Un modello di intestino umano capace non soltanto di ospitare cellule vive, ma anche di riprodurre il movimento ritmico dell’organo reale. È questa la novità sviluppata da un gruppo di ricercatori dell’Università di Pisa insieme al Brigham and Women’s Hospital e alla Harvard Medical School di Boston: un bioreattore che imita la peristalsi intestinale e le sollecitazioni meccaniche a cui le cellule sono sottoposte quotidianamente nel corpo umano.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Results in Engineering, apre prospettive importanti non solo per la ricerca sulle malattie intestinali e per lo sviluppo di nuovi farmaci, ma anche per un obiettivo sempre più centrale nella scienza contemporanea: ridurre progressivamente il ricorso all’utilizzo di animali nella sperimentazione.
Il dispositivo è stato realizzato dal gruppo di biofabbricazione coordinato dal professor Giovanni Vozzi, del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e del Centro di Ricerca “E. Piaggio” dell’Università di Pisa, in collaborazione con il professor Yu Shrike Zhang del Brigham and Women’s Hospital e della Harvard Medical School.
Come funziona il nuovo bioreattore
Il nostro obiettivo era superare i limiti dei modelli oggi disponibili, che riproducono solo in parte l’ambiente intestinale – spiega il professore Giovanni Vozzi – Abbiamo dimostrato che il movimento meccanico dell’intestino non è un semplice dettaglio fisiologico, ma un fattore essenziale per guidare lo sviluppo di un tessuto più realistico. Disporre di modelli che imitano fedelmente il comportamento dell’intestino umano significa poter studiare con maggiore precisione le malattie, valutare l’efficacia di nuovi farmaci e ridurre progressivamente il ricorso alla sperimentazione animale.
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Il dispositivo sviluppato dai ricercatori dell’Università di Pisa, insieme al Brigham and Women’s Hospital e alla Harvard Medical School, è un bioreattore progettato per ricreare in laboratorio condizioni molto più simili a quelle dell’intestino umano reale.
A differenza delle tradizionali colture cellulari statiche, il sistema sottopone le cellule a sollecitazioni meccaniche ritmiche che imitano la peristalsi, cioè le contrazioni che permettono all’intestino di muovere il proprio contenuto. Questo stimolo non è secondario: i ricercatori hanno osservato che favorisce l’organizzazione spontanea delle cellule in strutture tridimensionali simili ai villi intestinali, rendendo il tessuto più realistico.
Il sistema riesce inoltre a mantenere le cellule vitali per almeno 28 giorni, ha un’architettura modulare e costi di realizzazione relativamente contenuti. In prospettiva, potrà essere collegato ad altri modelli biologici, come quello del microbiota intestinale, fino a ricostruire sistemi più complessi capaci di simulare le interazioni tra intestino, cuore e cervello.
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I risvolti per una scienza più etica
L’aspetto più rilevante sul piano etico è la possibilità di utilizzare modelli umani più avanzati al posto degli animali in una parte degli esperimenti. Oggi molti studi su malattie, tossicità e nuovi farmaci ricorrono ancora a modelli animali perché le semplici colture cellulari non riescono a riprodurre la complessità di un organo vivente. Un bioreattore capace di imitare meglio la fisiologia dell’intestino può invece offrire dati più direttamente riferibili all’uomo e consentire di eseguire alcuni test senza utilizzare animali, oppure di ridurne il numero nelle fasi successive della ricerca.
Questa prospettiva rientra nel principio delle “3R”: Replacement, cioè sostituire gli animali quando esistono metodi alternativi affidabili; Reduction, ridurne il numero; e Refinement, limitare dolore e sofferenza quando il loro impiego resta necessario. Non si tratta quindi di eliminare immediatamente ogni forma di sperimentazione animale, ma di rendere progressivamente disponibili strumenti che permettano alla ricerca di dipendere meno dagli animali e, allo stesso tempo, di lavorare su modelli più vicini alla biologia umana.