Un innovativo modello sviluppato dai ricercatori del Fraunhofer ITEM e della Hannover Medical School promette di rivoluzionare la ricerca cardiovascolare e lo sviluppo di nuovi farmaci. La cardiotossicità rappresenta uno dei principali ostacoli nello sviluppo di nuovi farmaci. Questo fenomeno descrive gli effetti nocivi che un farmaco può avere sul cuore, causando aritmie, cardiomiopatie o altri effetti collaterali cardiovascolari. Troppo spesso, tali effetti non vengono rilevati durante le fasi precliniche, con il risultato che i farmaci vengono ritirati dal mercato anche dopo l’approvazione iniziale.
Per affrontare questa problematica, un team di ricercatori del Fraunhofer ITEM, in collaborazione con la Hannover Medical School (MHH), il Fraunhofer IZI e il Fraunhofer ISC, ha sviluppato un organoide cardiaco umano dotato di sistema immunitario. Questo modello, grazie alla sua multicellularità e complessità, riesce a replicare fedelmente le condizioni (patofisiologiche) del cuore umano molto meglio rispetto ai tradizionali sistemi in vitro.
Mini-cuori funzionanti che battono spontaneamente
Gli organoidi sono delle strutture sferiche di circa 200 micrometri, composte da cardiomiociti (cellule muscolari del cuore), fibroblasti cardiaci (cellule del tessuto connettivo) ed endoteliali (cellule vascolari), tutte derivate da cellule staminali pluripotenti indotte umane (hiPSC). A queste si aggiungono cellule staminali mesenchimali. Le cellule vengono mescolate in proporzioni specifiche e poste in uno stampo di agarosio, dove si auto-organizzano dando vita a un micro-cuore che batte autonomamente. Ogni organoide contiene circa 2.000 cellule e può essere stimolato elettricamente per simulare l’azione di un pacemaker.
Una piattaforma versatile per la ricerca cardiovascolare
Gli organoidi permettono una valutazione ad alta risoluzione della cardiotossicità dei farmaci, utilizzando sia tecniche di analisi tradizionali che tecnologie avanzate di espressione genica a livello cellulare. Inoltre, possono essere impiegati per studiare patologie cardiache complesse come infarti, aritmie e ipertrofia cardiaca. Secondo il Prof. Dr. Christian Bär, leader del gruppo di ricerca: “il nostro modello può essere utilizzato per testare la cardiotossicità di qualsiasi farmaco. Questo rappresenta un enorme vantaggio, poiché molti farmaci falliscono nelle fasi avanzate dello sviluppo proprio per effetti collaterali cardiaci”.
Un ulteriore punto di forza è la possibilità di mantenere in coltura gli organoidi per oltre 30 giorni, consentendo studi su effetti cronici e su nuove classi di farmaci, come le terapie a RNA.
Organoidi personalizzati per test farmacologici su misura
Il team ha anche dimostrato che è possibile creare organoidi partendo da cellule paziente-specifiche, modellando così malattie genetiche come la cardiomiopatia ipertrofica. In uno studio, l’organoide malato ha risposto positivamente al farmaco mavacamten, approvato di recente per questa patologia, senza effetti tossici. Questo conferma l’efficacia del modello anche in ambito di medicina personalizzata.
Un cuore artificiale con sistema immunitario
Il prossimo passo è l’integrazione di un sistema immunitario funzionante all’interno dell’organoide, attraverso l’aggiunta di macrofagi derivati da hiPSC. Queste cellule, fondamentali nella risposta immunitaria, migliorano le caratteristiche funzionali del tessuto cardiaco artificiale. Il Prof. Dr. Nico Lachmann del Fraunhofer ITEM è riuscito a produrre questi macrofagi anche in scala industriale. “Incorporando i macrofagi, rendiamo il nostro organoide ancora più vicino al cuore umano, migliorando l’affidabilità della ricerca traslazionale”, spiega la ricercatrice Elisa Mohr.
L’organoide cardiaco con sistema immunitario rappresenta una svolta per la ricerca biomedica, offrendo una piattaforma avanzata per studiare sia la cardiotossicità che le patologie cardiache complesse. Questo modello può potenzialmente accelerare lo sviluppo di farmaci più sicuri, riducendo costi e tempi, e aprendo la strada alla medicina rigenerativa e personalizzata.
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