Un nuovo sistema microfluidico per testare le sostanze che alterano la funzionalità tiroidea 

Gli ormoni tiroidei sono fondamentali per l’equilibrio del metabolismo e ugualmente per la crescita e lo sviluppo cognitivo del bambino. Alterazioni dell’asse ipotalamo-ipofisi-tiroide possono avere severe ripercussioni sull’organismo ed è per questo che negli ultimi anni l’attenzione si è concentrata proprio sugli effetti che le sostanze chimiche esercitano a questo livello. Nel 2018 EFSA ed ECHA fissano linee guida per la ricerca dei possibili interferenti endocrini nell’ambito dei fitofarmaci, ponendo i test sui roditori a gold standard con risultati traslabili all’uomo. Ora se è pur vero che tra la specie umana e quella murina ricorrono analogie di funzionamento nell’attività tiroidea, soprattutto per quanto concerne le cosiddette perturbazioni tiroidee quanto osservato in ambito murino non si è rivelato altrettanto attendibile in campo umano. Vi sono significative differenze che contribuiscono a tutto questo a cominciare dall’aumentata sensibilità dei roditori alle variazioni dell’omeostasi tiroidea. Nell’uomo la metabolizzazione del T3/T4 è più lenta con un’emivita aumentata. Molto significative poi le marcate differenze in essere tra le due specie, per quanto riguarda il legame con il carrier proteico che veicola l’ormone nel circolo sanguigno. E questo è un punto chiave nella definizione del meccanismo AOP (meccanismo che induce un effetto dannoso -percorso degli esiti avversi) di natura neurotossica, che si realizza ogni qual volta uno xenobiotico determina una riduzione del legame proteico con gli ormoni tramite competizione diretta per il sito di legame o per riduzione nella produzione epatica del carrier proteico (TBG e TTR). Esistono già test in vitro in grado di identificare gli aspetti biochimici e molecolari delle interazioni tra il composto ritenuto scatenante (composti che agiscono direttamente sulla ghiandola o sul fegato alterando la metabolizzazione ormonale) e il bersaglio cellulare, tuttavia fino ad ora era mancante la possibilità di testare queste sostanze ricreando l’omeostasi del sistema ormonale tiroideo nel suo complesso. Si è dunque lavorato in primis per riprodurre un sistema d’organo quanto più possibile aderente alle reali funzioni in vivo coinvolte nel circuito ormonale T3/T4. La tiroide è stata prodotta a partire da follicoli di tessuto in 3D, si è dimostrata in grado di produrre ormoni tiroidei e di rispondere al TSH. Il fegato costituito da sferoidi epatici ha mostrato la capacità di effettuare il catabolismo degli ormoni tiroidei e di produrre la TBG (la proteina che lega al 75% gli ormoni TH), l’albumina e le altre proteine di trasporto. La coltura statica di follicoli tiroidei si è rivelata capace di indagare la tossicità diretta sulla tiroide, proprio mediante un AOP caratteristico come quello dell’inibizione della TPO. La TPO ovvero la perossidasi tiroidea, ha un ruolo molto importante nella produzione ormonale T3/T4 e pertanto rappresenta uno dei principali meccanismi in grado se alterati di inibire la produzione ormonale. La coltura statica di sferoidi epatici si è rivelata altrettanto utile per la capacità di individuare le sostanze responsabili dell’aumentato catabolismo dell’ormone tiroideo. Dopo aver saggiato le potenzialità dei singoli sistemi d’organo, si è provveduto ad unire tra loro i diversi tessuti 3D (follicoli tiroidei e sferoidi epatici) in quello che è un sistema MOC multiorgano su chip. Le co-colture sono state sviluppate assieme per 21 giorni tramite un apposito sistema fluidico con relative pompe di distribuzione che ne hanno garantito la continuità. Lo studio ha evidenziato che le capacità di ricerca e indagine mostrate dagli organi singoli, venivano mantenute anche dal sistema multi-organo, che se pur necessita di ulteriori studi e perfezionamenti, offre per la prima volta la possibilità di testare gli interferenti endocrini tiroidei su un sistema articolato e complesso com’è quello in vivo. Dunque mediante questa metodica é possibile vagliare la tossicità diretta dei composti sulla tiroide con relativa inibizione nella produzione ormonale; ma altresì la tossicità indiretta mediata dal fegato tramite un’induzione enzimatica del catabolismo dell’ormone tiroideo; o ancora la possibilità di indagare le alterazioni connesse al trasporto proteico (legame competitivo o diminuita produzione del carrier a livello epatico). Il sistema multi organo consente dunque di indagare sulle perturbazioni epatiche e tiroidee associate al metabolismo del TH (ormone tiroideo) sia separatamente sia in combinazione. 

Kühnlenz, J., Karwelat, D., Steger-Hartmann, T., Raschke, M., Bauer, S., Vural, Özlem, Marx, U., Tinwell, H. and Bars, R. “A microfluidic thyroid-liver platform to assess chemical safety in humans”, ALTEX – Alternatives to animal experimentation 2022. doi: 10.14573/altex.2108261.