Organoidi e organs on chip di alveolo polmonare di pazienti con patologia tumorale o enfisematosa

La malattia cronica ostruttiva polmonare è tra le principali cause di morte nel mondo.Questo è dovuto alla carenza di cure, ma anche agli effetti persistenti e a lungo termine del fumo, ai livelli di inquinamento, all’invecchiamento della popolazione. La patologia si caratterizza per un’infiammazione cronica e una progressiva distruzione del comparto alveolare, che si traducono in ridotta capacità di scambio gassoso e diminuita elasticità polmonare. Il fumo è senza dubbio il principale responsabile della patologia, ma ad oggi né la sospensione della tabagismo né i farmaci attualmente a disposizione (beta bloccanti, corticosteroidi, antagonisti muscarinici) sono in grado di modificare il corso della malattia. La resezione chirurgica delle porzioni di polmone danneggiate o il trapianto sono rispettivamente un’opzione per migliorare la qualità di vita nel primo caso e per salvarla nel secondo, che sono tuttavia eseguibili solo in certi casi e con limitazioni. Visti gli scarsi risultati ottenuti con i test su linee cellulari tumorali o su modelli animali, è più che mai necessario rivolgere l’attenzione su modelli preclinici umani che si focalizzano su metodologie innovative come sono gli organi on chip. In questo studio sono stati utilizzati campioni di tessuto polmonare non tumorale derivanti da resezione chirurgica di pazienti non fumatori, ex fumatori e fumatori operati per tumore al polmone ed in aggiunta da pazienti enfisematosi, nei quali era stata praticata una resezione chirurgica del tessuto danneggiato. Una volta separate e identificate le cellule alveolari AEC2, le stesse sono state opportunamente coltivate in modo da costituire un organoide alveolare. A seguire, le colture utilizzate per gli organoidi sono state dissociate e seminate sia su uno specifico inserto, sia su chip quest’ultimo dotato della capacità di esercitare lo stiramento cellulare elastico (tensione respiratoria) mediante una membrana flessibile.

Questo studio si dimostra molto innovativo per la modalità di produzione degli organoidi che ha consentito di sviluppare a pieno cellule alveolari con relativo marker di riconoscimento rispettato e regolare produzione di surfactante. In precedenza molto spesso si sviluppavano organoidi con prevalenza di cellule epiteliali respiratorie basali non alveolari; ora con questa metodica con porzioni estremamente limitate di tessuto, si può ricreare un organoide alveolare. Fondamentale per lo sviluppo delle cellule desiderate, è stato l’utilizzo di una tecnica che sfrutta il magnetismo associato alla immunoistochimica per l’identificazione e l’isolamento delle cellule alveolari AEC. Ma lo studio ha avuto altresì un punto di forza nel voler ricreare quelle forze meccaniche che agiscono realmente all’interno del polmone, mostrando come ha seguito dell’applicazione di forze di stiramento, nelle 24 ore successive si sia registrata una tendenza nelle cellule a muoversi lungo specifiche direzioni. Se pur i dati raccolti sono ancora troppo pochi per sapere se questo possa essere considerato un analogo della risposta alle sollecitazioni biomeccaniche esercitate in vivo, rappresenta un primo fondamentale step nelle ricerche sulla dinamica polmonare. Come tutti i sistemi innovativi, ci sono limiti da superare soprattutto legati al tasso di proliferazione cellulare piuttosto lento e al non aver ancora identificato chiaramente quali siano i fattori chiave nell’innescare la replicazione delle cellule AEC2 a formare un organoide. Nonostante ciò lo studio si indirizza in modo chiaro verso lo studio delle fisiopatologia polmonare nell’uomo, per dare risposta ai quesiti rimasti fino ad ora irrisolti. 

Sander van Riet, et al. Organoid-based expansion of patient-derived primary alveolar type 2 cells for establishment of alveolus epithelial Lung-Chip cultures. American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology 21 MAR 2022. Vol. 322, No. 4. https://doi.org/10.1152/ajplung.00153.2021