Il pancreas umano in un chip per studiare la malattia

Il pancreas umano in un chip per studiare la malattia

Il pancreas umano in un minuscolo dispositivo. Gli organoidi cresciuti nel dispositivo microfluidico possono aiutare i pazienti affetti da diabete.

Gli scienziati hanno creato il pancreas umano su un chip che ha permesso loro di identificare la possibile causa di una frequente e mortale complicazione della fibrosi cistica (CF) chiamata diabete correlato alla fibrosi cistica o CFRD (CF-Related Diabetes). Secondo i ricercatori del Cincinnati Children's Hospital Medical Center, la cui ricerca è stata pubblicata su Nature Communications, (1) il chip si potrebbe utilizzare anche come dispositivo bicamerale. Ciò presenterebbe organoidi pancreatici umani bioingegnerizzati per studiare le cause di condizioni non correlate alla CF (fibrosi cistica) come il diabete di tipo 1 e 2.

Tuttavia, per prima cosa, gli scienziati vogliono verificare se il loro dispositivo può aiutare le persone con CF (fibrosi cistica) - una malattia polmonare genetica causata da una mutazione del gene CFTR (CF-Related Diabetes). La mutazione porta ad uno squilibrio di acqua e sale sulle superfici cellulari che ostruisce i polmoni con muco denso.

Man mano che le persone con FC invecchiano, diventano sempre più a rischio di CFRD, secondo il dottor Anjaparavanda P. Naren, (2) ricercatore principale dello studio e direttore del Centro di ricerca sulla fibrosi cistica (divisione di medicina polmonare). A peggiorare le cose è che fino ad ora non c'è stato un modo efficace per studiare CFRD in laboratorio per cercare trattamenti migliori.

il dottor Anjaparavanda P. Naren spiega: “i modelli murini di CF (fibrosi cistica) non ricreano fedelmente il diabete correlato alla CF in laboratorio e non è stato possibile studiare la malattia in maniera esaustiva come abbiamo fatto in questo studio. La nostra tecnologia ricorda da vicino il pancreas umano e potenzialmente potrebbe aiutarci a trovare misure terapeutiche per gestire lo squilibrio del glucosio nelle persone con CF, che è collegato all'aumento della malattia e al decesso.”

La tecnologia del chip in vitro può essere utilizzata per studiare lo squilibrio del CFRD (CF-Related Diabetes) e del glucosio in individui specifici con la condizione, creando il potenziale per diagnosticare diverse manifestazioni della malattia su una base altamente personalizzata. Il chip può aiutare a misurare la variabilità nelle misure del glucosio di persone diverse, determinare la correlazione dei livelli di glucosio con il tipo di mutazione del gene CFTR e testare interventi su piccole molecole.

Sebbene le mutazioni nel gene CFTR siano note per causare la fibrosi cistica, il suo ruolo nel CFRD (CF-Related Diabetes) non è chiaro. Per rispondere a questa domanda, i ricercatori hanno iniziato isolando le cellule epiteliali del dotto pancreatico e le isole pancreatiche donate da pazienti chirurgici. Gli organoidi duttali sono stati coltivati in un dispositivo bicamerale trasparente chiamata microuidic device, che conteneva specifiche soluzioni biochimiche per generare il “pancreas-on-a-chip”. Le cellule epiteliali duttali sono state coltivate nella camera superiore e le cellule delle isole pancreatiche erano nella camera inferiore, separate da un sottile strato di membrana porosa che permetteva alle diverse camere di interagire.

Le cellule sono cresciute e si sono espanse in organi pancreatici tridimensionali che imitavano le comunicazioni cellula-cellula e lo scambio di fluidi, simili alla funzione di un pancreas umano sviluppato naturalmente.

Quando i ricercatori hanno testato il pancreas su un chip interrompendo l'espressione del gene CFTR, ha compromesso la comunicazione cellula-cellula, lo scambio di liquidi e ha influenzato negativamente la funzione endocrina. Ciò ha causato una carenza di insulina e ricreato il processo della malattia CFRD simile a quello osservato nel pancreas di una persona. Il team ha affermato che questo risultato ha confermato che il gene CFTR ha un ruolo diretto nella regolazione della secrezione di insulina e nella causa del diabete nelle persone con CF.

I dispositivi microfluidici esistono dal 1979, ma le innovazioni nel loro design e funzionalità, specialmente dall'avvento della tecnologia organoide, ora consentono ai ricercatori di bioingegnerizzare i tessuti degli organi umani e imitare la funzione degli organi naturali in un ambiente di laboratorio.

Il team di ricerca, che include il primo autore dello studio e associato di ricerca Kyu Shik Mun, PhD, ora utilizzerà i dispositivi in uno studio pilota per testare farmaci approvati dalla FDA che modulano l'espressione del gene CFTR. L'obiettivo sarà determinare in che modo diversi farmaci CFTR possono rallentare o invertire il CFRD simulato in laboratorio.

In questo lavoro ha collaborato anche l'autore dello studio correlato Jamie Nathan, MD, direttore chirurgico del Pancreas Care Center presso Cincinnati Children's. Il sostegno finanziario per lo studio è stato supportato in parte dal National Institutes of Health (DK080834, DK093045, P30DK117467) and the Cystic Fibrosis Foundation (MUN18F0, NAREN14XX0).

Riferimenti:

(1) Patient-derived pancreas-on-a-chip to model cystic fibrosis-related disorders

(2) Anjaparavanda P. Naren

Descrizione foto:un ricercatore detiene un chip a doppia camera che gli scienziati hanno usato per bioingegnerizzare i tessuti pancreatici umani con lo scopo di studiare la causa del diabete correlato alla fibrosi cistica, una complicanza frequente e mortale per le persone che combattono la fibrosi cistica della malattia polmonare genetica. - Credit: Cincinnati Children's Hospital Medical Center.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Human Pancreas on a Chip Opens New Possibilities for Studying Disease

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