Un intestino artificiale creato con cellule umane coltivate, ma anche capace di riprodurre uno dei movimenti fondamentali dell'apparato digerente: la peristalsi. È il risultato ottenuto da un gruppo di ricercatori dell'Università di Pisa, coordinato dal professor Giovanni Vozzi, in collaborazione con il Brigham and Women's Hospital e la Harvard Medical School di Boston. Lo studio è stato pubblicato recentemente sulla rivista Results in Engineering.
Il dispositivo è un bioreattore, cioè un sistema progettato per far crescere e studiare cellule e tessuti in condizioni controllate. In questo caso riproduce alcune delle caratteristiche dell'ambiente intestinale umano, compreso il movimento ritmico con cui l'intestino spinge e mescola il contenuto al suo interno. Questo nuovo modello, oltre a riprodurre in maniera più fedele l'intestino di un essere umano, potrebbe aiutare i ricercatori anche ridurre, e in alcuni casi eliminare, la sperimentazione sugli animali.
Un intestino artificiale che si muove come quello umano
"Abbiamo sviluppato un modello 3D di intestino umano che permette di ricreare la peristalsi e il flusso del cibo – spiega a Fanpage.it Giovanni Vozzi, professore ordinario di bioingegneria e coordinatore dello studio – In questo modo è possibile studiare come i cibi e le sostanze che ingeriamo possono indurre alterazioni o infiammazioni intestinali".
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Il modello utilizza cellule intestinali umane coltivate su un supporto di gelatina. Il movimento e il flusso dei liquidi sottopongono poi le cellule a stimoli meccanici molto simili a quelli presenti nell'intestino. Dopo sette giorni le cellule hanno iniziato a organizzarsi spontaneamente formando strutture tridimensionali simili ai villi intestinali, le piccole protrusioni che aumentano la superficie disponibile per l'assorbimento dei nutrienti. La coltura è rimasta vitale per almeno 28 giorni.
"La novità rispetto ad altri modelli è che siamo in grado di controllare la peristalsi e ricreare patologie e disturbi, come l'intestino pigro, la contrattilità accelerata o condizioni di stress", spiega ancora Vozzi. "Il sistema permette inoltre di controllare anche diversi parametri, come pH, ossigeno e temperatura".
Dallo studio dei farmaci alla riduzione dei test sugli animali
Una delle possibili applicazioni di questo modello riguarda lo screening, ovvero la fase in cui si valutano gli effetti di sostanze e farmaci prima di procedere con studi più complessi. Utilizzando cellule umane e potendo modificare le condizioni dell'ambiente intestinale, i ricercatori possono così osservare con maggiore dettaglio come queste sostanze interagiscono con il tessuto. Il modello potrebbe quindi contribuire a ridurre l'utilizzo degli animali, perlomeno in alcune fasi della ricerca.
"Attualmente vengono usati soprattutto modelli animali, come i ratti, per studiare e testare questi aspetti – aggiunge Vozzi – Il nostro modello permette di eliminare la parte di screening che viene fatta sull'animale, consente analisi cellulari più precise e di ottenere anche risultati migliori e più attendibili, visto che usiamo cellule umane, non di altri animali".
Prima che il sistema possa essere utilizzato come alternativa riconosciuta nei test regolamentati servono però ulteriori studi, più dati e una validazione da parte degli organismi competenti. "Stiamo ora lavorando con il centro europeo per far riconoscere il nostro modello come nuova piattaforma di screening. Quando avremo la certificazione potrà diventare un sistema alternativo valido", sottolinea il professore.
Dal microbiota all'essere umano "in chip"
Il sistema può inoltre essere integrato anche con altri modelli biologici. I ricercatori hanno già sviluppato un sistema brevettato per ricreare il microbiota intestinale, ovvero l'insieme dei microrganismi che vivono nel nostro intestino e che svolgono un ruolo fondamentale per il suo funzionamento e per la salute dell'organismo.
"Sappiamo quanto sia importante per la salute dell'intestino e per lo studio di molte patologie – aggiunge Vozzi- L'obiettivo è arrivare a collegare diversi modelli per studiare le interazioni tra intestino, microbiota, cuore e cervello per riprodurre in laboratorio alcune funzioni degli organi umani e come questi interagiscono tra loro. Partendo dalla tecnologia organ-on-a-chip (organo su chip, ndr) puntiamo a mettere insieme i diversi modelli per creare un uomo in chip".
L'obiettivo è quindi sviluppare modelli sempre più realistici dell'organismo umano, per studiare malattie e farmaci in maniera più precisa e, dove possibile, ridurre progressivamente il ricorso agli animali nella ricerca. "Quello che manca è ampliare la sperimentazione, avere più dati utilizzando più sostanze e far sì che questa piattaforma venga riconosciuta come valida alternativa", conclude Vozzi.
La ricerca coinvolge diversi gruppi italiani e stranieri e, all'Università di Pisa, vede impegnati anche Emilia Ghelardi, Vittoria Raffa e Arianna Tavanti, oltre a Federico Vozzi dell'Istituto di Fisiologia Clinica del CNR.
