Un dispositivo capace di ospitare cellule viventi e, soprattutto, di replicare i movimenti ritmici tipici dell’organo reale: nasce così un nuovo modello di intestino artificiale messo a punto da un team di scienziati dell’Università di Pisa in collaborazione con il Brigham and Women’s Hospital e la Harvard Medical School di Boston. Si tratta di un bioreattore in grado di simulare la peristalsi intestinale, riproducendo le sollecitazioni meccaniche che le cellule intestinali sperimentano costantemente nel nostro organismo.
La ricerca, apparsa sulla rivista scientifica Results in Engineering, apre scenari significativi non solamente per lo studio delle patologie gastrointestinali e per la messa a punto di nuovi trattamenti farmacologici, ma anche per un traguardo sempre più importante nel panorama scientifico attuale: la progressiva diminuzione del ricorso agli animali nei test di laboratorio.
Il dispositivo nasce dal lavoro del team di biofabbricazione guidato dal professor Giovanni Vozzi, appartenente al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e al Centro di Ricerca “E. Piaggio” dell’ateneo pisano, che ha collaborato con il professor Yu Shrike Zhang, esperto del Brigham and Women’s Hospital e della Harvard Medical School.
Il funzionamento del nuovo dispositivo bioreattore
Volevamo andare oltre i limiti dei modelli attualmente in uso, che ricreano solo parzialmente l’ambiente intestinale – ha dichiarato il professor Giovanni Vozzi – Abbiamo dimostrato come il movimento meccanico dell’intestino rappresenti non un mero aspetto fisiologico secondario, ma un elemento fondamentale per lo sviluppo di tessuti più fedeli alla realtà. Avere a disposizione modelli capaci di replicare fedelmente il comportamento dell’intestino umano significa poter analizzare con maggiore accuratezza le patologie, testare l’efficacia di nuove terapie farmacologiche e diminuire gradualmente il bisogno di sperimentazione sugli animali.
Il dispositivo creato dagli scienziati dell’Università di Pisa, in sinergia con il Brigham and Women’s Hospital e la Harvard Medical School, è un bioreattore progettato per replicare in ambiente controllato condizioni molto più vicine a quelle dell’intestino umano autentico.
Diversamente dalle classiche colture cellulari statiche, questo sistema espone le cellule a stimoli meccanici ritmici che imitano la peristalsi, ovvero le contrazioni muscolari che consentono all’intestino di spostare il proprio contenuto. Questo tipo di stimolazione non è un elemento marginale: gli studiosi hanno riscontrato che favorisce l’auto-organizzazione delle cellule in strutture tridimensionali paragonabili ai villi intestinali, conferendo al tessuto un aspetto più autentico.
Il sistema riesce anche a preservare la vitalità cellulare per un periodo minimo di 28 giorni, presenta una struttura modulare e comporta costi di produzione relativamente accessibili. Guardando al futuro, potrà essere integrato con altri modelli biologici, come quello relativo al microbiota intestinale, per costruire sistemi ancora più sofisticati capaci di simulare le connessioni tra intestino, cuore e cervello.
Le implicazioni per una scienza più responsabile
L’elemento più significativo dal punto di vista etico riguarda la possibilità di sostituire, in parte degli esperimenti, i modelli animali con modelli umani più evoluti. Attualmente numerosi studi riguardanti patologie, tossicità e nuovi farmaci continuano a servirsi di modelli animali, poiché le semplici colture cellulari non sono in grado di riprodurre la complessità di un organo vivo. Un bioreattore che riesce a imitare più fedelmente la fisiologia intestinale può invece fornire dati maggiormente applicabili all’essere umano, permettendo di condurre alcuni test senza il coinvolgimento di animali, oppure riducendone significativamente il numero nelle fasi successive della ricerca scientifica.
Questa visione si inserisce nel principio delle “3R”: Replacement, ovvero sostituire gli animali laddove esistano metodologie alternative valide; Reduction, diminuirne il numero utilizzato; e Refinement, minimizzare dolore e sofferenza quando il loro utilizzo risulti ancora indispensabile. Non si tratta dunque di abolire istantaneamente ogni tipologia di sperimentazione animale, quanto piuttosto di rendere disponibili, in modo progressivo, strumenti che consentano alla ricerca scientifica di affrancarsi gradualmente dal ricorso agli animali, lavorando contemporaneamente su modelli sempre più affini alla biologia umana.