Rigenerare organi

Lucas Massella è nato con la spina bifida, un difetto congenito per cui il canale spinale della colonna vertebrale non si chiude correttamente in fase fetale.
All’età di dieci anni, nel 2001, era gravemente malato. Non poteva correre o giocare all’aperto con i suoi amici. Poteva a malapena andare a scuola. Nel caso di Lucas, il difetto alla colonna vertebrale ha portato alla paralisi della vescica. Quando la vescica non funziona correttamente, l’urina può refluire verso i reni e danneggiarli e se i reni non funzionano le sostanze di rifiuto si accumulano e portando ad un danno renale che può essere letale. Nonostante 16 interventi chirurgici, i reni di Luca erano in grave pericolo. Stava perdendo peso e non era in grado di avere una vita normale. Le alternative erano poche: trapianto di rene o dialisi per tutta la vita. La famiglia di Lucas decide, quindi, di tentare un trapianto sperimentale, mai eseguito prima. Alcune cellule di Lucas vengono prelevate e messe in coltura e due mesi dopo una stampante 3D “stampa” una nuova vescica da trapiantare. L’intervento riesce perfettamente, salva i reni e riporta Lucas in salute tanto che diventerà il capitano della squadra di wrestling del suo liceo.

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Il medico che ha eseguito questo rivoluzionario intervento è il dott. Anthony Atala, direttore del Wake Forest Institute per la Medicina rigenerativa (WFIRM), a Winston-Salem, N.C.

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Che cos’è la medicina rigenerativa?

La medicina rigenerativa è una branca della medicina che ha lo scopo di sostituire e rigenerare le cellule di tessuti o organi di pazienti che hanno subito una lesione o che hanno avuto una malattia che ha danneggiato in modo permanente i loro tessuti. I ricercatori stanno scoprendo come coltivare alcuni di questi tessuti a partire dalle cellule dei pazienti stessi, riducendo così la necessità di organi di donatori e l’uso a lungo termine di farmaci immunosoppressori. Il Wake Forest Institute per la medicina rigenerativa sta studiando tecniche per la crescita di tessuti sostitutivi e organi per più di 30 parti del corpo, tra cui pelle, vescica, fegato, reni e orecchie. La stampante 3D utilizzata per creare organi, come la vescica di Lucas, utilizza, come “inchiostro”, una soluzione di cellule in sospensione in un gel a base di acqua (idrogel). I tessuti e gli organi, prodotti a partire da uno stampo in materiale sintetico biodegradabile, sono composti da un reticolo di sottili canali attraverso cui acqua, ossigeno e sostanze nutritive possono raggiungere le cellule trattenute nel gel. Man mano che le cellule colonizzano la “protesi” biodegradabile, questa si dissolverà fino a scomparire completamente.

La storia di Lucas Massella e del Dott. Atala sono un Engage perfetto per le mie lezioni di istologia. Dopo aver visto i video discutiamo un po’:

• Che cos’è l’istologia?
• Da cosa sono composti gli organi?
• Quali tipi di tessuto conoscete?
• In che modo conoscere l’istologia può aiutare lo sviluppo della medicina rigenerativa?
• Quali tipi di malattie e condizioni di salute possono trarre beneficio da questa tecnologia?
• Quando potremo beneficiare di questa tecnologia?

L’argomento appassiona e cattura l’interesse dei ragazzi, per cui approfondisco la questione ancora un po’ mostrando anche altre opzioni.

Ad esempio, invece di ricostruire un organo da zero è possibile partire da un organo decellularizzato. Per costruire un nuovo cuore, ad esempio, per prima cosa, grazie a particolari detergenti, si devono rimuovere tutte le cellule da un organo donatore (in questo caso di maiale) ottenendo così una sorta di impalcatura proteica che viene “seminata” con cellule che cresceranno grazie a fattori di crescita e a stimolazione meccanica fino a ricreare un nuovo organo completo. Il cuore di maiale prodotto con questa tecnica, però, è in grado di generare il battito cardiaco ma la forza generata dai tessuti è insufficiente per pompare sangue mentre la conduzione elettrica è ancora molto lenta (Le Scienze 19/08/2013).

Ma ci sono altri esempi di maggiore successo. Nel 2010, a Londra, il chirurgo toracico dell’ospedale di Careggi Paolo Macchiarini, insieme a un equipe di medici inglesi, ha trapiantato con successo in un bambino di 10 anni una trachea umana che è stata decellularizzata e ricoperta con cellule staminali e respiratorie del paziente.

Se (beati voi!) disponete di un laboratorio ben attrezzato potreste mostrare il processo facendo decellularizzare un frammento di tessuto ai vostri ragazzi. Servono un tampone fosfato salino (PBS) e una soluzione di Sodio dodecil solfato (SDS)  al 10%. La decellularizzazione di organi interi richiede molti giorni per cui è più pratico utilizzare materiali più sottili come ad esempio una vena (si potrebbe chiedere ad un macellaio di fiducia). I tessuti vengono quindi lavati con la soluzione di SDS che si lascerà agire per circa tre giorni. Prima e dopo la decellularizzazione, gli studenti osserveranno il tessuto al microscopio.

Io non dispongo (ancora!) di queste sostanze ma ho letto che il sodio dodecil solfato (detto anche laurilsolfato di sodio o sodio laurilsolfato), è un tensioattivo utilizzato in molti prodotti come dentifrici, shampoo, schiuma da barba e bolle di sapone grazie al suo effetto schiumogeno per cui, in mancanza d’altro, varrebbe la pena di fare un tentativo anche con questi. Che ne dite? Avete suggerimenti?

A questo punto siamo pronti ad esplorare i tessuti. Solitamente non mi accontento di spiegare semplicemente la struttura e la funzione dei diversi tipi di tessuti. Estrapolate da un contesto concreto agli occhi dei ragazzi queste informazioni sono solo una lunga lista senza senso né utilità. Quindi, dopo una introduzione teorica, i miei ragazzi imparano a studiarne le caratteristiche attraverso l’osservazione di preparati istologici al microscopio seguita da un’attività cooperativa di “riconoscimento” dei tessuti da immagini plastificate senza didascalia.

Osservare, disegnare e cercare di riconoscere il tessuto a partire dalle caratteristiche osservate non solo affina la loro capacità di compiere osservazioni ma porta una una più profonda comprensione anche delle strutture studiate. A casa, poi, rinforzo l’esercizio segnalando alcuni siti che offrono una vasta collezione di preparati.

In fase di interrogazione ripropongo sempre una delle immagini dei tessuto osservati in classe e chiedo loro di spiegarmi il processo che utilizzano per cercare di identificarlo. Può sembrare un tantino eccessivo, lo so, ma vi assicuro che i ragazzi riescono sempre a cavarsela, anzi si divertono perché tutti riconoscono sempre il “vetrino” proposto. E voi? Che cosa fate quando spiegate un po’ di istologia?

Atlanti di istologia virtuale:

• http://www.istologia.unige.it/styled-19/index.html
• http://histologyguide.com/
• https://quizlet.com/2621787/histology-lab-photo-quiz-flash-cards/
• http://www.wesapiens.org/class/2480004/file/0/Simple+squamous+epithelial+tissue

Per ulteriori idee e approfondire la medicina rigenerativa: 

• Lesson Plan for Understanding Regenerative Medicine