Organoidi cerebrali, nuova frontiera per lo studio delle malattie neurodegenerative
Li potremmo chiamare cervelli in pillole o, più propriamente, modellini in 3D molto, ma molto piccoli, nell’ordine di millimetri, che si attivano e si spengono a richiesta e che saranno utili allo studio del metabolismo dei neuroni del sistema nervoso centrale e delle sue alterazioni.
Sono gli organoidi di cervello umano, appositamente realizzati per il progetto NAP – twiN-on-a-chip brAins for monitoring individual sleeP habits – acromino scelto anche per l’assonanza con la parola inglese “nap,” che significa pisolino. Il progetto, infatti, si interessa allo studio del sonno come fattore chiave nelle degenerazioni di queste cellule, con un ruolo anche nello sviluppo di malattie neurodegenerative, come il Parkinson.
Organoidi cyborg, con componenti biologiche ed elettroniche
Chiara Magliaro, ingegnera del Centro di Ricerca E. Piaggio, dell’Università di Pisa, nonché coordinatrice del progetto NAP, spiega cosa sono e come sono costruiti gli organoidi cyborg di cervello.
gli organoidi di cervello cyborg rappresentano la tecnologia cardine che svilupperemo durante il progetto NAP. Si tratta di un procedimento simile a quello per la generazione di organoidi di cervello generati a partire da cellule staminali pluripotenti indotte, che si differenziano in neuroni e ricreano le caratteristiche anatomiche salienti e le funzionalità del cervello umano. Nel caso degli organoidi cyborg le cellule staminali sono indotte a differenziarsi in un contenitore dotato di molti elettrodi sottilissimi: in questo modo, possiamo “spiare le conversazioni” tra tutti i neuroni differenziati. Parliamo di organoide cyborg perché, insieme alla componente biologica, le cellule, c’è la componente elettronica che permette di monitorare i segnali elettrofisiologici dei neuroni”.
Per che cosa sono impiegati organoidi di cervello nell’ambito della ricerca?
gli organoidi di cervello sono utilizzati per lo studio dei meccanismi molecolari e cellulari caratterizzanti malattie neurodegenerative, come l’Alzheimer, e quella del neurosviluppo. Questo vale per gli organoidi di cervello, ma non per gli organoidi cyborg, che verranno generati per la prima volta nell’ambito del progetto NAP, quindi al momento, non hanno applicazioni”.
Qual è l’obiettivo del progetto NAP? Come si sviluppa e com’è strutturato?
il progetto NAP ha come obiettivo quello di utilizzare per la prima volta gli organoidi cerebrali, per studiare il sonno e i suoi disturbi. Grazie all’utilizzo delle cellule pluripotenti indotte di specifici individui, gli organoidi permetteranno lo studio del sonno in maniera personalizzata. Durante il progetto, si misurerà in laboratorio il metabolismo e la massa degli organoidi cerebrali, poiché tali parametri, in tutti gli esseri viventi, sono intimamente legati ai ritmi di sonno e veglia. Si utilizzeranno tali informazioni per “svegliare” gli organoidi ciclicamente seguendo ritmi fisiologici o simulando la privazione di sonno. Grazie agli organoidi cyborg di cervello, che realizzeremo per la prima volta durante il progetto, si potrà valutare la funzionalità di tutti i neuroni negli organoidi cerebrali. Si identificheranno quindi gli effetti della deprivazione del sonno e cercheremo di individuare precocemente sintomi del morbo di Parkinson, legati ai disturbi del sonno, in maniera personalizzata”.
“Per raggiungere tali obiettivi, il progetto NAP – specifica Chiara Magliaro – che ha avuto inizio il 1° marzo 2023, coinvolge un consorzio internazionale multidisciplinare, con competenze che spaziano dall’ingegneria biomedica alle biotecnologie, dalla microfabbricazione all’analisi dei segnali. Tale consorzio, coordinato dall’Università di Pisa, è composto da altri due enti di ricerca, l’Università di Friburgo (Germania) e l’Università di Amsterdam (Olanda) e da tre imprese, Organotherapeutics Gmbh (Lussemburgo), Atlas Neuroengineering (Belgio) e SleepActa, spin-off dell’Università di Pisa”.
In futuro, gli organoidi potranno essere utilizzati per la medicina personalizzata?
gli organoidi sono considerati una delle tecnologie biomediche più promettenti nell’ottica della medicina di precisione e personalizzata. Con NAP speriamo di supportare ed incentivare il loro utilizzo per la diagnosi e il trattamento personalizzato di diverse neuropatie”.
