Organi coltivati in laboratorio: ecco i primi impieghi per chi è in attesa di trapianto

Organi coltivati in laboratorio: ecco i primi impieghi per chi è in attesa di trapianto
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Ciò che accomuna alcune tecnologie bio-mediche è l’emergenza di identità biologica e il suo cruciale mantenimento. Senza dubbio su questa frontiera si incontreranno le più affascinanti scoperte scientifiche delle scienze della vita del prossimo decennio.

Che cos’è Metra

Metra è la parola greca per “utero”, ma oggi è anche il nome di una nuova tecnologia bio-medica: uno speciale contenitore in grado di mantenere un organo umano in stato funzionale, alimentandolo con sangue e nutrienti. All’esterno di Metra è installato un display che fornisce dati di monitoraggio della situazione al proprio interno in tempo reale. Questa tecnologia è rivoluzionaria perché permette un trapianto molto veloce rispetto a quello di organi congelati, il cui metabolismo è attivo ma estremamente rallentato.

Un articolo su The Economist del 27 gennaio 2018 descrive alcune situazioni in cui una tecnologia come Metra può risolvere condizioni critiche, ad esempio la disponibilità di un sovrannumero di organi rispetto alle necessità o alle possibilità di impianto immediate. 25 prototipi di Metra, un brevetto di Constantin Coussios della Oxford University commercializzato dall’azienda OrganOx, sono oggi utilizzati in tutto il mondo. Altri sono in corso di produzione.

Mantenere la fisiologia e la funzionalità di un organo fuori dal corpo dell’organismo in cui esso si è sviluppato è, come si può immaginare, una questione estremamente complessa: il fabbisogno di sangue dell’organo varia nel tempo, istante dopo istante, e l’organo dipende per il proprio mantenimento e per la propria regolazione sia da una molteplicità di scambi con l’esterno, sia da delicati equilibri interni.

Il punto di vista delle Life sciences

Il mantenimento di forma, funzione e funzionalità è, a ben pensarci, una delle questioni più fondamentali della vita e delle scienze che la studiano. Quando un organismo inizia il suo ciclo vitale, si sviluppa una identità biologica dell’individuo, ma anche le sue parti hanno una propria identità: il fegato, i polmoni, le cellule sanguigne. Questo gioco di “identità in dialogo” è lo sviluppo, è la storia di vita dell’organismo. È un gioco di identità fluide e allo stesso tempo solide e stabili. La fluidità e la interpenetrazione possibile tra organismi differenti è evidenziata, ad esempio, proprio nella tecnica del trapianto: il mio fegato un giorno potrà diventare il tuo. La perdita di identità è però qualcosa di molto pericoloso per gli esseri viventi, qualcosa che è certamente coinvolto nel rigetto di un trapianto, nelle malattie autoimmuni, nel cancro. Come emergono le identità biologiche e come si mantengono? Filosofi e scienziati lavorano oggi su queste questioni e grandi progressi di comprensione si stanno compiendo.

Microstrutture per comprendere gli organi: il progetto Self-on-a-Chip

Sul tema dell’identità degli organi vorrei citare ad esempio il progetto “Self-on-a-Chip: A Study of Embodiment in Innovative 3D Cell-Culture Models”, in corso di realizzazione dal 2016 presso l’Università Campus Bio-Medico di Roma. L’identità di un organo dipende certamente dalla differenziazione delle cellule che lo compongono, ma non è tutto qui. Da una parte infatti i marcatori epigenetici delle cellule di un fegato o di una milza determinano il loro particolare schema di attivazione dell’espressione del genoma. In questo modo la cellula di un certo organo, pur condividendo l’identico genoma con tutte le altre cellule del corpo, riesce ad essere funzionalmente specifica. Dall’altra, la struttura fisica che si crea all’interno di un organo è altrettanto specifica e importante. Gli “organi su chip” (organs-on-a-chip) sono modelli in vitro di microambienti che, combinando microingegneria, microfluidica e coltura cellulare, esplorano l’emergere di microstrutture tipiche degli organi umani e animali. Uno dei casi studiati è, ad esempio, quello dei villi intestinali. Attraverso la preparazione di un microambiente 3D, il convogliamento di fluidi, l’attenta disposizione di cellule e la stimolazione microfisica (ad esempio l’applicazione di tensioni simili a quelle che si creano negli intestini naturali) si vedono emergere a livello microscopico le strutture tipiche di un organo. Studiare questi fenomeni richiede strumenti di osservazione estremamente sensibili, e modellizzazioni complesse. Il progetto Self-on-a-Chip comprende infatti esperti di ingegneria tissutale, di fisica non lineare e di modellizzazione matematica. Questi esperti lavorano a stretto contatto con i medici, interessati a fornire dati clinici e a ricevere risultati che consentano di migliorare le terapie e le diagnosi. Infine, i filosofi in questo consorzio si occupano di riflettere su concetti fondamentali come l’auto-organizzazione, l’identità biologica, il potenziale esplicativo dei modelli. Per questo il progetto è sostenuto e finanziato dall’Istituto di Filosofia dell’Agire Scientifico e Tecnologico (FAST) dell’Università Campus Bio-Medico. Il progetto mira a determinare la qualità dei nuovi modelli, le loro caratteristiche peculiari rispetto ad altri modelli (ad esempio le tradizionali colture 2D) e lo studio diretto di queste colture cellulari considerate come corpi biologici dinamici, per quanto decisamente artificiali, ma con qualcosa di vivente.

Metra ed enhancement

Metra rileva la pressione delle vene e delle arterie afferenti dell’organo per determinare momento per momento il fabbisogno di flusso sanguigno. Ma quale sangue viene utilizzato? Un sangue accuratamente studiato e trattato per essere privo di infiammazioni potenziali, a basso rischio di coagulazione, arricchito di nutrienti (glucosio, amminoacidi) e ormoni e altri stimolanti delle varie funzionalità dell’organo. Così, pare che un organo possa “stare meglio” in Metra che in un corpo vivente: ringiovanire, smaltire grassi eccessivi.

24 ore è il limite di utilizzo attualmente imposto dalle norme sanitarie, ma le ricerche dicono che in teoria esso potrebbe essere alzato a tre giorni. Lo scopo di questo potrebbe essere l’arricchimento della disponibilità di organi pronti per il trapianto: delle finestre temporali più ampie che ridurrebbero gli sprechi e permetterebbero una più capillare distribuzione dell’offerta con la domanda, consentendo maggiori tempi di viaggio e spostamento degli organi espiantati dai donatori.

Il modello di Metra per ora disponibile può ospitare un fegato (e abbisogna di costosi ricambi ad ogni utilizzo). Reni e pancreas saranno forse le prossime frontiere di questa tecnologia di mantenimento temporaneo di organi vivi.

Ciò che accomuna tecnologie bio-mediche come Metra e Self-on-a-Chip è, come si può vedere, l’emergenza di identità biologica e il suo cruciale mantenimento. Senza dubbio su questa frontiera si incontreranno le più affascinanti scoperte scientifiche delle scienze della vita del prossimo decennio.

Per approfondire

“External organs”, The Economist (27 gennaio – 2 febbraio 2018), pp. 68-69.

Self-on-a-Chip, progetto di ricerca interdisciplinare: http://www.biotechnopractice.org/wordpress/self-on-chip/

Bhat, R., & Bissell, M. J. (2014). Of plasticity and specificity: dialectics of the micro- and macro-environment and the organ phenotype. Wiley Interdisciplinary Reviews. Membrane Transport and Signaling, 3(2), 147–163. 

Wolfe, C. T. (2014). The organism as ontological go-between: Hybridity, boundaries and degrees of reality in its conceptual history. Studies in History and Philosophy of Science Part C :Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences, 48(PB), 151–161. 

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Emanuele Serrelli

Emanuele Serrelli

Emanuele Serrelli collabora con diversi atenei come ricercatore, docente e project manager. Come filosofo della scienza interessato all’interdisciplinarità tra le scienze naturali e sociali, i suoi lavori spaziano nei più diversi campi di applicazione, trattando temi vicini alla pratica scientifica, oppure più generali come i concetti stessi di spiegazione e di modello. Come ricercatore universitario ha lavorato presso il Dipartimento di Scienze Umane per la Formazione dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca ed è stato visiting fellow presso diverse Università estere come University of Utah, University of Sydney, Univerdidade de Lisboa, Duke University. Partecipa a gruppi di ricerca nazionali e internazionali, tra i quali Hierarchy Theory of Evolution con Niles Eldredge, ed è sempre aperto alla collaborazione con filosofi e scienziati di molte discipline. È autore di più di 100 pubblicazioni scientifiche, tra cui molti articoli e quattro volumi internazionali, ma si occupa di formazione in diversi contesti e si interessa attivamente di comunicazione della scienza.
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