Sostituto per i test sugli animali – ora senza sofferenza animale

Poiché il gruppo di ricerca di Jens Kurreck utilizza metodi di stampa 3D di biotessuti molto promettenti per la creazione di modelli di organi alternativi agli animali, finora hanno dovuto ricorrere anche a un secondo prodotto animale, ottenuto da animali appositamente allevati. "Con la stampa 3D possiamo creare piccoli modelli di organi umani, anche con vasi sanguigni artificiali. Per farlo, abbiamo bisogno di sostanze come laminina e collagene, che danno a queste strutture una maggiore compattezza rispetto alle colture cellulari normali", spiega il ricercatore. Queste sostanze si trovano in alte concentrazioni in una forma speciale di matrice extracellulare, che avvolge le cellule nel corpo di umani e animali e ne facilita il contatto.

Questa sostanza, abbreviata in BME (per "Basement Membrane Extract"), viene ottenuta da tumori di topi che vengono fatti crescere. "Alla fine, un tumore pesa circa quattro grammi, mentre il topo ne pesa circa venti. Da questo rapporto si comprende che il procedimento comporta un notevole impatto sull'animale", sottolinea Kurreck. Poiché le sostanze strutturanti del BME sono comunemente usate anche in altri laboratori di coltura cellulare, il numero di animali impiegati per la produzione si aggira sicuramente nelle migliaia, afferma Jens Kurreck.

Componenti animali rendono meno affidabile la ricerca

Cellule umane nutrite con siero di vitello e stimolate a proliferare, da cui si stampano modelli di organi umani con sostanze strutturanti di tumori di topi: "Se si considerano questi passaggi di produzione, si comprende già il potenziale di errore nel trarre conclusioni sui processi umani reali", spiega Kurreck. E i modelli di organi umani, in linea di principio, sono già più affidabili delle sperimentazioni sugli animali, se si tratta di prevedere le reazioni umane. Attualmente, si introducono anche cellule tumorali umane in animali, ma queste cellule umane sono ancora inserite nel tessuto animale e comunicano con le cellule animali, rendendo difficile trasferire i risultati all'uomo.

Inoltre, come sottolinea Kurreck, la composizione esatta di prodotti animali come il siero fetale di vitello varia continuamente. Quindi, non si può essere certi che una singola partita stimoli la crescita cellulare come un'altra. "Il 90% dei candidati a farmaci promettenti in laboratorio e negli studi sugli animali, e addirittura il 97% di quelli per il trattamento del cancro, falliscono nelle prove cliniche sull'uomo. Per migliorare, bisogna puntare a eliminare completamente le sperimentazioni sugli animali e anche le sostanze di origine animale."

Mezzi di nutrimento e sostanze strutturanti chimicamente definiti e di origine umana

Con il primo modello di tessuto di fegato completamente privo di materiali di origine animale, il dottorando Ahmed Ali e altri membri del gruppo di Jens Kurreck hanno fatto un grande passo in questa direzione. Hanno sostituito il siero fetale di vitello con un mezzo di nutrimento chimicamente definito, contenente fattori di crescita, insulina, selenio, zuccheri e sali. "Abbiamo dovuto adattare questo mezzo alle specifiche cellule epatiche umane utilizzate e anche abituare lentamente le cellule alla nuova condizione", racconta Kurreck. Le cellule di partenza, infatti, sono state fornite da un'azienda che utilizza il siero di vitello per la crescita.

Come sostituto del mix strutturante BME derivato da tumori di topi, i ricercatori hanno usato collagene umano ottenuto da placente, che normalmente verrebbe smaltito come rifiuto negli ospedali di Vienna. "Sembra semplice, ma in realtà è stato un processo complesso di adattamento, che ha richiesto molte prove e una vasta ricerca bibliografica", spiega Kurreck. Ad esempio, le piastre di coltura sono state rivestite con collagene umano proveniente da placente per garantire un'adesione paragonabile a quella delle tecniche tradizionali.

I risultati dei test confermano l'equivalenza del metodo senza crudeltà

Per verificare il nuovo modello di fegato senza crudeltà, i ricercatori lo hanno sottoposto all'esposizione alla tossina okadaica, prodotta da alghe, che si accumula nei molluschi e può causare gravi intossicazioni alimentari. È stato osservato che le strutture cellulari stampate in due dimensioni mostravano la stessa sensibilità alla tossina, indipendentemente dal fatto che fossero state coltivate e stampate con materiali tradizionali o con quelli senza origine animale. Anche un modello di tessuto epatico tridimensionale ha mostrato la sensibilità attesa in questo caso.

Trasferimento alla pratica attraverso un approccio interdisciplinare

Gli scienziati coinvolti sono ottimisti sul fatto che il loro nuovo metodo senza crudeltà possa trovare rapidamente applicazione pratica e un'ampia diffusione. Con Albert Braeuning dell'Istituto federale tedesco per la valutazione dei rischi (BfR), come potenziale utilizzatore, è stato coinvolto direttamente anche un rappresentante delle autorità di sicurezza alimentare. Anche il dipartimento di Biotecnologia alimentare e tecnologie di processo della TU Berlino, guidato dalla Prof.ssa Dr.ssa Cornelia Rauh, ha contribuito alla ricerca misurando i parametri meccanici della nuova inchiostro di stampa 3D. Questi scienziati collaborano anche con il gruppo di Jens Kurreck sulla produzione di carne coltivata per l'alimentazione umana, che richiede anch'essa metodi di coltura senza siero fetale di vitello. Un'ulteriore ottimizzazione futura del metodo senza crudeltà è prevista in collaborazione con il dipartimento di Bioingegneria dei processi della TU Berlino, diretto dal Prof. Dr. Peter Neubauer. In futuro, le collagene umane potrebbero essere prodotte in quantità necessarie da lieviti o, più avanti, direttamente da colture cellulari umane.