Un cuore artificiale da cellule staminali

Il traguardo

Un cuore artificiale da cellule staminali

In meno di un mese si possono far trasformare cellule mature in una struttura molto simile al cuore
redazione

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Un gruppo di ricercatori della Columbia University ha realizzato in sole 4 settimane un muscolo cardiaco in laboratorio. Che somiglia così tanto all’originale da poter servire per testare le terapie destinate ai pazienti

Un cuore artificiale più “vero” che mai, una copia così somigliante  all’originale da diventare un affidabile modello su cui testare gli effetti dei farmaci e delle sostanze tossiche. 

Lo hanno realizzato i ricercatori della Columbia University di New York  ricorrendo a cellule staminali pluripotenti indotte (iPS). La procedura con cui è stato ottenuto questo modello di muscolo cardiaco, ancora più realistico dei  tessuti ingegnerizzati attualmente a disposizione della ricerca biomedica, è stata descritta su Nature.  

I ricercatori hanno prelevato cellule differenziate di un adulto e le hanno riprogrammate costringendole a ritornare a uno stadio iniziale, ottenendo cioè cellule staminali pluripotenti che sono in grado di trasformarsi in diversi tipi di cellule sotto stimolazione elettrica o chimica. Gli scienziati sono stati in grado di realizzare il tessuto cardiaco usando cardiomiciti derivati da cellule staminali pluripotenti a uno stadio iniziale. Giorno dopo giorno la coltura cellulare è stata sottoposta a una stimolazione elettrica che induceva le cellule a contrarsi ogni volta di più. Questo processo ha indotto il muscolo cardiaco coltivato a passare dalla fase fetale a quella post-natale in tempi estremamente rapidi. In sole quattro settimane di coltura il modello di muscolo cardiaco realizzato in laboratorio aveva raggiunto la stessa complessità di un cuore adulto umano. Il segreto del successo del team americano è dovuto soprattutto alla tempistica: gli scienziati hanno infatti capito che la stimolazione con corrente elettrica dei cardiomiciti derivati da iPs doveva avvenire nelle fasi iniziali. La risposta delle cellule si riduceva con il passare del tempo. Prima si introduceva lo stimolo elettrico, maggiori successi si ottenevano. 

«I tessuti hanno risposto mostrando un'espressione genica simile a quella di un adulto, con una struttura complessa straordinariamente organizzata e una serie di caratteristiche funzionali tipiche muscolo cardiaco maturo. E tutto questo dopo solo quattro settimane di coltura», ha dichiarato Gordana Vunjak-Novaković, docente di ingegneria biomedica alla Columbia University.

Il  team di scienziati americani ha utilizzato due tipi di cardiomiciti derivati da iPs, quelli a uno stadio precoce di sviluppo (12 giorni) e quelli a uno stadio più avanzato (28 giorni). Le cellule di entrambi i tipi, giovani e mature, sono state sottoposte a tre differenti esperimenti. Nel primo, che serviva da termine di paragone, non avveniva alcuna stimolazione elettrica, nel secondo le cellule erano sottoposte a stimolazione elettrica costante per tre settimane, infine nel terzo erano previste tre settimane di stimolazione di livello crescente e una settimana di intensità costante. Quest’ultima condizione mima i cambiamenti a cui il cuore umano va incontro nelle ultime settimane di sviluppo del feto e subito dopo la nascita. 

Ebbene, proprio questa terza procedura, con una stimolazione di intensità crescente a uno stadio iniziale di sviluppo delle cellule, ha condotto alla formazione di tessuto cardiaco simile a quello di un umano adulto.

Lo studio, finanziato dai National Institutes of Health, promette di fornire alla ricerca biomedica un modello realizzabile in poco tempo e affidabile per testare gli effetti dei farmaci o dei fattori ambientali sul cuore di un paziente.