule germinali, ovuli e spermatozoi, che trasmettono informazioni genetiche alla prole. Il team sta inoltre studiando la coltivazione di altri precursori di organi umani nei suini, tra cui il cuore e il pancreas.

"Riteniamo di aver raggiunto una pietra miliare nel settore, ma questo è solo il primo passo e rimangono ancora molte sfide", afferma Lai. “Siamo ottimisti sul fatto che con il tempo e gli sforzi potremmo essere in grado di superare anche queste sfide”.