Test di tossicità con placenta ed embrione

I farmaci non devono essere sicuri solo per i pazienti, ma anche per il nascituro nel grembo materno in caso di gravidanza. Nelle fasi iniziali dello sviluppo di nuovi farmaci, le sostanze attive vengono quindi testate nella piastra di Petri utilizzando cellule staminali embrionali di linee cellulari di topo. L'obiettivo è quello di evitare che eventuali effetti dannosi per l'embrione vengano riconosciuti solo in una fase successiva, nella sperimentazione animale su topi gravidi.

Tuttavia, questi attuali test su colture cellulari sono una grande semplificazione di ciò che accade nel grembo materno: I ricercatori aggiungono semplicemente la sostanza da testare a una coltura di cellule staminali embrionali in una piastra di Petri. Questo permette di scoprire sostanze che danneggiano direttamente le cellule embrionali. Nel corpo di una donna incinta, tuttavia, i farmaci possono anche essere alterati dal suo metabolismo ed entrare nel flusso sanguigno dell'embrione Chi siamo, attraverso il sangue e la placenta. Tuttavia, le sostanze che danneggiano indirettamente l'embrione, ad esempio perché compromettono la funzione della placenta o innescano reazioni di stress nella placenta, non sono state finora rilevate nei test standard sulle colture cellulari.

Chip con celle diverse

I ricercatori del Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo a Basilea hanno sviluppato un test di laboratorio che tiene conto del ruolo della placenta nella valutazione dell'embriotossicità. Julia Boos, dottoranda nel gruppo del professor Andreas Hierlemann dell'ETH, e i suoi colleghi hanno utilizzato un chip da loro sviluppato con diversi compartimenti collegati tra loro da piccoli canali. Gli scienziati hanno combinato cellule placentari umane derivate da linee cellulari con piccole sfere di tessuto provenienti da cellule staminali embrionali di topo (corpi embrioidi), che riflettono lo sviluppo embrionale precoce. Le sostanze da testare raggiungono prima uno strato di cellule placentari, devono penetrarle e solo in seguito raggiungere le cellule embrionali - un processo simile a quello che avviene nell'utero.

Per inciso, in nessuno di questi esperimenti vengono creati embrioni vitali. Le cellule embrionali provenienti da linee cellulari subiscono solo le primissime fasi dello sviluppo embrionale per dieci giorni.

Il test può rilevare i danni indiretti

I ricercatori hanno utilizzato microparticelle per dimostrare il funzionamento del nuovo test. Le particelle utilizzate non danneggiavano i pellet di cellule embrionali quando entravano in contatto diretto con essi. Tuttavia, con il nuovo test, che include anche le cellule placentari, gli scienziati hanno osservato un possibile effetto dannoso indiretto: sebbene le cellule placentari siano state in grado di trattenere le microparticelle e le particelle non siano penetrate nelle cellule embrionali, in questo test le cellule embrionali sono risultate indebolite.

Il prossimo passo dei ricercatori è quello di sviluppare ulteriormente il loro sistema con materiali plastici più adatti. È anche ipotizzabile che in futuro si possano utilizzare linee di cellule staminali umane per i corpi embrionali, invece di quelle provenienti dai topi. "Ci sono differenze significative tra gli animali da laboratorio e gli esseri umani, in particolare nello sviluppo embrionale e nei processi della placenta", spiega Boos. "La placenta è l'organo in cui le differenze tra le specie sono più pronunciate".

L'obiettivo è sviluppare un nuovo test che possa essere facilmente utilizzato anche dall'industria farmaceutica. Riconoscendo ed escludendo le sostanze dannose per gli embrioni in una fase precoce dello sviluppo dei farmaci, è necessario testare meno sostanze sugli animali. Ciò contribuisce a ridurre il numero di esperimenti sugli animali.