Maiali: aiutare a risolvere la crisi dei trapianti di organi

Ogni 10 minuti qualcuno viene aggiunto alla lista d'attesa nazionale per i trapianti. Centinaia di migliaia di pazienti ogni giorno sono attualmente in attesa di una donazione di organi salvavita solo negli Stati Uniti. Molti di loro sono in vari stadi di insufficienza epatica, cardiaca, renale e altri tipi di insufficienza d'organo. Ma ogni giorno 22 di loro moriranno in attesa di un trapianto con solo circa 6000 trapianti eseguiti negli Stati Uniti ogni anno (Donate Life). 

Nonostante i vantaggi rivoluzionari che i trapianti di organi hanno introdotto in campo medico, ci sono ancora dei difetti nel suo processo. La domanda di organi supera di gran lunga la quantità disponibile (OPTN). La principale fonte di organi proviene da donatori deceduti. Ma cosa succederebbe se le persone non avessero bisogno di morire per far vivere gli altri? E se ci fosse un modo per far crescere questi organi?

La capacità di far crescere organi umani in embrioni animali ha recentemente suscitato molto interesse nel mondo della ricerca. Il 4 agosto 2016 il National Institute of Health (NIH) ha rilasciato una dichiarazione secondo cui avrebbe fornito finanziamenti per la sperimentazione di chimere, organismi animali-umani. Hanno revocato molte delle loro precedenti linee guida per la ricerca sulle cellule staminali umane sulla base della premessa che le chimere "hanno un enorme potenziale per la modellizzazione delle malattie, i test sui farmaci e forse l'eventuale trapianto di organi". Per questo motivo, le indagini sull'uso di cellule staminali umane negli animali sono cresciute enormemente negli ultimi anni, e persino mesi (Istituto Nazionale della Sanità).

L'idea

Juan Carlos Izipusua Belmonte, professore presso il Laboratorio di espressione genica presso il Salk Institute for Biological Studies, delinea nel suo articolo trovato su Scientific American in ottobre i metodi del suo laboratorio per sviluppare un organo umano in un maiale. L'obiettivo più descrittivo di questa ricerca è cambiare la natura di un organo da animale a umano prima che inizi lo sviluppo e consentirgli di crescere fino al termine. In questo momento, possiamo raccoglierlo e usarlo per il trapianto in esseri umani che presentano insufficienza d'organo.

Per cominciare, eliminano la capacità del maiale di creare un organo funzionale manipolandone il genoma usando gli enzimi CRISPR/Cas9 come "forbici", che tagliano il gene responsabile della creazione di un particolare organo. Ad esempio, nel caso del pancreas, esiste un gene specifico chiamato Pdx1 che è interamente responsabile della formazione del pancreas in tutti gli animali. La delezione di questo gene crea un animale senza pancreas. Consentendo all'ovulo fecondato di crescere fino a diventare una blastocisti, nella cellula vengono introdotte cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC) contenenti la versione umana del precedente gene animale eliminato. Nel caso del pancreas, si tratterebbe di un inserimento di cellule staminali umane contenenti il ​​gene Pdx1 umano. Questa blastocisti deve quindi essere impiantata in una madre surrogata e lasciata svilupparsi. Teoricamente, ciò consente quindi alla blastocisti di maturare fino a diventare un adulto e formare un organo funzionante, ma di origine umana anziché suina (Scientific American).

Dove siamo adesso?

Nel 2010, il dottor Hiromitsu Nakauchi dell'Università di Tokyo ha allevato con successo un topo con un pancreas di ratto. Hanno anche stabilito che l'uso di iPSC, al contrario delle cellule staminali embrionali, consente agli animali di creare nuovi organi che sono effettivamente specifici per un individuo umano. Ciò aumenta la probabilità di successo del trapianto in quanto diminuisce la possibilità di rigetto. Riduce anche le preoccupazioni etiche associate al lavoro e all'ottenimento di cellule staminali embrionali, che rimane un processo molto controverso a causa della natura in cui le cellule staminali embrionali vengono raccolte, dai tessuti di feti abortiti (Modern Farmer).

Juan Carlos Izipusua Belmonte afferma anche che i ricercatori nel suo laboratorio hanno coltivato con successo tessuto umano nella blastocisti dopo l'iniezione di cellule staminali umane in embrioni di maiale. Stanno ancora aspettando i risultati della piena maturazione degli embrioni e il permesso delle autorità statali e locali per continuare il loro lavoro. A partire da ora, possono lasciare gestare gli embrioni umani di maiale solo per 4 settimane, dopodiché devono sacrificare l'animale. Questo è un accordo che hanno raggiunto con le autorità di regolamentazione che osservano i loro esperimenti.

Izipusua Belmonte afferma che il suo team si sta attualmente concentrando sulla crescita di un pancreas o di un rene, poiché hanno già identificato il gene che dà il via al suo sviluppo. Altri geni non sono altrettanto semplici. Il cuore, ad esempio, ha più geni responsabili della sua crescita, il che rende molto più difficile eliminarlo con successo. Ciò significa che questa capacità di far crescere organi potrebbe non risolvere necessariamente tutti i nostri problemi con i trapianti di organi, ma forse solo per organi particolari, quelli il cui sviluppo può essere regolato da un gene (Scientific American).

I problemi

Izipusua Belmonte discute in profondità i limiti ei punti di forza di questo campo nel suo articolo su Scientific American. Per quanto riguarda l'uso dei maiali come surrogato, gli organi dei maiali possono crescere fino a qualsiasi dimensione necessaria per accogliere la persona che necessita del trapianto, adattandosi così a varie corporature. Vi sono, tuttavia, preoccupazioni per il periodo di gestazione dei suini, che è di soli 4 mesi, rispetto al periodo di 9 mesi richiesto per gli esseri umani. Ci sarebbe quindi una discrepanza nel tempo di differenziazione delle cellule staminali umane, che normalmente richiedono un periodo di 9 mesi per maturare. Gli scienziati dovrebbero adattare l'orologio interno di queste cellule staminali umane.

Un altro problema riguarda l'uso di iPSC come fonte di cellule staminali umane. Pur evitando preoccupazioni etiche ed essendo più specifiche per persona rispetto alle cellule embrionali, come affermato in precedenza, le iPSC sono meno ingenue. Ciò significa che queste cellule staminali hanno già una qualche forma di differenziazione ed è stato dimostrato che gli embrioni in via di sviluppo le respingono come estranee. Jun Wu, ricercatore del Laboratorio di espressione genica presso il Salk Institute con Izipusua Belmonte, sta attualmente lavorando a un modo per trattare le iPSC con ormoni della crescita per "reagire in modo appropriato a una gamma più ampia di segnali embrionali". Izipusua Belmonte afferma che fino ad oggi hanno mostrato risultati promettenti che questo trattamento aumenta di fatto la probabilità di integrarsi nella blastocisti. Tuttavia, questo studio è ancora nelle sue fasi iniziali, quindi le ramificazioni complete sono ancora sconosciute, sebbene sembrino promettenti.

Inoltre, ci sono ancora molti altri problemi con questi studi. I maiali e gli esseri umani non sono evolutivamente correlati come gli esseri umani e i ratti, che fino ad oggi hanno mostrato una crescita di successo degli organi umani. È possibile che le iPSC umane si siano adattate per non essere in grado di percepire differenze nei parenti stretti, ma se i maiali sono più al di fuori di quel regno, l'integrazione nella blastocisti potrebbe essere impossibile. In questo caso, altri ospiti animali dovranno essere ulteriormente esplorati (Scientific American).

Le preoccupazioni etiche

È abbastanza ovvio che ci sono alcune preoccupazioni etiche molto estreme con questo tipo di tecnologia. Sono sicuro che hai anche pensato ad alcuni te stesso durante la lettura di questo. A causa della sua recente comparsa nel mondo della scienza, non conosciamo veramente l'intera ampiezza delle capacità di questa tecnologia. È possibile che l'integrazione delle iPSC umane nell'embrione possa diffondersi ad altre parti del corpo, forse anche al cervello. Cosa succede quando iniziamo a trovare nervi e tessuti umani nel cervello del maiale, consentendo al maiale di essere capace di un livello di ragionamento più elevato rispetto al maiale medio?

Ciò si collega alle preoccupazioni con la classificazione degli animali chimerici viventi. Questo maiale sarebbe considerato mezzo umano? In caso contrario, non è sicuramente solo un maiale, quindi cosa significa? Dove tracciamo la linea? Inoltre, se questo maiale contiene tessuti umani, potrebbe essere suscettibile allo sviluppo di malattie umane, che sarebbero disastrose per la trasmissione e la mutazione di malattie infettive (Daily Mail).

Christopher Thomas Scott, PhD, direttore del programma di Stanford sulle cellule staminali nella società, ricercatore senior presso il Center for Biomedical Ethics e ora collega di Nakauchi, spiega che il funzionamento umano va oltre le sole cellule del cervello. Afferma che "si comporteranno come maiali, si sentiranno come maiali" e anche se dovessero contenere un cervello fatto di tessuto umano, non inizierebbero improvvisamente a parlare e funzionare come un essere umano. Tuttavia, è importante notare che questo potrebbe non essere così vero per animali più simili agli umani, come scimpanzé e gorilla. È in questi casi che tale trasferimento al tessuto umano sarebbe particolarmente spaventoso da considerare. È per questo che questo tipo di esperimenti è vietato dall'Istituto Superiore di Sanità da eseguire sui primati, poiché le ramificazioni complete dell'introduzione delle cellule staminali umane rimangono sconosciute (Modern Farmer).

Il vero processo per questo è che alleviamo il maiale con l'intento di raccogliere i suoi organi e ucciderlo è di per sé un argomento controverso. L'idea degli allevamenti di organi è particolarmente preoccupante per gli attivisti per i diritti degli animali. È stato dimostrato che i maiali condividono il nostro livello di coscienza e sofferenza (Modern Farmer), quindi si sostiene che usarli esclusivamente per la crescita di organi umani, raccoglierli e lasciarli morire sia gravemente disumano (Daily Mail).

Un'altra preoccupazione riguarda l'accoppiamento tra animali chimerici. Non è noto come l'integrazione delle cellule staminali umane nell'animale possa influenzare il sistema di riproduzione di questi animali. Come nel caso del cervello, è possibile che alcune di queste cellule staminali possano invece migrare verso il sistema riproduttivo, creando, in casi estremi, un organo riproduttivo umano perfettamente funzionante. Ciò sarebbe assolutamente disastroso in quanto porterebbe teoricamente alla formazione di uno spermatozoo e di uova completamente umani in maiali maschi e femmine con questa caratteristica. Se due di queste chimere dovessero accoppiarsi, questo potrebbe persino portare a un caso ancora più estremo in cui ci sarebbe la formazione di un feto completamente umano all'interno di un animale da fattoria (Scientific American)!