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Nella nostra vita quotidiana ci imbattiamo in diverse sostanze chimiche interferenti endocrine, come il bisfenolo-A, gli estrogeno-mimetici e i ritardanti di fiamma; l’esposizione ad esse è stata associata a vari impatti sulla salute, come infertilità, obesità e cancro.
Tradizionalmente, i ricercatori hanno studiato i potenziali effetti degli interferenti endocrini mediante l’impiego di colture cellulari 2D e modelli animali; tuttavia, mentre il primo metodo manca di precisione, il secondo sarà gradualmente eliminato in tutta l’UE come parte integrante dell’impegno assunto dalla Commissione per il benessere degli animali.
Il progetto SCREENED offre un’unica soluzione per entrambi i problemi. Coordinato da Lorenzo Moroni, direttore dell’Istituto MERLN per la medicina rigenerativa ispirata alla tecnologia nei Paesi Bassi, il team del progetto ha sviluppato innovativi saggi cellulari in 3D che permettono di modellare la tiroide umana.
Organo su chip
Il progetto si prefigge di superare i limiti che affliggono le tradizionali colture cellulari 2D e i modelli animali, in particolare per quanto riguarda la sensibilità e la specificità. Come spiega Moroni, «la maggior parte dei test impiegati per verificare gli effetti delle sostanze chimiche interferenti endocrine sulla tiroide si basa tuttora su modelli di coltura cellulare 2D». Spesso vengono utilizzate linee cellulari di origine malata, in quanto forniscono un modello che ricorda da vicino lo stato patologico della tiroide; ciononostante, secondo Moroni, «esse offrono anche una specificità e una sensibilità limitate quando vengono impiegate per i test sugli interferenti endocrini».
Il team di SCREENED ha affrontato queste limitazioni sviluppando tre diversi modelli tiroidei in 3D. Il primo di questi, messo a punto dall’équipe di Sabine Costagliola presso l’Université Libre de Bruxelles in Belgio, prevede tiroidi semplificate in miniatura, note come organoidi, derivate da cellule staminali umane, che replicano la funzionalità di produzione degli ormoni tiroidei di cui è dotata la tiroide reale. «Siamo riusciti a creare, per la prima volta in assoluto, un modello di follicolo tiroideo derivato da cellule staminali umane», osserva Moroni. Questi organoidi sono alloggiati in un dispositivo di coltura cellulare microfluidico, nell’ambito di un modello di «organo su chip» che imita l’ambiente naturale delle cellule tiroidee.
Il secondo modello, sviluppato dall’Università di Parma, si avvale di strutture di tessuto appositamente preparate che ricreano in maniera fedele la composizione naturale della ghiandola tiroidea, migliorandone la struttura e la funzione. Infine, il terzo e ultimo modello prevede strutture stampate in 3D che replicano la forma e la disposizione della ghiandola tiroidea, compresa la rete di vasi sanguigni che la sostiene. I modelli sono alloggiati in un microbioreattore modulare dotato di un’innovativa tecnologia di rilevamento, in modo da controllare con precisione le condizioni di coltura delle cellule.
Comprendere gli interferenti endocrini
Gli approcci innovativi adottati da SCREENED non si limitano a queste complesse strutture 3D; il progetto ha comportato inoltre una nuova e migliore comprensione dei marcatori biologici delle sostanze chimiche interferenti endocrine, svelando così le modalità con cui esse influenzano la funzione tiroidea. «La nostra innovazione si basa su più pilastri», aggiunge Moroni, che continua: «Questi nuovi modelli cellulari sono stati coltivati in un chip 3D o in un costrutto bio-stampato, entrambi in grado di fornire una maggiore sensibilità agli interferenti endocrini selezionati.»
Il potenziale impatto esercitato dalla ricerca svolta da SCREENED è ampio: fornendo banchi di prova di alta qualità, il progetto potrebbe infatti consentire di individuare le sostanze chimiche con effetti di interferenza endocrina in fasi di esposizione molto più precoci rispetto al passato. «La maggiore specificità e sensibilità alle sostanze chimiche interferenti endocrine che abbiamo dimostrato potrebbe fornire un banco di prova di alta qualità per lo screening degli effetti putativi di tali sostanze a dosi inferiori», afferma Moroni.
Inoltre, l’adozione di questi saggi 3D avanzati potrebbe ridurre la dipendenza dalla sperimentazione animale, permettendo l’allineamento alle considerazioni etiche e alle tendenze normative verso metodi di ricerca più umani. Questo approccio ci aiuta a comprendere il modo in cui l’esposizione a determinate sostanze possa portare a effetti negativi sullo sviluppo e sulla funzione della tiroide. Utilizzando tecniche avanzate per lo studio di proteine e geni, congiuntamente a modelli informatici, gli scienziati hanno la possibilità di tracciare le fasi dall’esposizione iniziale all’impatto finale sulla salute, nell’ambito di un metodo che supporta l’idea di mappare l’intero processo al fine di prevedere e prevenire meglio gli esiti dannosi.
Guardando al futuro, Moroni e il suo team hanno in programma di approfondire la propria ricerca. Nonostante non abbia ancora ottenuto ulteriori finanziamenti, la squadra di SCREENED rimane ottimista sulle prossime opportunità di dar seguito al suo lavoro innovativo.