I mini-polmoni umani coltivati dagli scienziati dell’Università di Manchester possono imitare la risposta degli animali quando esposti a determinati nanomateriali. Lo studio è pubblicato su Nano Today .
Anche se non si prevede che sostituiranno completamente i modelli animali, gli organoidi umani potrebbero presto portare a riduzioni significative del numero degli animali da ricerca, sostiene il team guidato dalla biologa cellulare e nanotossicologa Dr. Sandra Vranic.
Coltivati in una capsula da cellule staminali umane, gli organoidi polmonari sono strutture multicellulari tridimensionali che mirano a ricreare le caratteristiche chiave dei tessuti umani come la complessità e l'architettura cellulare. Sono sempre più utilizzati per comprendere meglio varie malattie polmonari, dalla fibrosi cistica al cancro ai polmoni, e malattie infettive tra cui la SARS-CoV-2.
Tuttavia, la loro capacità di catturare le risposte dei tessuti all’esposizione ai nanomateriali non è stata finora dimostrata. Per esporre il modello organoide a nanomateriali a base di carbonio, il dottor Rahaf Issa, scienziato capo del gruppo del dottor Vranic, ha sviluppato un metodo per dosare e microiniettare accuratamente i nanomateriali nel lume dell'organoide. Ha simulato l'esposizione reale dell'epitelio polmonare apicale, lo strato più esterno di cellule che rivestono i passaggi respiratori all'interno dei polmoni.
I dati esistenti sulla ricerca sugli animali hanno dimostrato che un tipo di nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) lunghi e rigidi può causare effetti avversi sui polmoni, portando a infiammazione persistente e fibrosi, un tipo grave di cicatrici irreversibili nei polmoni.
Utilizzando gli stessi endpoint biologici, gli organoidi polmonari umani del team hanno mostrato una risposta biologica simile, il che li convalida come strumenti per prevedere le risposte guidate dai nanomateriali nel tessuto polmonare. Gli organoidi umani hanno consentito una migliore comprensione delle interazioni dei nanomateriali con il tessuto modello, ma a livello cellulare.
Si è scoperto che l'ossido di grafene (GO), una forma piatta, sottile e flessibile di nanomateriale di carbonio, è momentaneamente intrappolato fuori pericolo in una sostanza prodotta dal sistema respiratorio chiamata mucina secretoria. Al contrario, MWCNT ha indotto un'interazione più persistente con le cellule alveolari, con una secrezione di mucina più limitata e portando alla crescita di tessuto fibroso.
In un ulteriore sviluppo, il Dr. Issa e Vranic del Centro di nanotecnologia in medicina dell'Università stanno ora sviluppando e studiando un organoide polmonare umano innovativo che contiene anche un componente cellulare immunitario integrato.
Il dottor Vranic ha affermato:"Con un'ulteriore convalida, un'esposizione prolungata e l'incorporazione di un componente immunitario, gli organoidi polmonari umani potrebbero ridurre notevolmente la necessità di animali utilizzati nella ricerca sulla nanotossicologia.
"Sviluppato per incoraggiare la ricerca sugli animali, le 3R di sostituzione, riduzione e perfezionamento sono ora integrate nella legge del Regno Unito e in molti altri paesi.
"L'atteggiamento del pubblico dimostra costantemente che il sostegno alla ricerca sugli animali è subordinato alla messa in pratica delle 3R."
Il professor Kostas Kostarelos, titolare della cattedra di Nanomedicina presso l'Università, ha affermato:"Gli attuali 'test 2D' dei nanomateriali che utilizzano modelli di colture cellulari bidimensionali forniscono una certa comprensione degli effetti cellulari, ma sono così semplicistici in quanto possono solo parzialmente rappresentare il complesso modo in cui le cellule comunicano". tra loro certamente non rappresentano la complessità dell'epitelio polmonare umano e possono travisare il potenziale tossico dei nanomateriali, nel bene e nel male.
"Sebbene gli animali saranno ancora necessari nella ricerca nel prossimo futuro, gli organoidi '3D' rappresentano comunque una prospettiva entusiasmante nel nostro campo di ricerca e nella ricerca più in generale come equivalente umano e alternativa animale."
Ulteriori informazioni: Rahaf Issa et al, Organidi polmonari umani funzionanti modellano la risposta del tessuto polmonare da esposizioni a nanomateriali di carbonio, Nano Today (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254
Informazioni sul giornale: Nano oggi
Fornito dall'Università di Manchester
