Create in laboratorio cellule artificiali che rispettano una delle leggi fondamentali della biologia

La biologia, come la fisica e la chimica, ha le sue leggi fondamentali. Una di queste leggi – detta allometria – mette in relazione la geometria, la massa e il metabolismo degli esseri viventi, mostrando come questi siano tra di loro interdipendenti. Una ricerca della professoressa Arti Ahluwalia, direttrice del Centro “E. Piaggio” dell’Università di Pisa e coordinatrice del gruppo “In-Vitro Models”, mette a punto un metodo per applicare la medesima legge allometrica anche a cellule che vengono coltivate in-vitro all’interno di appositi ambienti artificiali come piastre Petri e Multiwell o i più avanzati ‘bioreattori’. Lo studio è stato pubblicato dalla prestigiosa rivista Scientific Reports, del gruppo Nature.
La legge in questione, detta legge allometrica di Kleiber, è una formula matematica piuttosto nota, che mette in relazione il metabolismo dell’intero organismo, cioè la quantità di ossigeno consumata, con la massa corporea. Per tutti esseri viventi, dal topo alla balena, il metabolismo è proporzionale alla massa elevata alla potenza di ¾. La legge mostra che via via che un organismo si accresce il suo metabolismo e la durata della sua vita si modificano a velocità prevedibile, per l’effetto combinato della variazione della superficie corporea e della velocità sanguigna.
La suddetta formula si può usare anche per molte altre cose, ad esempio per calcolare il fabbisogno metabolico di un individuo, oppure stimare il dosaggio corretto per gli esseri umani di un medicinale che è stato testato sui topi. “Nella nostra ricerca – afferma la professoressa Ahluwalia – cerchiamo di sviluppare colture tridimensionali in-vitro di cellule di organi come il fegato o i polmoni, per ingegnerizzare dei modelli con caratteristiche strutturali e biochimiche che li facciano funzionare come il corrispettivo organo umano. Costruire organi artificiali che funzionano come quelli naturali permetterebbe di testare per esempio l’assorbimento di un farmaco, senza dover ricorrere a cavie animali”. Il valore predittivo dei modelli in-vitro aumenta se essi rispettano le medesime leggi di scala dei loro analoghi naturali.
Lo studio pubblicato su Nature dimostra che è possibile ingegnerizzare tessuti in vitro che conservino le leggi di scala dei loro analoghi in-vivo facendo alcuni accorgimenti sperimentali. In particolare, le cellule devono essere coltivate a densità elevate in strutture tri-dimensionali (3D), con livelli di ossigeno ben controllati, usando per esempio sistemi fluidici. “La legge di Kleiber è oggi considerata una delle leggi fondamentali della biologia – conclude Ahluwalia – Riuscire a progettare dei sistemi artificiali che la rispettino è un ulteriore passo avanti nella nostra comprensione del funzionamento di base dei tessuti e organi umani, per poterli meglio replicare in laboratorio”.
Nel 2016, il Centro Piaggio ha anche ricevuto una donazione dalla LAV (Lega Anti-Vivisezione) per proseguire la ricerca di nuove tecnologie che possano sostituire efficacemente la sperimentazione animale nella tossicologia.