Modelli cellulari complessi

Le cellule pluripotenti indotte (iPSC) hanno molti vantaggi, tra cui la possibilità di derivare da un prelievo non invasivo cellule rappresentative dei diversi organi di un paziente. Potenzialmente, quindi, da un prelievo ematico, potremmo ottenere in laboratorio cellule rappresentative di diversi tessuti e organi, permettendo, per esempio, di testare gli effetti di una mutazione genetica e delle cure proposte su diversi organi, in modo personalizzato sul singolo paziente. Questo grande potenziale delle iPSC è limitato solo dalla grande complessità dei tessuti e degli organi umani: per questo una parte della nostra ricerca ha come obiettivo l’ottimizzazione di metodi e la generazione di piattaforme avanzate, in grado di rendere sempre più robusti i risultati ottenuti in vitro, permettendo di limitare gli studi in vivo e accorciare la distanza tra i risultati della ricerca e la cura del paziente.

In particolare il cuore è un organo complesso, il cui funzionamento è reso possibile dalla collaborazione di diversi tipi cellulari (e.g. cardiomiociti, fibroblasti, cellule infiammatorie) e dalla loro organizzazione nello spazio. Per simulare in vitro il “sistema cuore” abbiamo ottimizzato metodi di co-coltura di diversi tipi cardiaci derivati da iPSC.

• Studi di influenza reciproca delle varie cellule del cuore sono ottenuti grazie all’utilizzo di modelli di co-coltura in piastra di cardiomiociti e cellule stromali. La bidimensionalità semplifica alcune analisi, anche se costituisce un limite alla complessità cardiaca.
• Microtessuti 3D vengono ottenuti utilizzando cardiomiociti da iPSC, fibroblasti primari o derivati de iPSC e cellule endoteliali derivate da iPSC. Questo modello è ottimale per migliorare la maturità dei cardiomiociti e simulare la tridimensionalità del tessuto cardiaco.

Un altro approccio utilizzato è la generazione di organoidi cardiaci. Si tratta di sistemi 3D (sferoidi del diametro di qualche centinaio di micrometri), con contrazione autonoma, in cui le iPSC differenziano in diversi tipi cardiaci (e.g. cardiomiociti atriali/ventricolari, fibroblasti, epicardio) e si organizzano nello spazio (e.g. formando camere cardiache). Questi sistemi complessi permettono il raggiungimento di un alto livello di maturità dei diversi tipi cellulari e sono in grado di ricapitolare alcune funzioni cardiache, necessarie per simulare l’avanzamento di cardiomiopatie e la risposta a farmaci (e.g. attività elettrica, contrattile, deposizione di matrice patologica).