Archivi del mese: agosto 2013

Mini-cervello umano da cellule staminali

[Madeline A. Lancaster, Magdalena Renner, Carol-Anne Martin, Daniel Wenzel, Louise S. Bicknell, Matthew E. Hurles, Tessa Homfray, Josef M. Penninger, Andrew P. Jackson & Juergen A. Knoblich. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature, doi: 10.1038/nature12517, 2013.]

Abstract:

La complessità del cervello umano ha reso difficile studiare molti disordini cerebrali in organismi modello, evidenziando la necessità di un modello in vitro di sviluppo del cervello umano. Qui abbiamo sviluppato un sistema di coltura organoide tridimensionale derivante da cellule staminali pluripotenti umane, denominato organoidi cerebrali, che sviluppano varie discrete, anche se interdipendenti, regioni del cervello. Queste includono una corteccia cerebrale contenente popolazioni progenitrici che organizzano e producono maturi sottotipi di neuroni corticali maturi. Inoltre, gli organoidi cerebrali si sono mostrati in grado di ricapitolare le caratteristiche dello sviluppo corticale umano, vale a dire l’organizzazione della zona progenitrice caratteristica con abbondanti cellule staminali gliali radiali esterne. Infine, usiamo l’interferenza RNA e le cellule staminali pluripotenti indotte paziente-specifiche per modellare la microcefalia, un disturbo che è stato difficile da ricapitolare nel topo. Dimostriamo la prematura differenziazione neuronale negli organoidi dei pazienti, un difetto che potrebbe contribuire a spiegare il fenotipo della malattia. Insieme, questi dati mostrano che gli organoidi tridimensionali possono ricapitolare lo sviluppo e la malattia anche in questo più complesso tessuto umano.

Da “Miniature ‘human brain’ grown in lab“:

“La tecnica potrebbe anche essere usata per sostituire i topi e i ratti nella ricerca di farmaci in maniera che i nuovi trattamenti possano essere testati sul tessuto reale del cervello”

Description of cerebral organoid culture system.

Annunci

Bioreattori per costruire modelli in vitro di organi e tessuti

[Vozzi F, Mazzei D, Vinci B, Vozzi G, Sbrana T, Ricotti L, Forgione N, Ahluwalia A. A flexible bioreactor system for constructing in vitro tissue and organ models. Biotechnol Bioeng. 2011 Sep;108(9):2129-40.]

Abstract:

Per sviluppare modelli in vitro di cellule, tessuti e organi abbiamo progettato e realizzato una serie di camere di coltura di cellule. Ciascuna camera è appositamente progettata per simulare una caratteristica particolare dell’ambiente in vivo. Il sistema del bioreattore è facile da usare, e le camere sono facili da realizzare, sterilizzare e assemblare. Inoltre possono essere collegate insieme per simulare cross-talk inter-organi o tessuti. Qui discutiamo la filosofia di progettazione del sistema di bioreattore e poi descriviamo la sua costruzione. I risultati preliminari dei test di validazione ottenuti con epatociti e cellule endoteliali sono anch’essi segnalati. I risultati mostrano che le cellule endoteliali sono estremamente sensibili ai piccoli livelli di sforzo di taglio e che la presenza di segnali eterotipici dalle cellule endoteliali migliora la funzione metabolica endogena degli epatociti.

Modello in vitro di fegato

[Vinci B, Cavallone D, Vozzi G, Mazzei D, Domenici C, Brunetto M, Ahluwalia A. In vitro liver model using microfabricated scaffolds in a modular bioreactor. Biotechnol J. 2010 Feb;5(2):232-41.]

Abstract:

La funzione di epatociti su scaffold 3-D polimerici microfabbricati realizzati con la microsiringa attivata a pressione è stata testata in condizioni statiche e dinamiche. La coltura cellulare dinamica è stata ottenuta utilizzando il sistema di bioreattore multicompartimentale modulare. La densità degli epatociti, il consumo di glucosio e  il tasso di secrezione dell’albumina sono stati misurati giornalmente per più di una settimana. Le cellule seminate sugli scaffold hanno mostrato un aumento della densità delle cellule rispetto ai controlli monostrato. Inoltre, nella coltura dinamica, la funzione metabolica delle cellule è aumentata di tre volte rispetto alle colture statiche monostrato. Questi risultati suggeriscono che la densità cellulare e le interazioni cellula-cellula sono mediate dall’architettura del substrato, mentre le funzioni biochimiche endogene sono regolate da un approvvigionamento sostenibile di nutrienti e di flusso simil-interstiziale. Quindi, una combinazione di scaffold 3-D e condizioni di flusso dinamico sono entrambe importanti per lo sviluppo di un modello di tessuto epatico per le applicazioni nella sperimentazione dei farmaci e nella medicina rigenerativa.

Test in vitro su cellule staminali per rilevare la teratogenicità neurale

[Colleoni S, Galli C, Gaspar JA, Meganathan K, Jagtap S, Hescheler J, Sachinidis A, Lazzari G. (2011) Development of a neural teratogenicity test based on human embryonic stem cells: response to retinoic acid exposure. Tox Sciences, 124(2), 370-377]

Full Text: http://toxsci.oxfordjournals.org/content/124/2/370.full.pdf

Abstract

Lo scopo di questo studio è stato lo sviluppo di un metodo alternativo di test basato su cellule staminali embrionali umane per la tossicità nello sviluppo prenatale, con particolare enfasi sul primo sviluppo neurale. A questo scopo, abbiamo progettato un protocollo in vitro basato sulla generazione di rosette neurali, che rappresenta la controparte in vitro della piastra neurale in via di sviluppo e del tubo neurale, e abbiamo spronato questo modello cellulare complesso con acido retinoico (AR), un noto agente teratogeno. Le cellule sono state esposte a diverse concentrazioni di AR durante il processo di formazione delle rosette. I parametri morfologici e molecolari sono stati valutati nei trattati rispetto a cellule non trattate per rilevare sia la citotossicità che la specifica tossicità neurale. L’analisi trascrittomica è stata eseguita con una piattaforma microarray Affymetrix e validata da una real-time quantitativa PCR per i geni rilevanti al primo sviluppo neurale come HOXA1, HoxA3, Hoxb1, HOXB4, FOXA2, FOXC1, OTX2 e Pax7. I risultati ottenuti hanno dimostrato che le cellule che formano rosette neurali rispondono all’AR con chiara concentrazione-dipendente morfologica, e l’espressione genica cambia notevolmente similmente a quella indotta in vivo, nel tubo neurale in via di sviluppo, dall’esposizione all’ AR. Questa stretta corrispondenza indica che il protocollo della rosetta neurale descritto è in grado di rilevare specifici meccanismi teratogeni causando perturbazioni del primo sviluppo neurale e rappresenta quindi un test alternativo promettente per la tossicità nello sviluppo prenatale umano.

La sicurezza e l’efficacia dei trattamenti può essere solo speculata dagli studi su animali

[Ioannidis JP. Extrapolating from animals to humans. Sci Transl Med. 2012 Sep 12;4(151):151ps15. doi: 10.1126/scitranslmed.3004631.] 

Fig. 1.

Full Text: http://stm.sciencemag.org/content/4/151/151ps15.full

Abstract:

A causa di una varietà di rischi, la sicurezza e l’efficacia degli interventi nei soggetti umani può essere solo speculata dagli studi su animali. Un’attenta sintesi dei dati di più studi su animali è necessaria per iniziare a valutare la probabilità di riuscita traslazione inter-specie (Fay et al., in questo numero).

Nel testo:

“A causa di questi rischi, è quasi impossibile fare affidamento sulla maggior parte dei dati ottenuti su animali per predire se un certo intervento avrà o no un rapporto favorevole rischi-benefici a livello clinico in soggetti umani”

Scoperte della ricerca incentrata sull’uomo: la stimolazione cerebrale profonda

[Greek R, Hansen LA (2012) The Development of Deep Brain Stimulation for Movement Disorders. J Clinic Res Bioeth 3:137. doi: 10.4172/2155-9627.1000137]

Full Text: http://www.omicsonline.org/2155-9627/2155-9627-3-137.pdf

Abstract:

Lo sviluppo della stimolazione cerebrale profonda ha rivoluzionato la cura per i pazienti con disturbi del movimento come il morbo di Parkinson. Molte aree della scienza hanno contribuito a questa tecnologia, tranne un settore, l’utilizzo di modelli animali, che è stato citato come vitale. Esaminiamo queste affermazioni così come la storia delle scoperte che alla fine hanno portato alla stimolazione cerebrale profonda nel tentativo di accertare: 1) i contributi dei modelli animali; 2) i contributi della ricerca incentrata sull’uomo e dell’osservazione, e il ruolo dei progressi nell’ingegneria, nella fisica e nell’informatica. Distinguiamo tra progressi e scoperte che erano, o almeno sembrano essere, dipendenti dai modelli animali e quelli in cui sono stati coinvolti gli animali, ma che si sarebbero verificati, e/o si sono verificati contemporaneamente, con la ricerca incentrata sull’uomo. Concludiamo che la ricerca sugli animali ha giocato un ruolo nel definire l’anatomia grossolana nel 19° e nell’inizio del 20° secolo, ma che essenzialmente tutti i progressi successivi erano basati sull’uomo o secondari ai progressi nelle scienze fisiche e applicate. Questo ha implicazioni storiche, finanziarie ed etiche dato che lo sviluppo della stimolazione cerebrale profonda è citato come un esempio dell’importanza della ricerca sugli animali e un motivo di costante sostegno sociale e finanziario ai modelli animali in generale, al contrario della ricerca clinica, di altre modalità di ricerca basate sull’uomo, e delle varie discipline delle scienze fisiche e applicate.

REACH, modelli animali e prevenzione dei rischi

[Andre Menache and Candida Nastrucci. REACH, animal testing, and the precautionary principle. Dovepress Journal. 2012:2 Pages 13 – 29.]

Full Text: http://www.dovepress.com/getfile.php?fileID=13557

Abstract:

Si sa relativamente poco sulla tossicità delle molte sostanze chimiche oggi esistenti. Ciò ha indotto le autorità di regolamentazione dell’Unione Europea ad avviare un importante programma di sperimentazione sulle sostanze chimiche, noto come Registrazione, Valutazione, Autorizzazione e Restrizione delle Sostanze Chimiche (REACH). Sebbene l’elemento trainante di REACH sia apparentemente basato sul principio di precauzione, nella pratica l’evidenza suggerisce che sia più orientato alla valutazione dei rischi che alla precauzione. Inoltre, i metodi per i test utilizzati per stimare il rischio chimico sollevano questioni sull’efficacia di REACH nel raggiungere il suo scopo dichiarato di proteggere la salute umana e l’ambiente. Questi test si affidano in gran parte a modelli animali. Tuttavia, basandosi sull’evidenza empirica e su consolidati principi di biologia evolutiva e dei sistemi complessi, il modello animale fallisce come modalità predittiva per gli esseri umani. A loro volta, dette pratiche sollevano importanti questioni etiche e legali che devono essere affrontate con urgenza. Misure immediate dovrebbero includere un importante programma di biomonitoraggio che valuti in maniera attendibile il “fardello chimico” sui cittadini dell’Unione Europea, in modo da dare la priorità alle sostanze più pericolose presenti nell’ambiente. I biomarcatori di sangue e urina sono strumenti utili con i quali implementare il biomonitoraggio e contribuire a guidare la linea politica pubblica. Un paradigma ecologico, basato sulla prevenzione dell’inquinamento, piuttosto che sul controllo dell’inquinamento e la stima del rischio di singole sostanze chimiche, rappresenta una strategia migliore per impedire l’inquinamento chimico globale e i rischi di tossicità per la salute umana. 

Video abstract: