Noile tehnologii din biomedicină permit cercetătorilor să studieze bolile folosind structuri celulare care imită organele umane. Aceste modele, create în laborator, oferă o perspectivă mai apropiată de realitatea biologică umană şi ar putea reduce dependenţa de experimentele pe animale.
De zeci de ani, cercetarea biomedicală s-a bazat pe animale precum şoareci, şobolani sau porci. La nivel mondial, se estimează că sunt folosite anual aproape 200 de milioane de animale în experimente. Deşi aceste modele au contribuit la descoperiri medicale importante, ele nu reflectă întotdeauna fidel modul în care funcţionează organismul uman.
În acest context, cercetătorii utilizează tot mai frecvent organoizi, structuri 3D obţinute din celule stem umane. Acestea reproduc parţial tipurile de celule şi interacţiunile existente în organele reale. Pentru că sunt derivate din celule umane, ele permit studierea bolilor direct pe ţesuturi asemănătoare celor din organism.
Interesul pentru organoizi este deosebit de mare în cercetarea creierului, un organ dificil de studiat.
Afecţiunile neurologice implică modificări complexe în numeroase tipuri de celule şi circuite neuronale, iar ţesutul cerebral nu poate fi prelevat uşor de la persoane sănătoase.
Ce sunt organoizii cerebrali? Credit: NIH/NIEHS
În boala Alzheimer, de exemplu, considerată o problemă de sănătate în creştere la nivel mondial, mai ales pe măsură ce populaţia îmbătrâneşte, dezvoltarea tratamentelor s-a dovedit extrem de dificilă: o analiză a studiilor desfăşurate pe parcursul a două decenii a arătat că 98 de candidaţi de medicamente au eşuat în studiile clinice, în timp ce doar doi au avut succes.
Un motiv important este că medicamentele eficiente la animale nu funcţionează întotdeauna la oameni. Deşi există asemănări biologice, diferenţele dintre specii limitează capacitatea modelelor animale de a reproduce structura şi complexitatea creierului uman. În plus, modelele tradiţionale folosesc adesea culturi celulare bidimensionale, în care celulele cresc în straturi plate, fără interacţiunile tridimensionale din ţesuturile reale.
Organoizii schimbă această abordare.
În 2013, cercetătorii au demonstrat că organoizi cerebrali obţinuţi din celule stem umane se pot organiza spontan în structuri asemănătoare creierului în dezvoltare. Aceste „mini-creiere” conţin mai multe tipuri de celule nervoase şi reproduc anumite etape timpurii ale dezvoltării cerebrale. Ele sunt folosite pentru studierea unor afecţiuni neurodegenerative precum autismul, boala Alzheimer sau scleroza laterală amiotrofică (SLA).
Pe lângă creier, au fost dezvoltaţi organoizi care imită intestinul, ficatul, rinichiul sau pancreasul. Aceste modele permit studierea bolilor şi testarea substanţelor pe ţesuturi similare celor umane.
Aceste modele le permit cercetătorilor să studieze bolile şi să testeze substanţe pe ţesuturi asemănătoare celor umane, în locul animalelor.
De exemplu, organoizii ar putea fi folosiţi, în viitor, pentru a evalua toxicitatea unor substanţe candidat de medicament la nivelul mai multor organe, utilizând celule provenite de la persoane diferite.
În unele laboratoare, organoizii sunt utilizaţi pentru a analiza diversitatea celulară şi inflamaţia în pancreas în condiţii 3D, imposibil de observat în culturile clasice.
Un avantaj important al organoizilor este că pot reflecta diversitatea umană.
Animalele de laborator sunt, de obicei, identice genetic, ceea ce nu corespunde variaţiei din populaţia umană.
Organoizii pot fi obţinuţi din celulele unor pacienţi diferiţi, permiţând studierea modului în care bolile evoluează în contexte genetice variate.
Această caracteristică deschide calea către medicina personalizată. Cercetătorii pot testa tratamente pe organoizi derivaţi de la pacienţi înainte de administrarea acestora. De exemplu, astfel de modele pot anticipa răspunsul la chimioterapie în cancerul colorectal metastatic.
În acelaşi timp, organoizii proveniţi de la mai multe persoane pot oferi o imagine mai realistă asupra modului în care populaţia răspunde la un medicament, ceea ce poate creşte şansele de succes în studiile clinice.
Organoizii sunt consideraţi instrumente importante pentru descoperirea de medicamente şi evaluarea siguranţei acestora.
Unii cercetători cred că ar putea înlocui animalele în anumite domenii.
Această direcţie este în linie cu principiile „3R” din cercetarea pe animale - reducere, îmbunătăţire şi înlocuire. În acest context, Institutele Naţionale de Sănătate (NIH) din Statele Unite au anunţat că vor prioritiza tehnologiile bazate pe modele umane.
Pionierii din acest domeniu sunt optimişti. Hans Clevers, un cercetător de referinţă care a contribuit la dezvoltarea organoizilor intestinali, a sugerat că aceştia ar putea înlocui animalele, în următoarele decenii, în anumite tipuri de teste toxicologice.
Totuşi, organoizii au şi limite. Deşi sunt mai complecşi decât culturile celulare clasice, ei rămân versiuni simplificate ale organelor. Multe nu au vase de sânge, ceea ce le limitează dimensiunea şi maturitatea. De asemenea, nu reproduc complet diversitatea celulară din ţesuturile umane, inclusiv celulele sistemului imunitar. În plus, celulele din organoizi pot suferi stres din cauza condiţiilor de creştere în laborator.
În prezent, organoizii sunt consideraţi un instrument complementar, nu un înlocuitor complet al modelelor animale. Totuşi, această tehnologie, aflată încă în dezvoltare, schimbă deja modul în care sunt studiate biologia umană şi bolile şi ar putea contribui, în timp, la reducerea utilizării animalelor în cercetare.
